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1.2国外配电自动化的发展
欧美国家的配网自动化发展较早。美国社会发展水平较高,配电网管理水平较好,对供电可靠性要求较高且效应十分明显。美国配电线路以放射状为主,系统采用中性点接地方式,配电一次设备制造水平较高,基本能实现免维护。美国配网长配电线路一般采用多级重合器进行配合,各级重合器之间利用重合次数与动作电流定值的差异实现配合,分支线路上采用分段器实现上下级之间的配合,变电站为无人值守,通过安装可靠的通讯和检测装置实现监测。馈线自动化是美国提高配网系统供电可靠性最有效的技术手段之一。德国等欧洲国家也在20世纪中叶就开始了对配网自动化的研究。德国的一些配电公司从实际需要出发,在网架结构成熟区域,经过站点优化和技术经济比较后,在网络关键站点实现自动化功能,以较少的投资来换取较大幅度减少的恢复供电时间;在电网结构相对稳定后,局部区域网络关键点实施应用自动化技术。
日本、韩国等国家与欧美国家有所不同,因为地理环境等原因,日本供电半径小,可靠性要求高,环网供电方式比较多,变电站多采用具有 2、3 次重合闸的重合断路器,并在变电站设有短路故障指示器,根据短路电流的大小,推算出故障距离的长度,实现故障隔离。日本配电自动化经历了从自动重合断路器和自动配电开关配合实现故障隔离和恢复供电,再到利用现代通讯及计算机技术,实现集中遥信、遥控,并对配电网系统实现信息的自动化处理及监控的发展过程。日本供电可靠性处于世界领先地位,大量实施了配电自动化,并在6.6 kV和100 V的线路和设备上大力推进不停电作业技术,大大提高供电可靠性。
韩国配网网架结构为复杂的网络状链接结构,配电电压普遍升压为22.9 kV,配电线路较长,配电网中的开关设备主要采用户外SF6环网柜,负荷开关型为主。架空线路主要采用SF6负荷开关,并安装与之配套的FTU。韩国配网自动化建设的特点:在建设过程中非常注重投资回报,在投资时尽量不采用豪华配置,而采用低端配置。注重发挥配电自动化系统作用,产生经济效益。韩国配电自动化系统的建设初衷也是提高供电可靠性,但建设后意外地发现配电自动化系统建设带来的最大收益并非是减少停电时间获得的经济收益,而是通过推迟配网投资和降低网损、扩大供电范围的方式得到的巨大收益。近年来,韩国的通信技术飞速发展,开发和制造配电自动化系统正好利用这一有利趋势,利用以无线电和光缆为媒体的PCS系统,增强现有通讯网络的通量和传输能力。韩国的通讯方式逐渐向光纤、CDMA和TRS方式集中。
1.3我国配电自动化的发展
我国的配电自动化建设以及改造的起步较晚,配电自动化工作的开展是在90年代,从1995年开始我国陆续引进了东芝、Cooper 等产品进入国内市场,我国配电自动化系统发展的第一个阶段就是通过引进国外的智能开关设备,通过开关之间的配合实现故障定位、隔离和自动恢复供电。由于在我国故障停电时间占用户停电时间的很少部分,第二阶段配电自动化就是逐步实现配电层次的SCADA功能,通过建立配电网的实时监控系统,即在配电网调度中心建立主站系统,在各开闭所和一次设备现场设置配电终端FTU、DTU、TTU
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等远方终端,通过通信通道联系,从而实现对配电网的监控功能。1999年,在江苏镇江和浙江绍兴成功试点了架空和电缆混合线路为主的配电自动化系统,并以此成功经验,起草了我国首个自动化功能规范。通过多年的配电网的改造和单项配电自动化的发展, 在配电自动化发展的现阶段,借助现代电子技术、计算机技术、网络技术和通信技术实现各子系统之间资源共享,实现集成型配电自动化。从2009年开始,国家电网公司大力倡导智能电网建设,给配电自动化注入了新的动力。2010年,国家电网公司紧紧围绕公司建设坚强智能电网的战略目标,全面贯彻“统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进”的工作方针,确定北京、杭州、厦门和银川4个重点城市的配电自动化建设项目作为公司第一批试点工程。
