[分享]低压配电网自动化技术发展方向

发表于2017-05-05    1119人浏览    1人跟帖    总热度:25  

发展现状

  1、北京低压配电网基本情况
  (1)配电网概况
  北京地区电网0.4kV电网结构以辐射状为主,截至2015年底,低压线路47345km(架空线路31906km,电缆线路15439km,户均配变容量3.55kVA。
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国网北京市电力公司 辛锋
  (2)用户情况
  目前北京电网共有用户750万户。按电压等级分,低压用户712.5万户,占用户总数95%。低压用户中的高层住宅区以双配变配置为主,其它区域以单配变配置为主,如表1所示。
表1
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  北京地区10kV配电室采用双配变配置典型设计,配电室典型设计方案表见表2,电气典型接线图见图2。
表2 10kV配电室典型设计配置表
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图1 配电室典型电气主接线图
  2、北京低压配网存在的主要问题
  (1)度夏度冬期间问题
  城郊区域和度夏度冬期间存在配变重过载,台区低电压、三相不平衡的问题。
  (2)低压配网自动化落后,实用化程度不高
  低压配电网缺乏有效的设备状态监测与运行监测手段;相应的大数据分析缺乏最基本的底层数据。
  (3)运维技术手段匮乏
  低压配网,由于设备自动化水平低,技术手段匮乏,主要通过用户电话报修的方式开展“被动”抢修,制约了客户服务水平的提升。

  3、北京低压配网新需求
  (1)电能替换工程(以煤改电工程为例)
  新增煤改电负荷:冬季晚间按照城市每户6kW、农村每户9kW、同时使用率0.6、负载率0.8测算,2020年新增煤改电负荷累计达到277万千瓦。2016年~2020年,67.4万户计划实施“煤改电”,从而实现煤改电工程实现全市平原地区无煤化。
  (2)电动汽车充电桩
  新增电动汽车充电负荷:按照直流快充桩功率30kW,交流慢充桩功率7kW计算,考虑电动汽车用户通常采用在上班期间或晚间下班后使用交流慢充桩、日间出行期间使用公共直流快充桩,交流充电日间同时率0.1、夜间同时率0.5,直流充电日间同时率0.025、夜间不考虑。至2020年,电动汽车日间负荷增长80万千瓦,夜间负荷增长193万千瓦。2016年~2020年,新增电动汽车55万辆,实现新增充电桩能满足全市电动汽车充电需求。

发展方向

  1、一体化低压设备
  (1)智能塑壳断路器
  采用具备计量和远程通信控制功能的智能塑壳断路器来取代普通塑壳断路器,其比较传统断路器主要优势有:全面的采集设备信息,不需要人工定时巡检,具备故障诊断功能,将一次与二次设备融合。
  (2)综合智能监测传感器
  采用新型的互感器技术,采集温度、电流、电压、开关量,以433MHz无线链路传送:全面的采集设备信息,不需要复杂的接线调试,具备故障诊断功能,多套功能设备合一。
  2、智能化配网设备状态管理
  配电网智能化改造实现配电网综合环境和配电网设备状态的实时监测、危险预警、异常告警以及智能互动,打造配电网系统自动化及智能化的全面升级。智能化配电网实时监测系统架构分为三层:系统层为配网运维管控平台;主控层为智能主控终端;过程层由配电网设备及环境状态监测传感器组成,如图2所示。
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图2智能化配网设备状态管理系统图
  传感器分为五类,分别为站室环境监控类传感器、电缆及通道监控类传感器、10kV设备监控类传感器、直流电压屏监控类传感器、0.4kV设备监控类传感器。其中0.4kV设备监控通过各类传感器实现对开关柜温度、电压和电流等设备信息进行实时监测。

