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光纤通信纵差分布式配电自动化研究

【摘要】在自动化技术和网络通信传输技术不断进步的今天,配电网可靠性的提高已经越来越依赖自动化保护,本文探讨适用于城市新区的配电自动化建设方式,对比分析常见的配电自动化方案的优劣,针对适用于城市新区的10kV网络架构的智能配电网配电自动化建设方式的选择提出建议。

【关键词】配电自动化;光纤纵差;智能分布式;光纤通信;智能配电网;供电故障恢复

随着国家电网公司明确提出建设“坚强智能电网”的目标战略,在配电网网架不断改进完善的形势下,配电自动化对电网的支撑作用将更加突出。随着中国城市化进程的不断推进,各种经济问题、社会问题和环境问题逐渐突出,建设新区成为各地政府建设现代城市的必然选择,而智能光纤纵差分布式配电自动化技术的出现,为城市新区配电网建设提供一个能够满足其高供电可靠性要求的合适解决方案。

1城市新区中压配电网

1.1城市新区建设

21世纪后,我国迎来新型城镇化建设高质量发展阶段,各地政府多采用新建城市新区的方式来满足城市人口不断增加的形式,各地城市新区建设不断加快,城市新区配套基础设施建设也在快速推进。随着城市新区用电设备种类和负荷快速增长,对配电网供电能力提出更高的要求,不仅要适应城市负荷增长,更要兼顾城市规划布局、产业结构调整、用户用电需求提高等各种外部条件,我国配电网面临复杂的建设环境和更高的建设要求。

1.2提高城市新区配电网供电可靠性的方法

我国城市新区配电网有其独有的特点,其负荷集中且密度大,设备容载比较低,电力设施供电半径小,电缆使用率较高,电缆管线通道完善,对供电可靠性要求高。所以针对城市新区的特点,配电网在建设阶段一般可以通过两个方面来提高配电网供电可靠性:(1)优化一次网架。考虑到城市新区的定位一般是城市未来的中心区域或者工商业集聚区,不管是园区企业用户还是普通居民用电负荷都非常集中,用户对电力依赖程度高,停电的造成损失比其他地区更加大,相应的中压网络一次网架必须具有高的可靠性及很强的负荷转供能力。因此,城市新区的10kV中压电网一般建议采用双环网线路架构,整体网架结构清晰,保证线路“N-1”通过率,当其中一条线路故障时,整条线路可以划分为若干部分由其余线路转供,可以使客户同时得到两个方向的电源,供电可靠性较高,运行较为灵活。在国内经济发达地区,还可以采用“花瓣式”等具有更高灵活度和可靠性的接线方式,各地供电企业可以根据自身供电需求和能力灵活选择网架结构。(2)提高配电网自动化水平。配电自动化是通过建立完善的信息通信网络,使配电网中各种类型的系统信息得到有效管理和控制,从而保证配电网供电质量和效率,提高安全性。配电自动化实施后,故障点和故障原因由自动化设备或主站后台通过预设逻辑进行判断,快速提出相应的解决方案,使运行人员能够快速响应,有效缩短用户的停电恢复时间。配电自动化相较一次网架,投资小见效快,目前已经成为提高配电网供电可靠性的主要手段。目前电网一般采用有线光纤和无线公网两种方式保证配电信息通信通道,因为考虑到网络安全原因,一般光纤方式用于需要实现“三遥”(遥测、遥信、遥控)的重要配电线路,而无线公网方式则用于“二遥”(遥测、遥信)的分支线路。城市新区由于具备相对完善的电缆管线通道,光缆建设将不再是阻碍配电自动化实施的主要因素,对普及“三遥”功能的配电自动化非常有利。

2配电自动化技术的发展

(1)智能分布式FA。在基于传统线路保护的配电网运行过程中,存在诸多现有保护和无法解决的问题,如过流保护定值级差不易配合,故障后可能造成变电站出口断路器跳闸,造成全线停电,无法将停电范围最小化;停电后的故障隔离、供电恢复由配电主站通过人工确认控制完成,全过程停电时间一般在几分钟到几十分钟,无法满足新区99.999%的供电可靠性指标。而随着自动化技术快速发展、城市化进程不断加速对供电可靠性要求不断提高,智能分布式馈线自动化(简称智能分布式FA,FA:FeederAutomation馈线自动化)技术应运而生。智能分布式FA技术属于就地式馈线自动化方式的一种,其基于实际网架中相邻开关的终端间对等通信,通过配电终端之间的故障处理逻辑,能够在自适应开环与合环运行方式的情况下,对电缆线路或母线故障后实现故障快速的隔离,以及完成非故障区域的及时恢复供电,并将故障处理结果上报给配电自动化主站,配电自动化主站和子站不参与故障的处理过程,可以极大地加快故障恢复速度,缩短用户停电时间,提高供电可靠性。(2)光纤纵差式FA。随着城市新区中分布式能源的大量接入,配电网也变成复杂的多电源源网络,传统的基于单端电气量设置过流保护为主保护的分布式FA配网保护方案在实际应用中若系统发生故障,短路电流的大小及其流向必然会受到附近分布式电源的影响,会导致原有保护出现灵敏度低、拒动和误动等问题。在这种情况下,传统的配电网保护和潮流计算方法也不再适用。近年来,在智能分布式FA和光纤纵差保护基础上做出了深度融合,提出了改进的智能分布式FA—光纤纵差式FA。光纤纵差式FA中的光差保护,在进行故障判别时只需要线路两端的电流量,无须考虑故障电流方向,保护范围为线路全长,不存在死区,且在配网各种接线方式下,均能很好地满足继电保护的快速性、灵敏性和可靠性等要求。