我国的配电网自动化系统正在蓬勃发展中,但也存在许多不足之处,我国配电网建设起步较晚,全国性的配电网架薄弱,地域广阔,地形复杂,地区之间经济发展速度不同,电力线路结构复杂,农村电网建设多采用架空线路,而城市建设过程中则大多采用电缆线路。配网系统分布广,分散性大,中性点接地方式多样化,包括中性点小电流接地系统(中性点不接地、中性点经高阻接地、中性点经消弧线圈接地)和中性点大电流接地系统(中性点直接接地、中性点经小电阻接地)。接线方式复杂,包括放射式、树干式和环网供电方式。配电网的供电可靠性较低,年平均停电时间和许多发达国家仍有较大差距。经过建设与改造,重点城市的配电网网架结构趋于合理,满足配电自动化要求的配电一次设备已经基本具备条件,复杂配电网分析与优化以及规划设计的理论研究取得了阶段成果。为提高供电可靠性、提高供电企业的运行管理水平,供电企业须积极创造条件,推广配电自动化技术,进一步提高电网运行管理水平。
1.4 开展配电自动化的意义与未来趋势
配电自动化技术的发展对于我国有着重要的意义,配电网自动化的兴起主要源于城市电网的改造,因为我国配网自动化起步较晚,初期配电网络的建设没有得到重视,但随着经济的蓬勃发展,电力行业、电力系统的建设也进入了迅速发展的新阶段,与之相关的各种电力技术也在不断地创新与进步。配电自动化系统发展的最终目的是为了提高供电可靠性和供电质量,缩短事故处理时间,减少停电范围,提高配电系统运行的经济性,降低运行维护费用,最大限度提高企业的经济效益,提高整个配电系统的管理水平和工作效率,改善为用户服务的水平。
配电自动化的推广与应用能够极大地提高电力系统供电的可靠性,厦门在福建省内率先开展配电自动化建设, 2011年7月投入实用化运行,与世界部分发达地区比较,如图1-3所示,2013年厦门岛(全口径)用户年平均停电时间接近台北72分钟水平,仅考虑故障停电则接近首尔19分钟水平、核心区达到东京3分钟水平。这充分证明了配电自动化技术在电力系统中的应用极大地提高了供电可靠性。
图1-3 2013年国内外部分地区年平均停电时间统计
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配电自动化的推广能够实现配电网的经济运行,减少运行维护费用和各种消耗,也为供电企业改善服务质量、提高管理水平提供保证,而高效的管理机制也必将提高企业的整体运行效率,为电力系统、电力市场的改革打下良好的技术基础。
在我国,配电自动化的发展已经步入了正轨,随着经济发展,电力系统基础设施的建设正在一步步完善,未来配电自动化的的发展趋势:
1)注重投入产出,向日本和韩国等国家,采用更为合理的设备,提高配电网可靠性,不盲目追求设备豪华和先进,采取了统一规划、分步实施原则,不同的地区采用不同的模式,优先实施网架基础好,经济效益和社会效益明显的区域。
2)在提高配电自动化在配电系统发生故障时的反应速度、隔离故障准确性的基础上,充分挖掘现有配电自动化系统的功能。例如在配电网正常运行时,通过网络优化和负荷转移降低线损、扩大供电能力、推迟设备投资和电网改造的周期,使得配电自动化系统的经济效益有了根本的提高,预计几年后将能够收回投资并产生可观的经济效益,还可以在提高供电质量、改善用户服务质量、降低电能损耗等方面作出巨大的贡献。
3)向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展。目前已经具有相当的规模,并且从提高配电网运行的可靠性和效率,提高供电质量,降低劳动强度,充分利用现有设备的能力,缩短停电时间和减少停电面积等方面,均带来了可观的经济效益和社会效益。
4)通信方式多样化。配电网通信有无线、光纤、专用电缆、载波等多种通行方式,但在主通信线路上更倾向于使用光纤,10KV 配电线载波通信以及基于GPRS 和 CDMA 的无线通信在配电网中的应用受到用户的广泛关注。
5)目前国外正致力于的配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等研究。并且在研究通过负荷分配的优化来减少网损,对变压器负荷进行管理,以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗,以及按即时电价对用户负荷进行管理等。
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