現(xiàn)代配電網(wǎng)：零秒除障 第一時間復(fù)電

日前，國家能源局發(fā)布《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動計劃（2015～2020年）》，明確全面加快現(xiàn)代配電網(wǎng)建設(shè)，2015年～2020年配電網(wǎng)建設(shè)改造投資不低于兩萬億元。

配電自動化是提高配電網(wǎng)供電可靠性的主要途徑之一，該技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，是一項集計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)。經(jīng)過近30年發(fā)展，已經(jīng)日益成熟起來。我國香港、經(jīng)濟較發(fā)達國家和地區(qū)的配電網(wǎng)負荷已進入平穩(wěn)發(fā)展期，法國、日本的配電自動化覆蓋率分別達到90%和100%。

我國香港：香港電力由中華電力有限公司和香港電燈有限公司提供。其中，中華電力有限公司負責(zé)九龍、新界、大嶼山及大部分離島地區(qū)供電，供電范圍約占香港總面積的90%，覆蓋全港約80%人口。香港規(guī)定，66千伏及以上輸變電設(shè)施為輸電設(shè)備，66千伏以下輸配電設(shè)施為配電設(shè)備。

香港擁有強大的輸配電網(wǎng)絡(luò)，中華電力有限公司已建成梅花形多環(huán)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)兩供一備、一供一備，配網(wǎng)與主網(wǎng)一樣選用帶操作機構(gòu)的斷路器。同時，電纜環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)全部配置光纖縱差保護，可以實現(xiàn)零秒切除故障，5分鐘內(nèi)完成轉(zhuǎn)電。

中華電力有限公司貫徹“第一時間恢復(fù)供電”的服務(wù)理念，針對低壓線路的停電，購置了多臺流動發(fā)電車，采用先恢復(fù)用戶供電后搶修的方式，減少對用戶停電時間。同時，為滿足用戶快速復(fù)電需求，公司設(shè)置了不同容量（100kVA、400kVA、500kVA、1MVA、3MVA）的流動發(fā)電機，全面實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化，供電可靠程度高達99.99%。在2003～2005年間，一般客戶每年平均意外停電時間只有5.37分鐘。

新加坡：新加坡配電網(wǎng)用電負荷已趨于飽和，2006年最高用電負荷5624兆瓦，供電用戶數(shù)約124萬戶。配電網(wǎng)自動化、信息化水平位于世界前列，供電可靠率達99.9997%，2001年輸配電系統(tǒng)平均停電時間1分鐘，且全部實現(xiàn)電纜化、全戶內(nèi)配電裝置。新加坡配電規(guī)劃的理念是“經(jīng)濟、可靠、及時、迎合需求”，規(guī)劃方法強調(diào)電網(wǎng)運行與維護的簡潔性、網(wǎng)絡(luò)拓展的靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性、安全性、經(jīng)濟性的綜合考慮。

新加坡在20世紀(jì)80年代中期投運大型配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA），在90年代加以發(fā)展和完善，其規(guī)模最初覆蓋其22千伏配電網(wǎng)的1330個配電所，目前已將網(wǎng)絡(luò)管理功能擴展到6.6千伏配電網(wǎng)。主站年度平均可用率為99.985%。為使故障恢復(fù)時間最小化，并有效利用設(shè)施節(jié)省工程領(lǐng)域的勞動，新加坡電力公司將配電自動化系統(tǒng)發(fā)展到旗下所有22個分公司。

為應(yīng)對配電網(wǎng)面臨的新環(huán)境，新加坡發(fā)展了高級配電自動化系統(tǒng)（Advanced DAS）。ADAS已經(jīng)在新加坡一些地區(qū)正式投入使用。通過利用ADAS掌握的配電網(wǎng)進行精確運行情況，新加坡電力公司正在著眼發(fā)展配電設(shè)施的高級應(yīng)用及電力供應(yīng)的可靠性管理技術(shù)。

