电力系统中智能配电网设计应用

胡爱春

（福州万山电力咨询有限公司，福建福州 350108）

电力能源是我国非常重要的基础能源之一，为国民基本生活和社会经济发展做出了非常重要的贡献。随着人们生活质量的不断提升，如何保障配电网运行过程的可靠性和稳定性是供电企业亟需解决的问题[1]。通过对电力系统中的配电网进行智能化设计，能够显著提升配电网运行的可靠性[2]。基于智能配电网能够在第一时间发现线路中出现的故障问题，同时对出现故障问题的线路进行有效隔离，缩小由于电路故障导致的停电范围[3]。随着我国电力领域的不断发展，目前智能配电网在实践中的应用越来越广泛。本文主要介绍了电力系统中智能配电网的设计及其应用情况。对于提升电力系统中配电网运行的安全性和可靠性，具有一定的实践意义。

1 智能配电网的整体结构设计

1.1 整体框架

电力系统中配电网是需要与电力用户直接连接的线路，所以在运行过程中特别容易出现各种故障问题。如果处理不当，由于故障问题导致的停电范围会扩大，影响电力用户的使用体验。通过建立智能化配电网系统，能够对配电网中出现的故障问题进行及时定位，并对故障线路进行自动化隔离，从而缩小故障导致的停电范围。结合实际情况设计的电力系统智能配电网整体结构方案如图1 所示。由图可知，整个框架方案由多个部分构成，分别为通讯信道、配电终端以及主站/子站系统等。

1.2 运行基本原理

结合当前的实际情况，实现电力系统中配电网的智能化运行方式主要有两种，分别为集中型和就地型。

第一，就地型。通过配电网中设置的配电终端，主要包括DTU 和FTU 对线路中出现的故障问题进行检查，另外，线路中的配电终端、负荷开关以及断路器等硬件设施会将相关的信息通过无线网络的方式，目前主要是通过4G 网络信号，传输到子站系统中，然后子站系统将线路的故障信息、开关状态信息等汇总后传输给主站系统，最后主站系统对相关信息进行研判后，通过短信管理系统将故障信息发送给运维人员进行处理。

第二，集中型。这种形式的特点就是没有子站系统，线路中设置的各种硬件设施采集到的信息，全部直接传输到主站系统中进行分析和处理。其中，DTU 和FTU 的作用主要就是对线路中的电流、电压、开关状态等信息进行收集，主站系统对搜集的信息进行综合分析后，如果认为某个线路存在故障问题，就会下达指令对开关进行控制，切断相关的故障线路。本系统中采用的是就地型运行模式，能够提升系统整体的可靠性。

2 主要硬件设施的选型设计

以下主要对智能配电网中的主站系统、配电终端以及通信设备进行详细的介绍。

2.1 主站系统

选用E8820 型配电网用调度技术支持系统，内部中使用的处理器具有多核并行运算能力，拥有非常优越的数据处理能力，完全能够满足智能配电网运行过程中的计算需要。主站系统中设置有30 块容量为1TB 的硬盘，系统在实际运行过程中可以根据需要对硬盘的数量进行扩展。主站系统可以对区域范围内所有的电力用户进行集中管理，对配电网运行状态数据进行实时监控，对出现的故障问题进行分析，还可以对配电网的历史运行数据进行调取分析，基于先进的数据处理技术对潜在的故障隐患进行预测。配电网管理人员可以基于主站系统实时掌握配电网的运行状态和故障警告信息，第一时间对故障问题进行处理，缩短停电的时间和缩小停电的范围。

2.2 终端FTU 选型设计

在智能配电网中，配电终端的主要作用是对线路运行过程中的各种状态信息进行收集并传入主站系统中进行分析。本研究中选用的控制终端（FTU）型号为RDCU-1A/X，该型号终端采用的是模块化设计，CPU 采用的是32 位微处理器，具有非常强劲的数据计算处理能力，且有很好的拓展性能，方便配电网智能化系统后续各项功能的拓展。使用的软件具有很好的兼容性，能够兼容市面上常见的硬件设施，具有丰富的接口。环境适应性方面，可以在-40℃～70℃范围内正常工作，所以完全可以适应室外的工作需要。如图2 所示为控制单元面板。

图2 控制单元面板

利用RDCU-1A/X 型号控制终端可以对配电网中的关键运行状态信息进行遥测、遥信和遥控。另外，还可以与其他配电网中的智能控制终端实现通信，实现整个电力系统的分布式智能化监测与控制。控制终端有多种数据信息通信方式，包括工业以太网和RS485，基于这两种通信形式可以与外部计算机进行连接，以便对其进行升级维护。

