我国配电网及自动化系统现存问题及发展趋势

摘要：本文介绍了我国配电网及配电网自动化的的基本情况，分析了我国配电网中存在的问题以及一些解决的措施，我国配电网虽然经过了长时间的发展和完善但是仍然存在着很多技术上的缺陷。我国配电网面临着适应社会经济持续快速发展及不断更新改造的双重任务。我国配电网经过多年的建设和改造，供电能力已有显著的提高，但是我国不同地区配电网发展的许多共性问题仍然没有解决。

1 前言

完整的电力系统由发电、输电、配电和用电四部分组成。配电网从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。配电网是与用户关系最密切的部分，是向用户提供优质电力的最直接的保证。

配电自动化(DA)是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。

2 我国配电网及配电网自动化的现状

我国配电网经过多年的建设和改造，供电能力有了明显的提高，目前已基本能够满足我国社会经济发展的需求，但是长期以来配电网的建设未得到应有的重视, 建设资金短缺, 设备技术性能落后, 事故频繁发生, 严重影响了人民生活和经济建设的发展, 随着电力的发展和电力市场的建立, 配电网的薄弱环节显得越来越突出。配电网实现自动化是一项综合性工程, 最基本条件是应具有较为完善多路电源配电网点, 具有较好城市规划及电源路径分布, 有较为可靠一次、二次设备, 城市建设规模和经济发展对配电网提出了较高要求, 但是我国的配电网存在着很多问题。

2.1 配电网存在的问题

(1) 配电网络电源点落后于城市建设发展, 城市规模和商业建立, 电源点容量及电能输出受到限制, 尤其是配电电线传输通道。

(2) 改革开放以来, 城市建设速度迅速, 负荷增长率高, 但电力配套建设不及时, 输电线半径小, 线路长, 瓶颈效应比较突出, 出现卡脖子现象严重, 电能输不出去, 往往而引起停电事故。

(3) 出线通道影响与城市规划不相适应, 有方改用下电缆, 施工及投资不允许, 采用架空导线环境, 条件受限, 有采用绝缘导线, 网络复杂较为普遍。

(4) 早期建设线路导线细、年久失修, 高能耗设备多, 线损率高, 导线半径小及无功缺额较大, 合线损损耗大, 个别区配电网损耗达到30%, 一般区l5%～20%, 造成能源大量浪费和环境污染。

(5) 供电不可靠因素增大, 配电网投资不足, 设备老化和技术性能低劣, 供电事故频繁, 往往是一点故障引发全线大面积停电事故。城市繁华段, 重要场所用户停电, 影响社会治安及经济市场。.

(6) 城市电网改造涉及面广, 要求较高, 停电难度大。

2.2 配电自动化存在的问题

(1) 功能设计的单一问题。应用配电自动化系统，提高供电可靠率，似乎成了功能设计的传统思路。但据电力可靠性中心简报数据表明，现阶段影响供电可靠性的主要因素不是配电网的故障停电，75%以上的问题出于按照固有传统周期例检方式导致的人为预安排停电。只有在提高管理水平，当故障停电时间等于或大于预安排停电时，才会体现出这一功能的作用。

(2) 配电自动化由单纯的配电监控与数据采集(SCADA)系统加配电自动化(DA)转向具有DA、配电管理系统(DMS)、地理信息系统(GJS)等较完整的配电自动化实时及供电企业管理系统，配电主站系统也由借用调度主站系统逐步转向选择面向配电自动化应用的配电自动化主站系统。

(3) 设备选择中的盲目求新。缺乏通盘考虑，忽视自身基础，盲目在局部设备上求新求好，结果新设备上马、老设备犯卡，无法取得整体优化的效果。

(4) 系统结构设计中的顾此失彼。在功能设计中缺乏统筹兼顾，出现控制端与主站功能不匹配、通信通道容量不足、一次网架设备不适应，把先进的配电自动化系统装在陈旧的配电网架上，其效果难以实现。

(5) 管理体制与管理机制中的传统弊端。配电自动化系统主要覆盖生产、营销两大专业，如果还强调垂直职能专业管理，没有条块结合分工协作的保证措施，再好的系统也举步维艰。同时，在系统功能设计中，还存在传统管理机制中的重系统、轻客户;重技术、轻管理;重形式、轻实效的思维定式。