為滿足對電能質(zhì)量更高的要求及緩解大范圍分布式電源對大電網(wǎng)的沖擊，新加坡電力公司發(fā)展了支持實時監(jiān)測配電線數(shù)據(jù)的ADAS系統(tǒng)以對電能質(zhì)量進行管理，這種實時監(jiān)測功能利用IT技術(shù)實現(xiàn)。在ADAS內(nèi)，裝備了大量帶有內(nèi)置傳感器的開關(guān)，這些開關(guān)被用來監(jiān)視并測量配電網(wǎng)的零序電壓和零序電流。同時，帶有TCP/IP接口的RTU可以對測量的數(shù)據(jù)進行計算并通過光纖網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸回中心控制系統(tǒng)，這些高級RTU功能的實現(xiàn)也完善了ADAS的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。ADAS通過RTU實現(xiàn)的高級功能主要分兩類：電能質(zhì)量監(jiān)測和故障現(xiàn)象預(yù)警。

美國：美國是配電自動化發(fā)展成熟的國家之一，其重心在于提高供電可靠性，減少停電時間，改善對客戶的服務(wù)質(zhì)量，增加客戶滿意度。

1994年，美國長島地區(qū)LILCO公司對120條故障易發(fā)配電線路進行自動化改造，是美國最早建設(shè)的配電自動化系統(tǒng)。此后，卡羅蘭納Progress Energy公司、南加州Edison公司、底特律Edison公司、德州Oncor公司、Albama電力公司等先后建設(shè)了配電自動化系統(tǒng)。2004年以后，隨著基于Scada-mate開關(guān)的IntelliTEAM II系統(tǒng)的安裝，Oncor公司開始大規(guī)模建設(shè)，至今已安裝配電變電站、柱上開關(guān)、電纜環(huán)網(wǎng)開關(guān)、線路補償電容裝置RTU4500余套。Oncor公司建設(shè)了900MHz無線網(wǎng)絡(luò)，用于配電自動化系統(tǒng)與高級讀表系統(tǒng)(Advanced Metering System，AMS)通信。無線網(wǎng)絡(luò)AMS路由器分別與安裝在變電站內(nèi)的配電自動化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器與AMS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器連接，通過光纖通道與配電自動化主站與AMS主站通信。配電自動化與抄表數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)里是混合傳輸?shù)?，而在變電站與控制中心之間由不同的通道傳輸。這樣，既減少了分支通信網(wǎng)的投資，又可以保證配電網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

Alabama電力公司于1991年開始實施配電自動化，現(xiàn)已覆蓋645個配電變電站(占96.6 %)、648個柱上開關(guān)、190個電纜環(huán)網(wǎng)開關(guān)、818個線路補償電容裝置與82個應(yīng)急電源。2009年底，Alabama電力公司與美國能源部、美國電力科學(xué)研究院合作建設(shè)綜合配電管理系統(tǒng)(IDMS)平臺，通過獲取高級讀表系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來優(yōu)化配電網(wǎng)系統(tǒng)性能，提高服務(wù)質(zhì)量。系統(tǒng)包括SCADA、AM/FM/GIS、停電管理、作業(yè)管理、用戶投訴處理等諸多子系統(tǒng)，具有電壓/無功控制、培訓(xùn)模擬、潮流分布分析、停電分析、停電預(yù)警、電力設(shè)備動態(tài)分析等高級應(yīng)用功能。

法國：法國電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)分為三級：國家調(diào)控中心、大區(qū)調(diào)控中心和區(qū)域配電網(wǎng)調(diào)控中心。其中，國家調(diào)控中心、大區(qū)調(diào)控中心屬于法國輸電公司(RTE)，區(qū)域配電網(wǎng)調(diào)控中心屬于法國配電公司(ERDF)。ERDF在配電網(wǎng)建設(shè)方面非常重視配電網(wǎng)自動化，早期已實現(xiàn)了配電網(wǎng)自動化全覆蓋，主要采用饋線自動化模式，遙控操作通過GPRS短信實現(xiàn)。

