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新兴区域配网自动化的研究与应用
新兴区域配网自动化的研究与应用
摘要为提高配电网可靠性、实现配网自动化,本文以广东省金融高新技术服务区为例,对新兴区域10kV配电网自动化的研究与应用进行了阐述,对配电网前期规划、配网自动化主站系统技术、终端选择、光纤通信网络、计量自动化系统和智能电能表等方面进行了探讨,提出了配网自动化建设的主要技术原则,对提高配电网可靠性有着积极的意义。
关键词配网自动化;配网规划;光纤通信网络;计量自动化;供电可靠性
中图分类号TM7文献标识码A文章编号1674-6708(2011)55-0129-03
0引言
配电作为电能发变送配中的最后一个环节,在电力生产中具有非常重要的作用。
两网改造结束后,配电网络的布局得到了优化,配电网络自动化建设,取得初步成效,积累了一定的运行经验。
但研究与实践成果更大一部分都是在35kV以上的高压输配电网层次上进行的,而在中低压配电网络的自动化问题上,几乎还是一片空白,既没有总体的规划,也没有一个统一的技术原则。
不仅如此,目前已广泛应用的纵向监控一般只限于变电站的出线以前,对于从变电站馈线到终端用户等属于用电管理范畴的监控,除少数大用户的负荷控制外,尚无其它监控手段[1]。
对于大部分地区而言,尚未具备全网实现配网自动化的条件。
然而随着大型工作园区和功能分区等新兴区域逐步增多,此类新区具有其独特性,其特性在于区域界限明显,电力客户集中,能源需求质量高、数量大,电力负荷增长速度快,大量对电力扰动敏感的电器设备和电能新需求对供电可靠性和电能质量要求高,适于电网现代化管理,易规划建设成为稳定可靠的网络化供电模式,充分体现“电网坚强”。
本文以广东省金融高新技术服务区(以下简称金融高新区)为例,浅析新兴区域配网自动化的研究与应用。
通过实现配网自动化对区域配电网上的设备进行远方实时监视、测量、协调及控制的一套综合集成管理系统。
通过配网自动化系统可以实现对用户用电数据的远程实时抄收,对电压/电流异常、负荷过重、异常用电等情况进行报警,从而保证供电质量,以此来提高用电可靠性。
金融高新区建成后核心区域的全网电缆化率将达到100%,供电可靠率达到99.999%,年平均停电时间小于5.2min。
1前期配网规划
规划和建设好配电网架,是实现配电网络自动化及管理系统的基本条件。
常用的配网接线有树状、放射状、网状、环网状等形式,其中环网接线是配网最常用的一种形式。
新区的配电网络大多处于建设阶段,电网现状十分薄弱,故应着力进行细致科学的电网规划,加紧配电网络的建设。
中压配电网接线方式,在安全运行方面应满足N-1安全准则,结合电源点的建设发展适当联络。
配电网络应满足负荷的特点、负荷的同时性、转移负荷的互供能力、负荷在规划期内的增长率等条件。
1.1“N供1备”接线方式
“N供1备”接线为N+1回配电线路通过主干线路末端的联络开关直接联络,其中n回线路带额定负荷正常运行,另一回线路线路作为备用的空载线路。
当其他一回运行线路检修或故障时,其负荷可全部由备用线路供电的接线方式。
“N供1备”接线模式满足N-1安全准则;供电可靠性较高,满足可靠性要求;线路的利用率较高,可以减少变电站出线间隔的占用,同时也能减少配电网的规模,便于实现配电自动化。
配网接线应该符合“N一1”可靠性准则,就是一条线路故障时,仍然能够通过负荷转移,将故障线路隔离,同时使得没有故障的线路继续运行。
“N-1”接线一般都是有N条线工作,有一条线备用。
所有线路的末端通过联络开关连接,线路的平均负载率是^,1。
如果N=2,则为“2-1”接线,就是人们常说的手拉手接线方式,线路的负载率是50%。
如果N=3,则为“3-1”接线,线路的负载率是67%。
如果N=4,就是“4-1”接线,线路的负载率是75%。
虽然N越大,负载率越高。
为避免结构过于复杂影响供电可靠性,一般要求N≤4,大于4的接线模式比较复杂,操作也比较繁琐,同时联络线的长度较长,投资较大,线路负载率的提高也不明显了。
1.2“4-1”接线
“4-1”接线也叫“三供一备”,就是3个回路共用一个备用回路的方案。
图7中,主供线路1、2、3电源可取自不同变电站或同一变电站的3台不同主变压器。
