低压配电网环网系统设计、实现及可靠性探析

低压配电网环网系统设计、实现及可靠

性探析

摘要：本文先简要介绍低压配电网环网系统，然后阐述该系统的网络结构、硬件设计、人机界面功能与自动化控制策略，最后在明确基础参数的前提下，分别探究并联与串联系统的可靠性。通过本文研究，对低压配电网环网系统进行优化设计，有效避免和减少低压配电设备引发的大范围停电现象，全面保障供电可靠性，充分满足人们生活与工业生产的电能需求。

关键词：低压配电网；环网系统；设计方法；可靠性分析

引言：在电力系统不断发展完善之下，低压配电网逐渐成为电网与用户间联系最为紧密的网络结构之一，具有用电负荷多、使用量大等特点，可为人们生产生活提供充足的电力支持。但是，因国民数量不断增加，能源资源分配不均的问题逐渐暴露出来，对供电质量提出更高要求。据调查，配网故障率逐年上升，已经超过30%，低压电网线路的运行环境也存在较大安全隐患，急需设计低压配电网环网系统，并对其可靠性展开分析，由此提高配电网整体性能水平。

1低压配电网环网系统概述

该系统是指供电线路拓扑结构为环状联结，拥有双电源供电，在环路内适当位置设立开环点，且在某路电源失电情况下，利用闭合开环点可利用备用电源为系统供电。环网系统结构简单、安全稳定，与单电源链式供电相比性价比更高，可在配电自动化后为供电系统运行提供切实保障。本文采用实例分析的方式，对10kV配电环网系统的设计思路进行分析。根据功能不同分为6个片区，均采用双电源进线供电法，在站与站间形成串联环网供电，十分稳定可靠。低压0.4kV进线与母联采用Emax框架开关低压配电，该框架开关带有智能PR112PD综合测控单元，采用产自法国的SM6环网柜、PR配电箱。该项目要求使用先进的软硬件产品，发挥两项功能。一是人机界面动态跟踪展现系统运行状态，具备GIS系统导

航功能；二是母线、馈线与线路全逻辑监控，该系统可在无人值守状态下，自动

诊断故障位置与类型，并保障未受影响的电网正常供电[1]。

2低压配电网环网系统设计与实现

2.1网络结构与硬件设计

该系统坚持“集中管理、分散控制”的设计理念，对网络结构与硬件进行设计。监控中心设置在综合楼，剩余配电室则实施无人值守，因系统具有快速响应、全面保护等特点，可利用电信级在通道复用技术基础上创建双环光纤网络。

1.

管理层。利用两台高性能计算机作为人机界面，二者同时投入使用，互为备用，SCADA服务器进行通信规约转换，达到自控后台程序的目标；数据库负责存

储历史数据，为报表管理、历史曲线绘制等提供支持；为便于调试，还安装了移

动工作站，可在现场设置相应参数，还具备设备诊断功能。

2.

网络层。借助单模光纤展开通信，引入带有自愈功能的光端机，构建光纤通

信环。一旦某段通信链路中断，备用设备便可在30ms之内迅速替补，使系统通

信恢复到正常状态。待链路正常运行后，备用环又可自动切换回主环，实现“自愈”效果。在光端机应用中，可实现电和光信号之间的自由转换，且确保系统主

干通信正常。利用光纤完成这一操作的原因在于：一是通信线路与高压电缆均在

相同的电缆沟内走线，且信号的传输距离较长；二是在强大的电磁环境下，光信

号受干扰程度基本为零，安全性相对更高；三是可实现单位时间内的批量传输。

与电缆载波、专线等通信媒介相比，光纤在性价比方面占据绝对优势。

3.