开关选用的是断路器，具体型号为ZW20-12/630。该断路器具有很好的保护功能，一旦配电网线路中出现了故障问题，导致线路中产生较大的故障电流时，断路器可以快速对相关线路进行切断处理，以达到隔离故障线路的目的。开关内部已经配备了三相CT 和独立的零序CT，同时配备了三相五柱PT，可以对三相线路中的电压值以及零序电压量进行检测。

2.3 通信设备选型

如图3 所示为电力系统中智能配电网通信系统的整体结构示意图。从图中可以看出，配电网系统中使用的各种硬件设施与配网主站系统之间，主要是通过GPRS 公网实现数据信息的交互。这样可以规避了铺设大量有线通信网络的困难，提升通信过程的便捷性和可靠性。为了实现该功能，需要为配电网中所有的终端配备GPRS 模块，并且基于通信网络公司提供的VPN 专用通道实现与主站系统的连接。本研究中选用的GPRS模块型号为WD-500C，该装置具有通信加密功能，可以对无线传输的数据信息进行加密处理，避免了数据信息泄露。

图3 智能配电网的通信系统结构示意图

3 智能配电网的实践应用研究

3.1 工程概况

某10kV 配电网共设置有54 台变压器，需要向4300 多电力用户进行供电，整体的线路长度将近46 km，根据设计方案对该线路进行了智能配电网技术改造。改造完成后进行了6 个月时间的测试。在测试期间，系统针对配电网中出现的故障问题进行了4 次有效隔离，半年时间内，用户同期的用电量增长了33 万kW·h，电价按照0.6 元/kW·h 进行计算，则半年时间内为供电企业创造了19 多万元的经济效益。另外，由于智能配电网中具有故障的自动隔离、自动定位等先进技术，对于故障的排除效率提升了3 倍以上。

3.2 自动隔离故障技术的应用

通过智能配电网技术改造，在配电网中安装了很多故障指示器和自动化开关。通过这些硬件设施的使用，系统可以快速定位出现故障问题的位置，缩短了故障的定位时间，提升了故障排除效率。同时，还可以有效隔离故障线路，第一时间恢复非故障区域的供电。本案例中，半年时间内该10 kV 配电网共出现了4 次故障问题，智能配电网系统均在第一时间对故障问题进行定位并隔离，平均的故障定位时间为15 s。未进行智能配电网改造前，每次出现故障都需要安排6 名工作人员进行故障排除，平均的故障定位时间为4.5 h。可见，通过使用智能配电网，不仅显著降低了人工的劳动强度，还急剧提升了故障排除效率，为电力用户的可靠用电奠定了坚实的基础。

3.3 短信提示信息技术的应用

一旦智能配电网中出现了故障问题，位于现场的各种硬件设施，比如智能开关、故障指示器等，会将相关的故障信息第一时间上传到主站服务器中。智能配电网系统中的短信管理系统会将相关故障信息通过短信的方式发送给电网运行维护工作人员的手机上。如果是电压时间型开关出现了保护动作，那么短息中会给出开关的具体位置、保护是否闭锁或者恢复等信息；如果是普通保护型开关出现了保护动作，那么短信中会给出开关的具体位置、保护种类、重合闸等信息；如果是故障指示器出现保护动作后，短信中会给出具体位置以及具体的故障种类信息。配电网运维人员根据短息提示，可以快速达到故障现场开展工作，有效保障了故障排除的效率。

3.4 故障导航可视化以及巡检管理模块的应用

配电网中出现故障问题以后，系统会发出警报并通过短信方式提醒运维人员，运维人员确认故障信息后，系统可以自动化生成配电网线路位置的规划图。规划图中会具体显示故障的具体位置以及现场的照片，故障及其签单的时间和人员等信息，所有信息一目了然。另外，系统还可以根据现场实际情况，自动化生成到达故障地点的路线规划图，运维人员根据路径规划图可以在最短时间内到达故障地点。此功能对于运维人员来说非常方便，因为配电网中涉及很多的硬件设施并且比较分散，基于路径规划图能显著地缩短运维人员在路途中的时间。运维人员到达配电网故障地点后，正式开展运维工作前，系统会弹出相关核实确认单，确认无误后即可开展工作，降低了出现人为失误的概率。

4 结论

已有的实践经验表明，对电力系统中的配电网进行智能化建设，能显著提升配电网运行过程的稳定性，降低配电网出现故障问题的概率，为电力用户提供更加完美的服务，所以配电网的智能化建设是未来发展的必然趋势。本文结合实际情况，对配电网进行了智能化设计，介绍了整个设计框架方案，对系统中使用的主要硬件设施进行了详细阐述。最后将设计的智能配电网应用到某10kV 线路中，对其各项功能进行测试，发现均达到了预期效果。智能配电网的成功应用，为电力用户提供了更加稳定的电力服务，为供电企业创造了更好的经济效益。