3两种分布式FA技术路线对比分析

智能分布式FA技术目前的两种解决方案:对等通信分布式FA和光纤纵差式FA各有优缺点,下面分别从技术角度和实现方式方面进行对比分析。(1)对等通信分布式FA。对等通信分布式FA技术通过配电终端之间相互通信实现馈线的故障快速定位、隔离和非故障区域自动恢复供电的功能,并将处理过程及结果上报配电自动化主站而根据智能配电网的相关要求,具有与集中式FA完全兼容、快速故障处理、缩短停电时间、一般不需考虑级差配合等特点。其在双环网中的每个配电节点及变电站出线侧配置智能分布式DTU,利用DTU之间的水平对等通讯进行信息传输。从而在发生故障时利用互传的信息定位、切除故障,并在小区域内判断故障恢复路径,并将处理过程和结果上报配电自动化主站。(2)光纤纵差分布式FA。光纤纵差分布式FA技术属于光纤差动保护与分布式配电自动化方案的技术结合技术,光纤差动目前比较成熟的应用在110kV等高电压等级的主保护方面,应用在10kV配网属于成熟技术下移扩展,该技术通常适用于对供电可靠性要求特别高的核心地区或供电线路,与城市新区的定位相匹配。光纤纵差分布式FA技术需要在双环网中的每个配电节点及变电站出线侧配置一体化配电保护终端设备,利用一体化配电保护终端设备具有的光纤差动保护快速、灵敏地切除故障;环内一体化配电保护屏柜之间通过光缆连接,形成HSR组态环网,进行内部数据通讯。从而准确定位故障、快速切除故障。同样,也可在故障切除后通过环内装置之间的交互通信选择区域内最优故障恢复方案。(3)技术对比(见表1)。对等通信分布式FA优势主要在于:能够独立于主站系统进行故障的隔离与恢复;水平通讯使得各个节点能够标准建模,使配电网内节点增删操作不会影响原有FA系统运行,可适应电网结构改扩建等需求。光纤纵差分布式FA的优势主要在于:具有保护原理简单可靠,集成度高,保护范围明确,且不受电力系统振荡影响等优点,具备良好的选择性和灵敏度;可有效解决分布式电源接入后配电网潮流及结构的变化对保护产生的影响;不受运行方式变化的影响,可适用于配电网合环运行时故障的判别与隔离,整体动作时间极快。对等通信分布式FA和光纤纵差式FA具有共同的缺点:对配电终端自身性能以及对水平通讯网络的稳定性有很高的要求。从技术角度,光纤纵差式FA相比对等通信分布式FA具有一定优势,但其还具有逻辑复杂、运维难度大、系统集成成本高等局限,但随着自动化技术的发展和电网运维力量的加强,相信这些问题将逐步得到解决。

4结语

本文介绍了两种适用于城市新区高可靠性配电网建设的馈线自动化技术,并进行对比分析,得出结论:光纤纵差式FA技术集中了光纤纵差保护快速动作和智能分布式FA智能判断切除故障恢复供电两者的优点,比智能分布式FA动作速度更快,比光纤纵差保护更智能,将为城市新区配电网建设提供助力。

参考文献

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[2]刘健,张小庆,陈星莺,等.集中智能与分布智能协调配合的配电网故障处理模式[J].电网技术,2013(9):2608-2614.

[3]宋若晨,徐文进,杨光,等.基于环间联络和配电自动化的配电网高可靠性设计方案[J].电网技术,2014(7):1966-1972.

[4]虞坚阳,王科龙,秦勇明,等.主动配电网智能分布式馈线自动化故障定位方法[J].南方电网技术,2016(12):38-44.

作者:张道远 单位:郑州祥和电力设计有限公司

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