(6) GIS还是孤立的静态设备管理系统而不是动态的实时GIS，将SCADA和地理信息统一起来。

(7) 配电自动化系统功能规范行业标准虽然已经颁布，但要解决各地配电自动化的不规范问题，仍需要一个过程。

2.3 配电网自动化问题解决措施

配电网自动化的发展是电力发展到一定阶段的必然产物, 随着电力市场及用电水平的提高,配电网面临着一场新的改革和发展, 配电网自动化将进一步得到完善。但是配电网自动化在中国仍然是一种因发展而新出的事物, 必须采取科学的态度, 实事求是的原则, 加强我国配电网自动化的研究, 因地制宜地进行配电网的改造。

(1)分析地区配电网的实际应用情况, 找出本地区配电网存在的技术方案问题, 本着实事求是立足国情和网情的原则。

(2) 配电网自动化是一项综合性工程, 涉及的专业多, 规划性强的系统, 应根据电网、城市配网的规化进行, 避免盲目。

(3) 配网自动化方案是自动化的核心, 在引进国外技术的同时结合国内配电网的实际情况进行分析，国外配电网与国内在很大程度上不尽相同, 应有所区别, 吸取精华, 适合国情、地情、网情。

(4) 配电设备的使用面广、量大、运行环境较为严酷, 设备选择应符合当前配电网形势要求, 具有高度可靠性和优越的技术性能。并以真空开关为主, 免维护周期长, 二次保护和控制设备具有可靠牲, 抗干扰能力及适合户外高温和低温等较为严酷的运行环境, 应具有远方通讯的接口。自动化程度高, 一次开关设备与二次保护装置能良好地配合, 能自动实现配电网自动隔离故障,恢复正常供电的能力, 具有就地和遥控功能。

(5)远方通讯是自动化的关键技术, RTU 要符合配电网使用, 分布(散)式, 单点的特点：通讯方式应选择合理, 通讯功能强, 误码率小, 速度快, 符合远方实时监控的功能。

(6) 计算机应用软件的开发, 首先选择具有开放、兼容的操作平台, 对各种标准的数据库应具有联接功能，地理信息应实时地反应配电系统的潮流及负荷情况, 对事故记录及信息反馈, 可实现负荷控制、远方抄表、设备数据库统计及规划、无功优化的理论计算等。计算机软件功能是配电系统自动化的核心，好的软件可充分体现出技术和自动化的水平, 应充分比较。

(7) 配电网的工程设施应有计划地分期、分批实施。应确定配电网络的基本条件, 导线截面、输送容量、线路走向及用户的基本条件。先采用具有自动化功能的一次开关设备和二次保护监控设备完成自动送电、故障自动分闸和隔离故障功能, 能做到隔离和区分故障点。在条件具备时, 再投入通讯和计算机网络，避免走弯路，资金投入可以分批实施。

4 我国配电网及自动化的发展趋势

4.1为配电自动化搭建配电网络

4.1.1改变传统的投资体制，形成多元的输电网络

投资主体在改革以前的垂直一体化结构下。电网投资和电源投资统一由一体化的电力公司规划，但在“重电源、轻电网”指导思想下，电网投资远落后于电源的投资。而在市场化改革后，厂网分离，解决电网投资尤其是输电网络的互联投资不足更没有得到有效解决。为此，在国家电网和南方电网公司作为网络主要建设者之外，可以引进商业输电投资模式。

4.1.2 改革输配电体制，建立有效的输电定价模式

近几年来，我国电力行业从生产过剩到电力短缺再到生产过剩，似乎难于走出这种“怪圈”，其主要的原因是，我国的电力体制改革不到位，垄断体制造成建造成本居高不下，没有形成一个合适的输电电价机制，输电价格没有提供一个正确的地区信号。不能正确引导电源投资和消费者进行有效的区域选择。为此，可以根据节点定价原理，设计能反映区域信号，并体现网路外部性和线路损失的输电定价模式。协调电源和网路建设，平衡电力需求和供给。

4.1.3 加强输电网络扩展，促进网络互联.提高电力网络的安全性和稳定性

目前我国部分区域电网主干网架薄弱，跨区互联电网联系薄弱，地区间联络线容量不足，导致了电网稳定水平偏低，制约了电力输送，降低了电网运行的灵活性，无法满足跨区交易的需求，限制了联网效益的发挥。因此，输电网络的扩展对于增加我国电力的区域交易，促进电力资源的合理流动，增强输电网络的安全，有重大的现实意义。

4.1.4 扩大输电网络，抑制发电领域内市场力，提高电力竞争

目前我国电力市场结构主要特征是政府通过制度安排在发电侧形成了寡头垄断市场。五大发电集团合计总容量约占了全国发电装机总容量的50%。区域电力市场内输电线路的传输能力限制了电力市场的地理范围，目前许多省级地域范围内电力供应由某一发电集团垄断，在输电范围内有较强的市场力。扩大输电网络，引入其它发电商的竞争，有利于提高当地的电力市场的竞争程度，减少当地发电商的市场力。

