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配电自动化系统:打通智能电网最后一公里

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人气:-发表时间:2015-08-01 08:41【

它能在数秒内从容处理一起供电线路故障,你感受到的只是家里的灯黑了一会儿,很快就又亮了。它就是国电南瑞研发的配电自动化系统,具备快恢复、可自愈、波及范围小等特点。这是未来对新型配电网的要求,也是打通智能电网“最后一公里”的关键点。

线路出故障后

系统能在数秒内自动排除

6月24日,上海,大雨。电闪雷鸣间,雨水倾盆而下,导致某变电站出现接地短路故障,潮湿的线路将两相短路扩展到了三相短路,变电站跳闸。这时,上海的配电自动化系统“察觉”到了线路的异常,开始自主动作:果断将故障点与其他线路切断,再合上联络开关,让另一条正常线路给故障线路供电。

当配电自动化系统从容地做完这一系列动作的时候,上海居民家里的灯只是黑了一会儿,数秒后就又亮了。和居民一样,配网运行人员也是“后知后觉”的。配电自动化系统正确动作后,才会将故障信息上传至主站,配网运行人员才会看到系统刚刚处理了一项故障。

“把故障点隔离开,重新恢复供电。我们的系统主动动作,整个过程没有人工参与,这就是全自动、智能化。”国电南瑞配农电公司副总工程师周捷说。

配电自动化系统能够正确动作,靠的是强大的事故预想数据。研发人员设想出所有可能出现的线路故障情况并输入系统,在出现类似故障时,系统才能对号入座,做出正确判断。“系统应用之前,我们会将所有现实中可能出现的故障全部模拟并逐个测试。当然,还有系统本身异常的情况也必须想到,这样才能保证系统在实际工作中不出意外。”周捷说,“各地电网拓扑结构不同,故障种类也不同。按照上海电网网络拓扑结构,配电自动化系统的故障模拟类型多达81种。”

根据电网结构的不同,各地配电网的自动化程度也不相同,甚至相同城市、不同线路的自动化程度也不一样。国电南瑞配农电公司配电主站系统部经理杜红卫讲述了一个真实的例子。

2014年夏季,杭州某220千伏变电站出现故障停运,变电站所带的20多条线路随之停电,涉及的客户数非常多。通过配电自动化系统,多数线路以遥控操作的方式恢复供电,用时不到50分钟。然而,在这20多条线路中,有两条线路没有实施配电自动化改造,抢修时间大大延长,用时3个小时左右。“后来,在此基础上,我们帮助杭州供电公司研发了一款新的系统——大面积停电快速复电转移系统,将杭州的抢修效率提高了10倍。现在,杭州电网全站停电故障抢修基本5分钟内搞定。”杜红卫说。

定位系统如同“鹰眼”

准确定位故障点

在2000年之前,城市的配电智能化率仅为5%,一条钓鱼线甩到线路上都有可能导致大停电。“那时候,我们查找故障的方法很原始,就是一条线路一条线路地排查,费时费力,居民等待恢复供电的时间长。”周捷说,现在,通过配电自动化系统的故障定位系统,很快就可以找到故障点并恢复供电。

在配电网没有实现自动化之前,电网如果出现故障,需要以下几个步骤:抢修人员接到故障报告、寻找故障点、抢修、恢复通电,整个过程需要2~3个小时。现在,前两个步骤都省略了,恢复通电时间仅需两三分钟。

配电网故障定位系统如同“鹰眼”,改变了以往的粗放式管理方式,能够实时捕捉线路异常情况。管理人员在电脑前对线路的实时数据可以一目了然。故障发生后,不再需要工作人员到现场一一查找,系统能第一时间准确定位。不仅让抢修有的放矢,还使整个配电网运行方式、设备状况达到最优。

“最大程度缩小停电范围”是配电网自动化系统的一大亮点。“以前,如果一条10千伏线路出现故障,这条线路周边的居民小区就会全部停电。现在,线路某一点出现故障,只切断与它相关的线路,其他线路仍然保持正常运行。这样一来,受影响的客户数就降到了最低。”周捷说。

“在迎峰度夏和迎峰度冬电网年检的时候,利用配电自动化系统,通过合理的负荷转换操作,还可以提高年检效率和电网的管理水平。”杜红卫说。

过去,配电网要达到上述要求几乎是不敢想的。2009年,国家电网公司提出了建设坚强智能电网的发展目标,掀起了新一轮智能配电网建设高潮。目前,我国配电自动化的覆盖率达到20%左右。然而一直以来,无论是国内还是国外,配电自动化产品的研发都没有可借鉴的案例。国电南瑞是“摸着石头过河”,边研发边总结,开发了一系列产品线,从选材、技术精度到可靠性均优于其他厂家。

目前,国内配电自动化工程建设中市场占有率最高、客户口碑最好的主站系统,就是国电南瑞研发的OPEN-3200配电网自动化管理系统。该系统在我国70多个城市都有应用,在上海世博园、天津中新生态城、扬州智能园区等智能电网综合示范工程,天津、杭州、成都、南京以及南方电网公司的中山、汕头、玉溪等城市的相关项目中都得到成功应用,并在各项工程验收、实用化验收中取得优异成绩。

智能终端

忍得了极寒扛得住高温

就像两军作战,双方都会在战线上安插哨兵以通风报信。配电自动化系统的主站也要通过线路上的“哨兵”才能感知线路运行情况。“哨兵”就是终端设备,它们分布在线路的各个重要节点上,将线路上的情况实时报告给主站。

配电终端到底长什么样?很多城市的路边都有电线杆,在电线杆一人多高的位置上,有一个金属材质的方形盒子,盒子里就安装着配电终端设备。线路开关通常安装在金属盒子的上方,终端可以控制线路的运行和断开。在没有安装配电终端之前,需要工作人员爬到电线杆上操纵开关,控制线路的开合。

配电终端设备作为配电自动化的神经末梢,点多面广,各地配电自动化普及程度差别很大,国电南瑞必须根据每个城市的不同配电网情况拿出最适合的配电网自动化解决方案。除此之外,配电终端还需克服不同户外环境带来的困难,在各种环境下长期运行稳定、可靠和易维护,能够迅速处理事故,这是对配电终端最重要的考核指标。

“夏天,盒子里的温度高达七八十摄氏度,冬天最冷时也达到零下几十摄氏度。因此,配电终端的元器件选型非常严格,要能经受住零下40摄氏度的极寒和85摄氏度的高温,温差达到120多度。最北到满洲里,最南到海南都有国电南瑞的配电终端,目前运行一切正常。”周捷说。

从前年开始,在OPEN-3200的基础上,国电南瑞研发了D5200系统,整套系统的研发水平达到了整体国际领先。杜红卫介绍,D5200一套系统可以支持接入3万多个终端,一条线路一般只需要安装5个终端。

未来,配电网发展日新月异,分布式能源快速发展,对配电自动化系统的要求将越来越高。“当配电终端安装到足够数量的时候,在分布式能源大规模接入的时候,我们可以运用大数据技术,发挥指挥中枢的作用,利用配电自动化系统来预测负荷曲线,优化运行,让电网的运行和管理更加经济化。”杜红卫说。