山区配电网自动化建设的难点分析及对策

李 巍

（国网谷城县供电公司，湖北 襄阳 441000）

电力系统跟随社会发展的第一步就是配电网自动化，能够监督配网运行是否正常并及时查出异常点，快速隔离故障区，并降低因电力故障导致的供电异常，大幅度缩短停电时间。在配电网无异常的情况下，根据配电网电压合理控制无功能负荷和电压水平，合理控制用电负荷。目前用户的各方面意识越来越高，不管城市还是山村都对供电可靠性提出了更高的要求。目前，配电网自动化系统是提高电网管理水平的重要手段之一。该系统已在中心城市的近郊地区试点，未来将根据可行性与山区特点合理建设配电网自动化系统。

1 配电网自动化系统简介及可行性标准

1.1 配电网自动化系统简介

配电网自动化系统是结合了现代多种电子设备技术的产物，使配电网不管在故障时期还是正常过情况下都能正常运行，可以将监测、控制、隔绝和供电管理等融为一体，以此做出最有效率的决策，减少因故障问题而导致的用户用电问题。配电网自动化的建设也能拉动用户对企业的信任，建立良好的关系，以更优的用电质量来满足用户的多重需求，提高供电的经济性与安全可靠性[1]。配电网自动化建设是保证城市用电的关键因素，也是电力系统建设的重要部分。

配电网自动化系统的主要内容如下：1）馈线自动化。该自动化内容主要完成馈电线路的监测、控制及诊断、隔离与重构。2）变电站自动化。具体包括自动控制技术、信息处理、传输技术3 个技术类型，通过技术或自动装置系统对变电站进行一系列自动化系统。3）配电管理系统。DMS 是配电网自动化系统的中心基站，管理整个配电站的一系列自动化系统，包括控制、陨石和管理等。配电网自动化系统的基本运行图如图1所示。

图1 配电网自动化系统的基本运行图

1.2 配电网运行可靠性的标准

配电网运行的可靠性是运行前至关重要的因素，如果出现问题，将会对农业、工商业和山区农民造成不可估量的损失，因此这一可靠性的标准建立要慎重。根据《供电等级标准》中供电可靠率的有关规定，供电可靠性/可靠率的计算公式是（1-每家用户的平均停电时间/统计时间）×100%。对可靠性的管理知识表层管理更是对整个电力行业的约束与安全问题的管控，它代表着电力公司的管理水平、供电情况，决定企业的经济效益，因此供电公司对可靠性这一标准非常重视。

2 山区配电网自动化建设重难点

2.1 配电网自动化系统建设的重点

2.1.1 根据山区环境进行整改

山区环境比城市复杂得多，而且迫害性强，树枝、鸟类等均有可能引发故障。修补故障需要耗费大量的人力与时间精力。由于山区较大，两点之间距离较远、分支较多、情况复杂难辨[2]，因此如果不及时修缮，会严重影响公司的形象与经济利益，还会影响公司的售电量。如何在路况、交通都复杂的地方快速找到故障点并解决故障是需要攻克的难题。配电网自动化系统的出现将较好地解决该难题，因此不管从宏观角度来说，还是从可实用性来讲，配电网自动化系统是必要的。

2.1.2 转换适应山区发展需要的构架

该文将主题结构分为3 层，来适应山区的具体情况，3层结构分别为配电网主站、配电网分站以及各个电力维修人员所需要配备的配电服务终端。这3 层逐级检查能及时发现使用中的问题，并对症下药，即时解决。对面积宽阔广大的山区来说，可适当增加配电站分站的数量，并根据当地的地区情况和人口分布来调整机构分布[3]。3 层系统对互联网的要求极高，最大的实用性在于能够将山区配电网的所有信息及时有效地传递出去，从而提升配电网建造的有效性，并对逐渐开放、发展现代经济的山区来说，3 层有效系统的发明也是推动山区向城市发展的方式之一。

2.1.3 加快山区配电网网架结构调整与设备升级

山区自动化建设先要进行山区配电网架构的调整与升级，网架线路最大负载率是网架结构调整的第一步，为了实现配电网网架结构的整体合理性，最重要的一步是控制网架结构的最大负载率，控制公式如公式（1）所示。

式中：T为最大负载率；P为线路容量；M为备用容量；Y为最大载流值。

公式（1）中所有字母所标注的意思都是基于山区配电网网架结构为前提。调整网架结构时，“T”要始终低于“Y”，这样才能确保整体结构的科学性、合理性和可用性。与此同时，技术设备的技术升级也是山区配电网建设的重要措施，应用当下新品研发的自动化设备，通过引进措施来达到配电网自动化的整体建设标准。

2.1.4 合理进行配电通信网络建设

合理的配电通信建设是解决山区配电通信网络搭建的关键措施，针对光纤线路搭建难问题，可以采用“替换式”解决方法，将光纤通信替换成无线公用通信。该措施对降低通信效率有很大作用，但根据山区实际情况可知，山区人口密度稀疏，老龄化严重，因此该方法已经基本能够满足山区群众的通信要求。但在想到解决办法之前，已经有部分山区先一步铺设光纤网络线路，在该情况下，将2 种线路铺设方式合二为一是解决问题的最好方式。该部分山区配电网自动化建设建议以ENOP 技术为主。当配电线路过长时（40m 以上），无限公用通信方式最合适；配电线路较短时，光纤通信方式最合适[4]。在山区配电通信网络中，最重要的是既要保证主电站与配电站相互联系，也要保证实时性。可以根据自身情况对2 种方式种进行合理选择，即可建立起合理的配电通信网络。