由4个环网柜进线单元组成的电源切换柜将3个回路的末端接人,并引一条线路接至附近变电站作3个回路的备用电源实现环网(开环运行)。
电源切换柜可装在任一回路末端用户侧。
该接线的优点如下:
1)电缆平均利用率提高到75%;2)3个开式环网需变电站提供6个出线柜,而采用“4-1”接线只需要4个出线柜;3)一般情况下,各同方向环网末端用户间的距离远远小于到变电站的距离,所以用变电站一条电缆出线作3个回路的备用电源,相当于节省了变电站两条造价昂贵的电缆线路的大部分投资[2]。
“3供1备”接线方式如下图1所示:
1.3组网要求
金融高新区中压配电网接线方式采用“N供1备”接线方式。
由于“N供一备”的网架接线方式过渡比较方便,在负荷逐步发展的区域,可先按单环网供电,然后随着负荷的发展逐步向两供一备及三供一备过渡。
但需要注意的一点是,在网架构筑的过程中应首先规划建设联络开关站的位置,否则将给网架的过渡带来影响。
2配电网络自动化实施[3]
配电网络自动化的实施方案是配网自动化系统的关键,在实施配网自动化前,必须结合电网实际提出最优方案。
配网自动化及管理系统是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术,将配网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成,构成完整的自动化管理系统。
完善的配电网络自动化系统应具备完善的数据采集、监视、事件记录与报警、控制调节、系统管理及通信等功能。
实现配电网络运行监视、控制;故障判别及诊断;在保护拒动情况下实现故障自动隔离、负荷转移及恢复供电;远方抄表;无功优化与控制;正常情况下的用户监测、实时测量和运行优化;事故状态下的故障检测、故障隔离、转移和恢复供电控制。
2.1配网自动化主站系统技术
金融高新区配电网的实时运行数据等相关信息通过配网自动化终端采集后接入市局配网管理技术支撑系统主站。
配电网的运行监视与控制、故障定位与隔离、网络重构与负荷转移等配网自动化功能在配网管理技术支撑系统主站上实现。
2.2配网自动化终端选择
配电网络自动化系统由主站、远方终端设备、监视传感器、远方控制设备、sF6或真空开关、通信电缆等六个部分组成。
传统变电站的综合自动化功能偏重于遥信和遥测功能,但配电网络自动化由于配电站和开闭站数目繁多,开关操作频繁,更应注重遥信和遥控功能。
且配电网络自动化的监控和操作对象配电站和开闭站相对于控制中心分散布置,地处环境不尽相同,被不同层次的用电管理人员所操作。
配电终端的设备需具备可靠性、可扩展性、可维护性和可检测性,更要求其具有安装灵活、易操作、免专业维护、抗恶劣环境等特点[4]。
配电终端设备原则上要统一结构,统一尺寸,统一配置,统一接线。
“四统一”的目的是减少配电终端设备种类,操作、维护界面一致,提高工作效率,减少维护工作量。
同一厂家的配电子站、终端统一使用同一个软件进行维护、配置,减少维护复杂度。
配电子站、终端设备柜按技术规范统一结构,统一尺寸,统一配置,统一接线。
2.3配网自动化光纤通信网络建设
金融高新区配网光纤通信网建设应以满足智能配电网应用为前提,满足目前的应用需求(如配网自动化、继电保护等),预留将来扩展的业务需求,如视频、IP电话、智能电网应用等。
2.3.1全光缆覆盖
为满足99.999%的高供电可靠率,必须建设高可靠的光缆网络,原则上随每条配电线路通道敷设一条光缆。
2.3.2独立三网
建设三张物理层面独立的数据网,其中两张为配网调度数据网,另一张为配网综合数据网,满足高可靠智能配电网的需要。
2.3.3全IP网络
为满足智能电网的多应用需求及信息的多向灵活传输,应建设开放的IP平台。
整体规划网络IP地址,一次完成设计分配IP地址,以提高网络的可维护。
2.3.4通信网络组网原则
配电网自动化通道要求实现双通道,并分别通过两套独立光纤调度数据网承载;配网视频等综合业务通过独立的配网综合数据网承载。
结合现有电力通信资源和新建的光缆,按照核心层、汇聚层、接入层的分层建设模式构建通信网。
1)配网调度数据网A网组网方式
核心层应充分利用现有电力通信网络,通信网核心点宜选择220kV变电站或市、区局等办公大楼,采用裸光纤通信方式,优先采用环网的组网结构;核心层节点配置千兆路由器,环内启用OSPF路由协议。
