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配电自动化技术实施与进展

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摘要:

本文介绍了宿迁地区配电自动化的系统结构、通信网模式选择与组建、配电自动化终端的配置策略。在工程建设实施过程中,提出了依托35kV及以上电压等级杆线为主干进出变电所的光缆架设方案、选用不同颜色标识的PT电缆和采用螺旋式航空插件连接PT等技术措施,保证了配电自动化建设的可推广性和实用性。最后在终端安全运行管理和配电自动化终端的配套PT能否用太阳能电池板替代方面做了探讨。

关键词:

配电自动化;主站;通信网;终端;智能继电器;太阳能电池板

国家电网公司提出以统一规划、统一标准和统一建设的原则,建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,实现信息化、自动化和互动化,具有自主创新和国际领先的坚强智能电网的发展目标。配电自动化是实现智能电网的重要组成之一,其利用现代现代电子设备、通信及计算机网络技术,建立了基于IEC61968/61970综合数据平台[1-2]。将配网一次设备的三遥数据、地理信息和配电网模型信息集成到一个平台上,对配电系统正常运行状态下和故障状态下的监测保护与控制。同时充分利用信息交互总线实现了调度自动化系统和营销系统等应用系统间的信息交互,实现配电网的科学管理,提高供电可靠性、经济效益和管理水平。配电自动化已在国内外开展多年,其技术日趋成熟。2011年国家电网公司发布了一系列配电自动化技术规范,进一步促进了配电自动化的建设和运行[3-8]。2013年10月江苏省电力公司立项批准在宿迁经济开发区和洋河新城区域开展配电自动化一期工程。配电自动化一期工程规模为近20座110kV变电所,近100条10kV配电线路。安装了200多台柱上智能开关、10多台智能环网柜和几十组二遥故障指示器,改造了近30座配电室和10多座开关站,总计近300台配电自动化终端。预计本期工程完工后,初步实现“营配调一体化”管理的要求。建成以集成型为主的配电自动化系统,解决一期工程区域的盲调问题、提高配电网故障的处理效率及减轻运维人员的工作压力。提升对用户的服务质量。

1配电自动化系统总体结构方案

得益于现代通信技术发展和强大的主站功能,已无需配电子站,配电终端可以通过IP直接与主站连接通信。因此配电自动化系统总体结构采用配电主站层和配电终端层的2层体系结构。其系统结构如图1所示,主要包括配电主站、通信通道和配电终端组成,FTU表示柱上开关的数据终端,DTU表示环网柜、配电室或开关站的数据终端,以及二遥故障指示器监测终端。宿迁配电自动化主站具备完整的SCADA功能、集中式DA功能及与相关应用系统互联功能。SCADA功能实时采集、监测配电线路和设备的数据,当线路发生故障时,主站启动集中式全自动DA策略以快速切除故障区段和恢复非故障区段的供电。避免了线路故障时导致整条线路停电的情况,不但缩小了故障查找的范围,而且提高了故障的抢修效率。另外,宿迁供电公司主站充分利用自身系统资源,通过基于IEC61968标准的信息交互总线,实现与生产管理系统PMS、地理信息系统GIS、调度自动化系统EMS以及SCADA等相关应用系统间的信息交互,外延业务流程,完善配电信息,从而扩展并丰富配电自动化系统的使用功能[9]。配电自动化主站构成如图2所示。

2宿迁配电自动化系统通信方案

由于配电终端数量众多,地点分散且分布区域较广,甚至部分终端运行环境比较恶劣。但为了保证配电自动化系统能够稳定运行,必须实时采集配电终端的数据,才能准确定位故障区域和隔离故障区域、成功遥控终端及转移负荷。目前在已运行的10kV架空和电缆的混合线路没有同线敷设光缆或预留管道,因此无法在已建成的配电线路区域采用全光纤通信网。分析目前的各类通信技术的优缺点、结合终端类型对通信的要求及具体地理环境等因素,一期工程采用了以太无源光网络(EPON)和GPRS无线公网组合的通信方式。综合利用上述两种通信方式的特点,实现主站系统接入层网络的通信全覆盖。

3配电终端设备改造

考虑到现场一次设备的运行年限、机构配置等情况,公司配电自动化一期工程区域的一次设备改造遵循以下基本原则。环网柜和柱上开关采用更换的方式进行改造,配电室和开闭所采用改造的方式进行改造。共更换200多台柱开,选用带有自动化接口的真空断路器、装设两组单相PT、加装FTU和通信通道。更换10多台环网柜,选用预留自动化接口、加装DTU、装设ONU和光配等通信设备。改造近30座配电室和10多座开关站,加装三相CT、DTU、ONU和光纤配通信设备。依此方案改造后,才能实现配电终端数据的采集、监控和集中式DA等功能。在终端功能配置方面,一是对选用光纤通信的开发区变所辖线路上的柱开、部分环网柜和全部开关站,采用100%的遥测、遥信和遥控的全覆盖。二是对选用GPRS通信的其余柱开和全部配电室,采用100%的遥测和遥信全覆盖。在改造过程中,对没有备用触点的开关设备二次仓内增设4常开和4常闭备用触点,对没有测量或保护CT的开关柜间隔电缆头处加装三相开启穿入式电流互感器。