2008年，ERDF開始在區(qū)域調(diào)控中心開發(fā)部署新一代的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，配電網(wǎng)故障實現(xiàn)故障診斷分析、故障定位、故障區(qū)域隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及供電恢復(fù)，2010年底完成對所有30個ACR的部署，緩解了配電網(wǎng)穩(wěn)定運行和配電網(wǎng)調(diào)控所面臨的壓力。然而，法國盡管配電自動化實現(xiàn)全覆蓋，但其配電網(wǎng)遙控開關(guān)率不高（8.2%），單靠配電自動化系統(tǒng)很難實現(xiàn)故障的精確隔離。因此，法國采用調(diào)度員遙控開關(guān)與現(xiàn)場人員就地操作開關(guān)相結(jié)合方式縮小故障隔離區(qū)域。本著經(jīng)濟、簡潔和高效原則，因地制宜，ERDF精確規(guī)劃遙控開關(guān)的布局，合理規(guī)劃遙控開關(guān)的安裝位置、數(shù)量和優(yōu)先程度。城市和農(nóng)村實現(xiàn)自動化控制的標(biāo)準(zhǔn)不同，每條饋線遙控開關(guān)數(shù)量也有所區(qū)別（城市為3～4臺，農(nóng)村為2～3臺）。

同時，采用遠程故障信息采集與就地檢測相結(jié)合的方式，實現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位；采用遠程控制與就地控制相結(jié)合的方式，縮小故障的隔離范圍。通過饋線自動化功能與機械化維修隊伍相結(jié)合方式處理電網(wǎng)故障，做到故障的精細分析、準(zhǔn)確隔離和快速恢復(fù)供電，50%以上的故障恢復(fù)供電時間不超過3分鐘。

德國：德國電網(wǎng)是歐洲輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟（UCTE）中最大的電網(wǎng)和電力供應(yīng)的重要樞紐。在輸配電網(wǎng)方面，德國較少重視配電網(wǎng)自動化，而是重視加強配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

高壓電網(wǎng)充分考慮了儲備容量，尤其是電網(wǎng)的熱備用容量。電網(wǎng)公司必須留有1%的熱備用容量，熱備用的時間為1小時。這些備用容量分成三塊，電廠、電力經(jīng)銷商和系統(tǒng)本身各備一份，三者要分別簽入供電合同，這樣，整個系統(tǒng)的備用容量總量不必很大，但是分布合理，因而顯得相當(dāng)充裕。

中壓及以上電網(wǎng)全部采用N-1原則（即必須保證在任何狀況下失去一路電源時，余下的N-1個元件仍然能保證對用戶的供電，這里N≥2）規(guī)劃和建設(shè)，城市中壓以上電網(wǎng)100%實現(xiàn)電纜化，農(nóng)村中壓以上80%采用直埋電纜，其余20%為架空集束絕緣導(dǎo)線。電纜都裝有電纜故障指示器，并采用單芯組合方式，如出現(xiàn)故障，更換方便。中低壓網(wǎng)絡(luò)大多采用箱式變電站，全部采用負荷開關(guān)控制，可以靈活變換運行方式，環(huán)網(wǎng)中普遍采用負荷開關(guān)和有載率一般小于60%，所以在故障中能夠短時滿足120%的負載率。同時，計算機軟件得到廣泛應(yīng)用，如開關(guān)狀態(tài)評估、故障處理、基于可靠性的檢修維護、網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)和瓶頸分析、運行方式優(yōu)化、供電質(zhì)量統(tǒng)計等。德國建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的可靠性管理分析數(shù)據(jù)庫，對中低壓網(wǎng)絡(luò)的各種數(shù)據(jù)可以做到隨時錄入計算分析。