4.2我国配电网自动化的发展趋势

4.2.1配电网自动化功能框架

国际供电会议(CIGRED)将配电自动化功能划分为四组：电网运行、运行计划及其优化、维修管理、用户联系和控制。在上述主功能组的基础上，再分若干功能，奠定了配电自动化系统的主功能框架。需要强调的是数据管理本身并不是配电自动化的功能，但是，所有的功能都包含在数据管理内，要实现庞大复杂的众多功能必须依靠数据管理来完成。

4.2.2 配电网优化运行

电力市场的不断完善迫使电力企业以效益为目标，把工作中心转移到效率管理、降低成本和为用户提供优质服务上。这使得供电企业必须不断地分析电网的运行性能、制定电网优化运行的方案。配电网的优化运行主要包括：无功补偿、提高供电质量、降低线损、设备运行和维护。其中，供电质量包含安全性、电压合格率、频率合格率、供电可靠性和用户对停电、收费、服务的意见。

4.2.3 集成化、智能化、综合化

早期配电自动化的实施采用发展独立的、单项自动化系统来解决问题，由于配电自动化的功能之间存在着不同程度的关联，其中大部分要求很难满足，且还无法克服在扩大应用规模时确认所需投资的合理性所遇到的困难。另外，配电自动化系统包含众多的设备和子系统，各功能、子系统之间存在着不同程度的关联，其本身及其所用技术又处于不断发展之中。这就要求配电自动化系统采用全面解决的方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。在馈线自动化方面，现有馈线终端设备不仅具有常规的遥测和遥控功能，还集成了断路器的监视功能，且有进一步与断路器、开关相结合，机电一体化，发展成为智能化开关的趋势故障定位和自动恢复送电可以明显地缩短停电时间。为了有效地解决这一问题，必须以数字式继电保护、馈线自动化、DM S系统为基础，辅以其他技术和管理措施。

4.2.4 配电数字通信高速发展

自1997年的英国Norweb通信公司与加拿大Nortel公司联合取得电力线通信技术重大突破以来，配电线数字通信技术(Digital Power Line DPL)又有了新的进展。目前最新的由西班牙DS2公司开发研制的电力线调制解调芯片的传输速率已经达到了45Mbit/s。该芯片采用了一种称之为正交频分OFDM(orthogonal frequency division mutiplex)的多载波调制、高速数据传输技术。其最大特点是传输速率高，对码间干扰和信道衰落具有很强的抗御能力。采用OFDM 的数字配电线通信技术已基本成熟，配电线通信下一步将向构件配电线数字通信网方向发展实现配电线数字通信网的技术关键是数据高速传输及网络互联。根据理论分析，采用OFDM 技术的通信芯片可支持最大为1 000Mbit/s的传输速率，完全满足宽带传输的要求。实现网络互联，着重解决配电线通信隔离设备，在可靠安全供电的同时，将数据信号从配电线中分离出来，并保证数据的私密性，隔离相邻住宅或电气设备无关数据，阻断本地网与外网的连接。配电网中配电变压器其电感作用，对高频信号衰耗非常大。因此，研究和解决高频信号跨越配电变压器也是构建配电数字通信网急待解决的一个关键问题。

4.2.5电能质量成为关注热点

电能质量定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。电能质量与一般产品质量不同，有以下两方面特点：一是不完全取决于电力生产企业;二是对于不同的供电点和不同的供电时刻，电能质量指标往往是不同的。电能质量的特点说明，电能质量问题涉及面广，与供用电双方密切相关，不能用常规的方法进行衡量。采用专用的电能质量监测仪器进行监测，使用电能质量补偿设备局部进行补偿仅是解决电能质量问题的一个方法。因而，开发具备电能质量监测、统计：分析、控制补偿的新型配电自动化系统已成为配电自动化发展的一个新的方向，需发展以下新的监测技术。

总之，随着我国配电网自动化技术的不断发展，我国将加大电力建设的力度，在未来的一段时期内，开放、平稳可靠、高性能的配电网目标将在各地逐步实现。

5.结束语

随着我国社会经济和人民生活对电力的依赖程度越来越高，配电网已经成为城市生命线工程的重要组成部分。配电网的健康发展可以增强我国综合国力和我国的国际竞争力提供必不可少的基本保证。如何使配电自动化系统适应电力市场环境的要求，并通过实施配电系统的综合自动化来降低供电企业的运行成本，同时提高对客户的服务质量，将成为今后供电企业和科研工作者共同关注的问题。因此，开发出技术先进、功能实用的配网自动化系统是大家共同的目标。

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