2.1.5 提高配电网建设效率

关于山区配电网建设的影响因素层出不穷，目前配电网发展的重点就是提高发展效率。首先，需要使配电网自动化建设的目标与未来发展规划达到统一。其次，不断调整网架结构，并加速网架结构的创新升级，以此来吸引人才造福山区，提前组建未来关于山区配电网的人才队伍。再次，要想改变配电网络塔搭建难度大的问题，需要制定完整的计划来进行配电通信系统的建设。山区配电网自动化建设策略示意图如图2所示。

图2 山区配电网自动化建设策略示意图

2.2 配电网自动化系统建设的难点——DG 接入对馈线自动化的影响

电流保护是以保护装置为基础，为了保证配网线路和设备的安全，保护装置在电流幅值超过一定阈值时，会对保护点的监测电流幅值进行动作响应[5]。分散式电源接入配网后，配网从传统的单电源供电网变为单电源供电网，网源结构发生了重大变化，会对自动化开关的电流保护配置带来如下重大影响。

首先，当故障发生后，一些分散的电源对短路的电流有辅助增强的能力，当这些分散电流在穿越故障点时，短路电流会增大，由于分散电流的进入打乱了短路电流原有的走向，因此对保护装置影响较大。

其次，当这些分散的电源接入后，配电网变成上、下两端的供电设施。当故障点连接在上游时，故障电流不会按照正常轨迹进行，而是会产生反方向电流。如果以装置安全为前提，不设置方向箭头，会导致保护勿动，影响其准确性。含小水电线路模型如图3所示。以图3 模型为例，在PSASP中进行DG 接入对馈线自动化影响的建模仿真分析。

模型中，L1和L2分别是采用就地重合闸式和电流级差馈线自动化的10kV 配电线路，其中F1～F5为智能断路器，W1和W2为智能负荷开关，大系统容量为335.5MVA，设定线路长度为9.1km，型号为LGJ-120。设置L2接入小水电，分别设置K1～K4三相短路，设置5MVA 接入小水电容量，接入前后各故障点短路电流见表1。

表1 短路电流计算

由以上结果可知，在该参数模型下，影响各个短路电流的是5MVA 的小水电接入。但当K1、K2、K3点的短路电流接入时，系统提供的电流远不及DG 的短路的流量，与系统流量相差较小的是K4、K5点DG 短路电流。各短路状态下，影响自动化开关的小水电接入影响情况如下：1）K1点故障，小水电接入激增了短路电流。由于小水电在故障点下游，对F1开关动作没有影响，因此F1正常动作，新增的短路电流分量流经F3。如果此时F3无方向判别元件且小水电容量足够大，F3误动作[6]。2）K2点故障，虽然小水电接入增加了短路电流总量，但不影响流经F3的短路电流分量，F3开关正常动作，同时小水电机组自身保护响应，小水电与系统断开[6]。3）K3点故障，小水电新增的短路电流分量直接叠加，加速了F4开关的动作响应。此时，F4仍正常动作，但可能会扩大保护范围，其余开关不受影响。4）K4点故障，由于小水电短路电流分量影响，当F4无方向判别元件且小水电装机容量足够大时，F4误动作[7]。5）K5点失效，相邻线路的小水电短路电流分量使F2的动作加快，可能会使F2 的保护范围扩大，同时，在F3无方向判别元件且小水电装机量足够大的情况下，F3会发生F3新增分量流经F3的错误动作。

图3 含小水电线路模型

整体而言，小水电接入对馈线自动化的影响主要体现在保护范围的扩大，主要是对3 分段式电流级差型自动化和对相邻线路自动化开关动作的影响。针对上述影响，可采取如下措施进行馈线自动化施工。1）自动化开关主要是指带方向元件的，这样可以有效减少分散电流引起的开关误动作。2）采用此类分上、下两端的自动化模式，分散电流都经过同一路线，会导致快关保护范围变大[8]。3）采用首端断路器带方向保护+就地重合器自动化建设模式，该模式与分散的电源不会互相影响，但会使2 条相近路线的分散电源接入受影响。

3 计及DG 接入的馈线自动化规划策略

结合上述分析，该文提出计及DG 接入的馈线自动化规划策略，下面从规模型的操作流程进行阐述。

含分布式电源接入的山区配电网馈线自动化规划配置步骤如图4所示。

图4 山区馈线自动化规划流程

为了得到具有普适性和适应性的自动化规划策略，对上述计算过程进行扩展，得出如图5所示的具有实用意义的山区配电网自动化规划流程。

图5 山区配电网馈线自动化规划流程

4 算例分析

4.1 单辐射线路自动化规划

取一实际馈线线路A，线路A 全长4.2km，负荷为3.2MW，其简要单线图如图6所示。

图6 实际馈线简要单线图

其实际线路自动化配置及该文方法推荐配置对比情况见表2。

表2 馈线A 已有自动化终端策略与该文方法对比结果

由上可知，该文方法在满足一定可靠性前提下，在经济性方面具有优越性[7]。

4.2 单环网线路自动化规划

对于单环网线路，仿真设置环网组线路负载率均满足线路全线转供要求，单环网线路由上述模型求解得到的结果见表3。可根据单辐射线路自动化同一原理来实际验证表3 的有效性。

表3 单环网最优自动化规划推荐表

5 结语

电力事业的稳定发展是我国国民经济的关键，这样才能保证用户的用电质量。综上所述，虽然城市配电网朝着良好的态势发展，但山区不论在科技、机械，还是在人才与运行管理上都存在较大问题。在山区建设配电网系统化建设需要突破很多障碍，从而将山区的配电网系统化建设得更好，创造一个良好的用电环境。