设备层。该层利用RS485现场总线，使分散在不同站中的智能设备汇总，对

于相同类型的设备通过复用方式串联为总线环网，并与上位机之间传输信息。该

系统采用遥控单元Talus 200I作为馈线终端单元，该设备的体积较小，安装便利，适用于低压电网设计中，且具备防误插插头开关，可实时采集测量数据；极

性连接装置还可避免错误插接，精准检测电流传感器。Talus200I可及时准确的

检测相对地、相与相之间的故障，还可根据通道设立检测点电流值。对于环网开

关来说，Talus200I还具备状态监控、数据统计、馈线电流测量等功能。为便于

软件接口，Talus200I还利用MODBUS协议，能够对计算机联网情况进行实时监控[2]。

2.2闭环结构设计

在低压配电网设计中，闭环结构主要分为三种，如图1所示。每种负荷在供

电中都由两个电源控制，分段点大多设置在馈线末端，形成末端环接结构，在与

开关联系后，便可实现正常的运行和闭合，主要区别在于电源位置，具体如下。

在方式一中，闭环结构位于相同的变电站内，且由相同变压器内的低压馈线构成，馈线数量为两条；在方式二中，闭环结构与前一种相比的区别体现在变压器不同；方式三中无需变压器的加入，利用不同变电站与低压母线便可构成，可提高闭环

结构供电可靠性，在故障情况下负荷能够转供，还可与不同闭环结构相互结合。

值得强调的是，相互关联的闭环结构只有源于不同变电站，才可使该结构可靠性

得以提升，在下图中直观展现出方式一、二的联络方式。

图1低压配电网闭环结构

对于不同闭环结构来说，在性能方面也有所区别。方式一采用的是相同的变

压器母线，在发生故障后会直接退出运行，使整个环网中的负荷发生失电情况，

但大量研究表明，可将环间有机连接，实现负荷转供，缩短停电时间。在方式二中，当两台变压器均停止运行时，环网负荷中的电源消失，可利用连接环间方式，取得更理想的供电效果。可见，与前一种相比，方式二的可靠性更高。相同变电

站中变压器发生故障并退出引发的停电概率要超过不同的变电站，可见方式三在

供电可靠性方面要优于前两种[3]。

2.3人机界面功能的实现

根据功能不同，可将人机界面分为系统主界面、分区单线图、网络结构图等

多种界面，还通过实时趋势曲线、GIS导航功能、告警等将电网运行情况真实体

现出来。该界面的监控软件为Windows Professional操作系统，以此为软件平台，对协议转换软件进行重组；选用In Touch组态软件，制作和谐简洁的人机

交互界面。该界面中利用图形与文字相结合的导航形式，包括低压环网、系统状态、告警等内容。根据电力行业规定标准设置馈线颜色变化，可将线路实际运行

情况、开关状态真实体现出来，并将下层设备中的多种电力参数，如功率、电压、频率等。I/O Server与I/O Server Toolkit创建的第三方转换软件，可使大部

分工业设备的联网需求得到满足，且运行安全可靠，支持Suite Link、DDE等多

种协议。

2.4自动控制策略的实现

在供电系统中，电流由供电端流入受电端，是有明确方向性，一旦线路内出

现故障，系统电流便会瞬间增加，超过设定的安全值后供电端保护设备便会断开

回路，环网中的电源被切断，导致该段线路停电。在本文研究的10kV配电网中，共计建设6个片区，包括198个进线馈线回路，根据故障点分布的不同，共计检

测出150个故障点，主要归纳为母线、出线、线路与失压四种故障类型。此类故

障点应事先设置判断条件，准确定位并将故障隔离，确保未受影响段正常供电。

在故障状态下，利用TALUS检测故障信号，控制程序断开故障段，并将其隔离后

发出预警，在人机界面中将系统状态显示出来。为实现以上功能，采用高可靠性

的集控软件平台，引入In Control软件，该软件为实时多任务软件，是在PC机、编程控制器等基础上研发的软PLC，功能全面，与常规程序相比更具开放性、可

伸缩性，具有SFC、STL与RLL三种语言。在In Control基础上开发后台监控程序，包括故障处理、故障判断、故障恢复等内容。在系统应用期间，可妥善处理

四大类故障，解决12种不同故障情况，当出现故障时程序便可准确判断，对特

定故障进行针对性处理。