图3 0.4kV设备传感通讯图

表3 0.4kV设备通讯技术路线表
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  3、智能化配网故障研判系统
  故障研判系统,是基于智能电表及高速通信网络,而研发的准实时低压配电网监测系统。用于对低压配电网设备状态的监测与分析,并辅助用于10kV支线的“两遥”监视。
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图4 故障研判系统图
  低压研判的第一步是建立研判模型,故障研判系统依托GIS与营销系统数据,拟合出“营配调通”一体化图形,能够可视化展现低压出线开关与低压用户表计的关系。
  故障研判第二步,采集信号。为了减少对用电信息采集系统的压力,亦庄公司依据低压电网结构,只在每个低压出线开关下,选择若干典型表计进行高频数据采集。同时,随机获取的各类低频信号,例如点招数据,95598报修,计划停电,电量下发等信号也将参与计算。
  故障研判第三步,通过计算引擎,持续在后台对所有信号进行拓扑分析。如果某一开关所带的典型用户表计,同时收不到数据,则追溯此开关停电。如图5所示,红框代表有数据,研判412有电;绿框无数据,研判415停电。
  通过配网故障自动研判程序,利用“站-线-变-箱-户”电源追溯关系,集成配电自动化、通信网管系统故障异常、告警信息,实现故障区段、停电客户的综合自动研判和快速、准确定位。利用故障综合研判结果,将故障区段和班组抢修范围进行匹配,在客户拨打报修电话前派发工单至抢修班组开展抢修作业,将依赖报修电话“被动抢修”的模式转变为“主动抢修”。
  通过对故障停电台区、客户的自动统计,相关停电信息及时推送给95598客服值班员,主动告知客户,有效降低客户报修和投诉数量,实现主动服务。
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图5
4、精益化管理专家系统
  主要解决配电设备与用电需求不匹配的矛盾。
  (1)针对低电压、三相不平衡、重过载问题,研究造成现象的原因,针对原因,考虑包括选择变压器的分接头调整方案,选择线路调压器方案、无功补偿、负荷调整等治理方案,自动生成各种方案的预算和效果仿真方便选择。
  (2)打造配电变压器状态运行技术支撑平台,为新换装变压器、更换线路提供经济性评价选型数据,评定节能新技术经济性。为配电台区规划、建设、改造提供科学的辅助决策依据与支撑。
  5、精益化台区有序用电管理
  柱上变台区/箱变应用模式如图6所示。安装于柱上配变与箱变处,具备对配电变压器、0.4kV低压设备、无功补偿设备的运行监测和本地控制功能,可扩展对电动汽车充电桩、电采暖设备、分布式电源等负荷信息运行监测与本地控制调节功能,具备信息汇聚上传功能,实现台区及低压精益化管理。
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图6柱上箱变台区系统图
  配电室台区应用模式如图7所示。安装于配电室、箱变等配电站室处,具备配电变压器、0.4kV低压设备、无功补偿设备的运行监测和本地控制功能,具备站室内的环境及设备状态传感器数据汇集、处理、远传及设备间智能联动等功能,具备低压备自投(PLC)的本地逻辑判断及控制功能,并可扩展对电动汽车充电桩、电采暖设备、分布式电源等负荷信息运行监测与本地控制调节功能,具备信息汇聚上传功能,实现配电站室精益化管理。
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图7配电室台区监测系统图
  6、有序用电管理
  通过台区智能监测终端对新增负荷电动汽车充电桩及煤改电供暖设备信息及用电信息的采集,管理,控制,实现台区内有序用电管理、负荷智能调节。以充电桩在台区的使用场景为例:通过实时采集台区实时负荷,根据既定规则算出当前台区内能允许接入的充电负荷和充电桩数量,再根据不同的策略对充电桩要求切断充电负荷,待台区负荷富裕后再自动将之前等待用电的充电中接入完成充电。
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图8有序用电处理流程图
  7、一体化移动作业及应用
  基于“互联网+”思维的电力移动作业。在硬件上能够安全接入电力内网;在软件上实现对电网资源、电网运维检修、配网故障抢修业务全过程的流转管理,从而大幅度提高工作效率。配网抢修移动作业业务架构图如图9所示。
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图9 配网抢修移动作业业务架构
  遵照国网移动平台架构,融合或新建多场景移动作业应用,充分利用移动作业的优势,实现指挥中心与现场工作的双向互动,利用移动作业技术,以工作任务单为载体,实现配网检修工作计划和现场检修工作的有机结合,将检修管理延伸至作业现场,有效提升现场检修作业的规范性。实现配网故障抢修全过程管控,通过抢修资源优化调派分析、故障抢修评价分析等手段,提高配网抢修效率。

技术展望

  1、基于营配调数据深化应用的配网故障研判技术
  故障研判结果通过接口向PMS推送,配抢指挥人员确认后形成工单,在客户拨打报修电话前即派发工单至抢修班组开展抢修作业,缩短客户停电时间,实现配网“主动服务”。
  配网故障研判可打通营配调贯通最后一公里,将低压系统与客户表计挂接在一起,同时集成了低压系统生产、营销、通信设备的状态监测,真正实现营配调贯通的可视化展现。
  2、基于新型传感器和通信的配电设备在线监测应用技术
  应用智能传感技术和嵌入式处理技术对站端一、二次设备的运行状态实现在线监测成为提高供电安全及可靠性的必要方向。
  目前北京公司在此方面立项的研究重点包括开关柜绝缘、开关状态监测、配电终端运行监测以及站端环境监测等设备状态监测技术。同时研究配电设备状态监测信息传输技术,利用现代电子技术、网络技术、现场总线技术对配电系统进行分散数据采集和集中监控管理,总体实现设备自动监控、在线监测、自我诊断、状态预警、故障自动定位等智能化。
  3、大数据平台技术
  实现图数一体化建模,构建大数据平台中心,实现电网资源数据的统一管理,涵盖至0.4kV的数据,实现配网运检管理细致到“户”。
  基于大数据平台,贯通基层核心业务,实现业务应用融合和数据共享,更好的满足业务管理目标,提高企业服务及管理水平。
  在数据共享和应用融合的基础上深化管理需求,实现管理的拓展与提升。
  4、配网故障趋势预测与预警技术
  配网故障趋势预测与预警系统通过整合各业务系统中与配网故障相关的各类数据(历史故障数据,历史天气等),分析各种现有数据与配网故障次数之间的相关关系,建立各区域配网故障次数发展趋势预测模型,实现在时间、温度、降雨等典型维度下的配网故障趋势提前预判与预警,进而指导一线班组开展有针对性的配网运维工作,最终达到降低配网故障率的目标。