除供電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴格，德國非常重視優(yōu)質(zhì)服務(wù)。以德國萊茵集團（RWE）為例，RWE公司的供電區(qū)域內(nèi)有100個配電公司和34個故障處理小組，每組6人，都是經(jīng)驗豐富的人員，配有專用車輛和工具。故障處理小組分布在供電區(qū)域的各個地段，故障和用戶的信息首先傳送到調(diào)度控制中心，控制中心根據(jù)故障的位置，通知最近的小組前去處理。一般情況可以由網(wǎng)絡(luò)的負荷開關(guān)切換恢復(fù)對大部分用戶的供電，90%的故障都可以在1小時內(nèi)解決。此外，還設(shè)立了電話服務(wù)中心。

日本：日本電網(wǎng)按照電壓等級分為：500千伏、220千伏、66千伏、22千伏、6.6千伏和100伏，前三種為輸電網(wǎng)，后三種為配電網(wǎng)。以東京為例，在都市負荷高密度電纜網(wǎng)地區(qū)的22千伏配電方式主要有點網(wǎng)式和格網(wǎng)式：格網(wǎng)配電方式即將一個地區(qū)多臺22千伏變壓器低壓側(cè)全部通過熔絲實聯(lián)形成格子狀，低壓負荷由格網(wǎng)上接出；點網(wǎng)配電方式即對集中的較大負荷如大樓等適用。

日本東京電力公司供電可靠性位于世界最高水平之列。1986年以后的供電可靠率均在99.99%以上，對應(yīng)的用戶平均停電時間基本在0.876小時(約53分鐘)以下。到2008年，東京電網(wǎng)用戶平均停電時間僅為3分鐘，系統(tǒng)平均停電頻率0.12次。如此高的供電可靠率離不開用戶負荷管理系統(tǒng)（DAS）的功勞，1986年～1990年，日本多家電力公司（北陸電力、關(guān)西電力、四國電力、北海道電力等）先后引入DAS。到1994年，九州電力實現(xiàn)100%開關(guān)的遠動化；到2001年，在九州電力已有80個DAS系統(tǒng)投運。

日本按地區(qū)由九個電力公司提供電力服務(wù)，由于各個公司的具體情況不同，各電力公司在提高配電可靠性方面的側(cè)重點也不一樣。日本九州電力與東京電力基本實現(xiàn)了中壓饋線自動化。東京區(qū)內(nèi)人口密度大，自然環(huán)境相對穩(wěn)定，東京電力公司因此強調(diào)設(shè)備的預(yù)防維護，在配電網(wǎng)建設(shè)中主要著眼于以設(shè)備安全性和可靠性的投入提高供電質(zhì)量。

九州電力的配電網(wǎng)主要以架空線為主，地下電纜只占不到4%比例，并且由于地處日本最南端，自然災(zāi)害導(dǎo)致的線路故障在所難免，因此應(yīng)該在事故后的故障處理和供電恢復(fù)上花工夫，推廣了配電自動化技術(shù)。此外，在提高可靠性方面，九州電力公司主要采用兩種措施：一是預(yù)防維護體制。提高設(shè)備對異常電壓（雷電過電壓或開關(guān)過電壓）、異常電流（過負荷或短路）以及異常環(huán)境（鹽害、灰塵、氣體、臺風(fēng)及水災(zāi)）的耐受水平，制訂用電設(shè)備合理的運行、維護和監(jiān)測制度，加強對設(shè)備老化、破損的檢查，預(yù)防不必要的事故發(fā)生。二是事故維修體制。強調(diào)在事故發(fā)生后的故障處理能力，包括電網(wǎng)雙重化、故障點快速定位、故障隔離、健全用電區(qū)間的恢復(fù)供電，在必要的情況下還需要提供應(yīng)急電源。同時，日本很早就啟動配電自動化建設(shè)，以九州電力為例，該公司在1950年開始配電自動化建設(shè)；1970年完成了全部約500處變電站遠方信息的收集；1994年實現(xiàn)了對全部開關(guān)的遠方控制；到2000年為止共完成77個供電營業(yè)所計算機自動化控制系統(tǒng)的改造，并在2002年完成全部電力公司配電營業(yè)所計算機自動化控制系統(tǒng)的改造。