汇聚层应充分利用现有电力通信网络,通信汇集点宜选择110kV变电站,采用裸光纤通信方式,优先采用环网的组网结构;汇聚层节点配置多层路由千兆以太网交换设备,环内启用OSPF路由协议。
接入层利用新建的电力专用光纤,尽量建立光纤环网;接入层节点配置三层工业千兆以太网交换设备,环内启用冗余协议
2)配网调度数据B网组网方式
核心、汇聚层通过现有的SDH或调度数据网承载。
接入层利用新建的电力专用光纤,尽量建立光纤环网;接入层节点配置三层工业千兆以太网交换设备,环内启用冗余协议。
3)配网综合数据网组网方式
各配电点利用新建的电力专用光纤,尽量建立光纤环网作为接入层接到110kV、220kV变电站或市、区局、营业点等办公大楼现有的综合数据网络;接入层节点配置三层工业千兆以太网交换设备。
通信网络带宽要满足配网自动化、电能计量的需要,还要满足将来的扩展(低压集中抄表、视频、IP电话、智能电网应用等)需要。
2.4计量自动化系统和智能电能表技术
计量自动化系统主要由计量自动化终端、具有RS-485端口的电能表、通信系统以及系统主站四部份组成,包括计量自动化厂站系统、计量自动化专变系统、计量自动化公变系统、计量自动化低压集抄系统、计量自动化综合应用管理系统。
2.4.1计量自动化系统建设要求
1)覆盖要求
计量自动化系统覆盖金融高新区内的所有变电站、专变用户、公变台区和低压用户的计量点,实现100%全覆盖。
2)抄读要求
按需自动采集220kV、110kV、10kV到0.4kV各电压等级用电现场电能量计量数据,为实现自动抄表提供便利的技术手段;能够实时监测用电客户的用电情况,为客户提供负荷分析等优质服务;能够实时监测用电计量装置的运行情况,为用电监察提供远程自动化服务手段。
3)高级应用要求
通过对采集的各级用电计量装置的电量进行整合、分析和统计,实现线损四分统计分析;根据需要监测现场用电运行信息,包括电流、电压、有功无功功率曲线,为供电质量分析及负荷管理提供可靠技术支持;根据现场采集数据为配网生产运行提供负载管理支持。
2.4.2智能电能表技术原则
智能电表定义:
由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成,具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表。
3结论
配网自动化及管理系统的开发和应用,是从传统的管理方式向现代化管理方式的飞跃,配网自动化及管理系统具有实时性好、自动化水平高、管理功能强之特点,能大幅提高供电可靠性和电能质量、改善对用户的服务,具有显著的经济优越性和良好的社会综合效益。
采用基于现代信息技术的配电网络自动化系统将在很大程度上改善配网的运行状态,更好地实现资源的综合利用。
配网自动化及管理系统的建设是一项系统工程,应按照以下几项原则建设:
1)在按照配网建设统一规划的前提下,因地制宜,积极采用,分步实施,合理选用、推广应用配网自动化及管理系统,以实现最佳的投人产出比;
2)实现配电网络自动化,应着力于提高供电的质量和可靠性,通过配电网的运行监视与控制、故障定位与隔离、网络重构与负荷转移等配网自动化功能有效减少故障次数,缩小事故范围,缩短事故时间,为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的依据,减轻运行维护人员的劳动强度并减少人员配置,有利于提高设备的安全和健康水平,延长使用寿命。
3)结合计量自动化系统的应用,为电力调度系统管理自动、准确、及时地提供更为详尽、丰富的数据,并方便、直观地监控全局内各个用户的用电、供电情况,实现直至末梢神经的总体控制。
参考文献
[1]郭尚蓬.新开发工业区实现配网自动化的必要性和几点建议[J].天津电力技术,2009,3:
33-35.
[2]都健刚,刘治新.城市中压配网典型接线模式研究[J].四川电力技术,2010,33
(2):
34-37.
[3]广东金融高新技术服务区配网自动化建设技术规范汇编――广东电网公司佛山供电局,2011.
[4]陈章潮,顾洁.配电网及自动化讲座(六)――第六讲配电网自动化[J].电网技术.
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