4建设和运维过程中的技术亮点和经验

4.1光缆架设问题配电自动化一期工程的光缆方案问题主要存在以下两方面:一是设计院的初期光缆架设方案设计不合理,其以配网线路为单位来部署光缆,造成同杆四回线路要架设4根光缆,不仅浪费,而且实施难度极大。已将其优化为只架设2根光缆,充分利用了光缆的24纤芯;二是光缆入地处地段较多且敷设难度大。因本期工程大部分位于城区,不但架空和电缆的混合线路较多,而且已建成投运的电缆段处没有预留管道,造成需要政处的地段较多、成本较高和光缆通道建设周期长。为利于光缆后期施工,在对开发区范围内的所有路径重新进行了勘察,对原有设计方案进行了优化调整。将原来全部由10kV杆线架设的光缆调整为依托35kV及以上电压等级杆线为主干进出变电所,至10kV线路比邻处跨接部署。不仅解决了架设通道、缆芯配置和熔接方案、降低了光缆架设施工成本、缩短施工工期和提高光缆走廊的灵活性等问题,更是将原有的近四十处政处点缩减到几处。此方案不但优化了光缆架设路径,而且光纤主干通道固定、变化小。

4.2PT电缆标识和PT处连接方式问题由于从柱上开关和两只PT引出到下方FTU中的三根二次电缆穿入在一根保护管中,而且电缆外观都为黑色,因此运维人员在地面处分辨不出二次电缆相连接的一次设备。尤其当回路信号异常或设备故障时,无法准确判断故障的回路和相应的一次设备。为了便于日后检修,要求在控制电缆及二次PT电缆线的颜色全部按照蓝红两色在线缆的两端做同一标识。另外,一期工程中二次电缆与PT连接处采用经接线端子连接,存在接错和造成PT短路的情况,提出PT与二次线缆采用螺旋式航空插件的形式进行连接,提高了PT的运行安全性。

5配电自动化未来提升探讨

5.1终端运行安全性提升由于配电终端数量众多、地点分散且分布区域较广,同时为了方便人工操作和维护,FTU的高度一般距地面2.5米至3米。因此存在外部暴力打开FTU箱门,从而直接控制操作面板的按钮对设备进行就地操作,影响配电网的安全运行。在后期的配电自动化设备设计中,提出在就地操作的二次回路中只增加一个智能继电器。其内置智能芯片和控制核心,不但能从技术上控制就地操作回路的开断,也可以记录操作人的私秘钥、数字签名证书、开启就地操作的时间等信息。同时运行人员配备便携式智能锁芯硬件,以存储秘钥等认证信息,与智能继电器通过USB接口或者无线传输认证秘钥,以获得操作权限。保证配电自动化终端和配电网安全运行。

5.2配电自动化终端配套PT的替代性分析为了给FTU供电和采集线路的电压,每台配电自动化终端需停电后安装两支单相PT。目前,调度自动化系统已经采集了电源侧电压,营销用采系统也采集了配变侧用户电压,从馈线自动化应用的角度看,如果无必要采集配电线路中间环节的电压,从而解决了电压再次采集的问题。利用太阳能电池板和蓄电池容量的合理组合不间断的给终端供电。从而对配电自动化终端进行不停电改造和更换,不仅提高了建设效率和降低建设成本,而且提高了供电可靠性和运维效率。

6结束语

本文介绍了宿迁地区配电自动化系统一期工程的主站系统总体结构设计、通信网模式选择与组建及配电自动化终端的改造方案。建成后优先实现了DSCADA功能和集中式DA等功能,能够快速进行故障区段判断、隔离和非故障区段的恢复送电。不但提高了宿迁配电网的供电可靠性和运维人员的工作效率,也降低了企业成本和减轻了运维人员的工作量。解决了实施过程中存在的问题,采用依托35kV及以上电压等级杆线为主干进出变电所的光缆架设方案、选用不同颜色标识的PT电缆和采用螺旋式航空插件连接PT等技术措施,从而加快了工程的建设进度、方便日后检修及保证了配电自动化建设的可推广性。探讨了终端就地操作回路开断的智能管理和配电自动化终端的配套PT使用太阳能电池板替代的可行性,提高了终端运行安全性和降低了建设成本。

参考文献:

[1]周强辅,韩利群.佛山配电自动化建设及应用[J].供用电,2014(09):31-34.

[2]杨华,陈涛,郜士琪等.天津城市核心区配电自动化技术实施与进展[J].电力系统自动化,2012,36(18):42-48,71.

[3]Q/GDW382-2009配电自动化技术导则[S].北京:中国电力出版社,2011.

[4]Q/GDW625-2011配电自动化建设与改造标准化设计技术规定[S].北京:中国电力出版社,2011.

[5]Q/GDW626-2011配电自动化系统运行维护管理规范[S].北京:中国电力出版社,2011.

[6]Q/GDW567-2010配电自动化系统验收技术规范[S].北京:中国电力出版社,2011.

[7]Q/GDW514-2010配电自动化终端/子站功能规范[S].北京:中国电力出版社,2011.

[8]Q/GDW513-2010配电自动化系主站系统功能规范[S].北京:中国电力出版社,2011.

[9]陈悦.余杭地区配电网自动化应用的研究[D].北京:华北电力大学,2013.

作者:徐静 邱冬 张轶群 刘刚 单位:国网江苏省电力公司宿迁供电公司

配电自动化技术实施与进展责任编辑:杨雪    阅读:人次