典型案例

  1、开闭所(配网状态管理)
  1.1、项目简介
  10kV夕照寺开闭站改造项目位于北京市东城区,其改造工程规模为:10kV开关柜22面,10kV PT柜2面,联络柜1面,低压柜9面,该项目实现了运行设备在线监测与智能分析的功能。
  (1)实现开闭站的开关柜触头温度、局部放电、开关操作状态、柜内温湿度,以及变压器和电缆终端温度六项运行信息监测。
  (2)实现开闭站内环境温度、湿度、人员进出情况、消防感烟、有害气体、电缆夹层水位和氧气含量七项环境信息监测。
  (3)通过对各类传感器的应用实现对电缆中间接头温度、管井水位、有害气体、井盖等监测。
  (4)通过对各类传感器的应用实现对变压器内部实时温度,以及配电箱接点温度、电压、电流等监测。
  (5)在开闭站内综合采集上述信息,实现开闭站的实时测量及异常告警等综合管理,将设备运行关键信息上送至设备状态监控平台;开发手持式智能巡检仪,对开闭站内关键运行信息进行自动收集,实现站内智能巡检。
  1.2、改造项目总结
  (1)10kV夕照寺开闭所改造情况
  在开闭站内建立主控终端能够综合采集上述信息,实现开闭站的实时测量及异常告警等综合管理,通过光纤将设备运行关键信息上送至设备状态监控平台;通过手持式智能巡检仪,对开闭站内关键运行信息进行自动收集,实现站内智能巡检。
  (2)10kV夕照寺开闭所改造效果
  通过10kV夕照寺开闭站的改造,在配网运维管控平台实现设备自动监控、在线监测、自我诊断、状态预警等功能的智能化,达到降低配网运维和改造成本,提前发现故障发生风险,大幅度提高供电安全及可靠性的目的,是一种典型的低压配电自动化发展方向。

  2、配网故障自动研判
  2015年,亦庄供电公司展开配网故障自动研判试点。试点规模:244个台区,1459个低压出线开关,861个居民集中器,7万多用户。包括:开泰东里配电室,鹿海园配电室,定海园配电室等。
  试点成效:实现2015/8/12晚上9点的故障研判,准确侦测了泰和园三里15#楼3单元421开关的停电,指挥中心主动派发抢修工单,在抢修的过程中才收到第一个客户报修,说明主动抢修、主动服务的理念落到了实处。
  准确的故障研判可以帮助配网抢修指挥人员更合理地调配抢修资源、派发抢修任务;完善的低压网络图纸,可以帮助现场抢修人员更快地排查故障,找到故障点、故障原因,加快抢修进度。提升了故障抢修的质量。

  3、 柱上配变台
  2016年6月21日,在北京市昌平区南邵镇的西集线西峪004号柱上配变台区安装了北京第一台台区智能监测终端,现场采用装置背板固定与加装下托架固定的方式(下托架可不装),终端接入了变压器低压侧三相电压、总表485采集、4G模块,宽载模块,预留了多路485,小无线模块。
  试点效果总结:通过台区智能监测装置采集该台区内台区总表,温度传感器温度,漏电保护器数据,还能采集低压用户侧载波表数据。台区后续增加充电桩设备或者煤改电设备,还能通过电力载波形式接入,即插即用,把台区用户侧重要用电负荷全部纳入台区智能监测终端。
  通过该终端来实现数据采集,有序用电管理,数据上传的功能,取得了良好的效果,实现变压器台区的一个综合处理功能;为一体化管理提供数据支撑,为智能化监测与控制及有序管理提平台支撑,及精细化运维提供可操作性支撑,是一种典型的低压配电自动化发展方向。

结 语

  以网架结构完善和设备水平提高为基础,以配电自动化建设应用为重点,以新装备和新技术应用为支撑,以配电网智能管控为依托,以精益化运维管理为核心,打造运行安全可靠、网架坚强互联、装备标准先进、管理智能高效的国际一流配电网。

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 发表于2017-05-05   |  只看该作者       筑龙币+10

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分析的很透彻,形式也就这样了

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