1.4 實現配電自動化的意義

我國配電網自動化的發展是電力市場和經濟建設的必然結果。隨著電力的發展和電力市場的建立，配電網的薄弱環節顯得越來越突出，形成電力需求與電網設施不協調的局面。

隨著市場觀念的轉變和電力發展的需求，配電網綜合自動化已經成為供電企業十分緊迫的任務。在20世紀80年代就意識到城市配電網的潛在危險，并竭力呼吁致力于城市配電網的改造工程，并組織全國性的大會對配電網改造提出了具體實施計劃，1990年5月召開了全國城網工作會議，指出了城市配電網在電力系統的重要位置，要求采取性能優良的電力設備以提高供電能力、保證供電質量。

配電網綜合實施改造是實現配電系統自動化的前提，沒有合理的電網結構和優良的設備是不可能實現配電系統自動化的。由于早期的配電網已經基本形成，只能在原有配電網的基礎上進行改造，難度大，要力爭達到高自動化的目的，做好統籌規劃，從設備上符合現代城市的發展要求。因此，城市配電網電力設備的基本要求是技術上先進、運行安全可靠、操作維護簡單、經濟合理、節約能源及符合環境保護要求。

配電自動化系統由于采用了自動化設備，當配電網發生故障或異常運行時，能快速隔離故障區域，并及時恢復非故障區域用戶的供電，縮短對用戶的停電時間，減少停電面積。這樣就有利于提高設備的故障判斷能力和自動隔離故障，恢復非故障線路的供電條件；有利于提高配電網設備的自身可靠性運行能力，大大地減輕運行人員的勞動強度和維護費用；由于實現了配電系統自動化，可以合理控制用電負荷，從而提高了設備的利用率；采用自動抄表計費，可以保證抄表計費的及時和準確，提高企業的經濟效益和工作效率，并可為用戶提供自動化的用電信息服務。

實現配電系統自動化的意義具體從如下幾個方面來展開說明。

1.提高供電可靠性

1999年，從277個城市供電企業統計，10kV用戶的供電可靠率為99.863%，即每戶平均一年停電12h，其中故障停電占23.69%，即因故障每戶每年停電2.84h。1995年，發達國家供電可靠性水平：日本每戶年停電時間為6min；法國每戶年停電時間為69min；英國每戶年停電時間為80min；美國每戶年停電時間為98min。由此可見，我國與發達國家的差距比較大，這就要求我們要通過配電自動化系統來縮短差距，提高供電可靠性，縮短停電時間。

配電自動化是提高供電可靠性的必要手段，配電自動化對于提高配電網供電可靠性具有投資少、見效快等顯著優勢。供電可靠性從99.9%提升至99.99%可主要依靠網架改造，但從99.99%提升至99.999%則必須依靠配電自動化建設，如圖1-5所示。

（1）提高供電可靠性——縮小故障影響范圍

圖1-6描述了一個典型的“手拉手”環狀配電網，A和G為電源開關，B、C、E和F為分段開關，D為聯絡開關。正常運行時，分段開關B、C、E、F閉合，圖1-6中用實心表示；聯絡開關D打開，圖1-7中用空心表示。假設配電自動化覆蓋到饋線開關的層次，也即A~G開關處均安裝了配電自動化終端設備，并通過通信網絡與位于配電主站控制中心的后臺計算機系統相連。

如圖1-6所示，假設開關A和B之間的饋線發生故障，則利用主變電站的保護裝置跳開A開關，斷開故障區域，并通過配電自動化分斷B開關隔離故障區域，通過配電自動化合主聯絡開關D，恢復受故障影響的健全區域BC和CD供電，整個過程示意如圖1-7所示。可見配電自動化可以及時隔離故障區域，并減少故障的影響范圍，但是在此例中，AB段饋線上的任意用戶發生故障，該饋線就必須整段切除。

圖1-8描述了，在圖1-6所示配電網的基礎上，在負荷密集區B設置開閉所（虛線圈內所示），并且配電自動化覆蓋到開閉所的層次，也即開閉所的進線和出線開關處均安裝了配電自動化終端設備，并通過通信網絡與位于配電主站控制中心的后臺計算機系統相連。

圖1-8中，假設在開閉所B的B-1出線上發生故障，在圖1-9中描述了通過配電自動化分斷隔離故障區域，而不影響故障所在饋線的開閉所的其他出線供電的處理結果。與圖1-6所示的實例相比，本例進一步縮小了故障影響范圍，但是在此例中，B-1出線上的任意用戶發生故障，該出線就必須整段切除。

若在圖1-8所示網絡的基礎上，在配電變壓器高壓側設置開關及配電自動化終端設備，并通過通信網絡與位于控制中心的計算機系統相連，則可以更進一步縮小故障影響的范圍，讀者可以自行分析。總之，配電自動化覆蓋層次越深，則故障影響范圍越小，供電可靠性越高。

（2）提高供電可靠性——減少計劃停電時間和縮短故障處理所需的時間

實施配電自動化，一方面可以通過開展帶電作業、優化停電計劃管理以減少重復停電，通過優化搶修資源配置以提高工作效率等方式來減少計劃停電時間；另一方面，實施配電自動化還可以通過故障自動定位以減少故障查找時間，通過遙控操作以減少故障隔離時間，通過標準化搶修以減少故障修復時間等方式縮短故障處理所需的時間。

供電可靠性是電網供電質量的主要指標，它是用來衡量電力系統對用戶的持續供電能力。以中國電力可靠性管理中心2010年度的數據為例，我國城市用戶供電可靠率達到“3個9”（99.92%）；用戶年平均停電時間小于2小時的上海電力公司供電可靠率為99.981%；北京電力公司供電可靠率為99.978%；而我國香港的用戶年平均停電時間均低于5分鐘，供電可靠率達到“5個9”的水平，與日本東京和新加坡相當。可見，我國供電可靠性與國際先進水平相比還有很大差距。我國供電可靠性指標偏低，雖然有用電增長速度快、電網基建與改造任務重的緣故，但很大程度上是由于配電網結構薄弱、作業方式和技術裝備的相對落后引起的，這已經成為制約提高供電可靠性的瓶頸。隨著我國產業結構的調整和升級以及新技術企業的不斷涌現，也必將對供電可靠性和電能質量提出越來越高的要求。

國內外的電網運行資料表明，用戶遭受的停電的情況絕大部分是由中、低壓配電網的原因引起的。我國輸電系統造成的用戶停電僅占5%，高壓配電也僅占5%左右，而中低壓配電網占了90%。又據國內多年的供電可靠性統計分析，目前用戶停電原因中有70%來自非限電的預安排停電，即網絡改造、業擴接電、計劃檢修等，而這些配電作業恰恰可以大量采用不停電作業來完成。不停電作業方式是指對用戶不停電而進行電力線路或設備測試、維修和施工的作業方式。不停電作業方式主要有以下兩種：一是直接在帶電的線路或設備上作業，即帶電作業；二是先對用戶采用旁路作業或移動電源法等方法連續供電，再將線路或設備停電進行作業。

帶電作業是指工作人員接觸帶電部分的作業或工作人員用操作工具、設備或裝置在帶電作業區域的作業。采用的方法有絕緣桿作業、絕緣手套作業和等電位作業。帶電作業的工作內容主要包括，在輸電設備上采用等電位作業方式進行的作業；在輸、配電線路設備近旁采用操作桿、測量桿進行的作業；在配電設備近旁，將帶電部分絕緣隔離，使用高架絕緣斗臂車、絕緣平臺等與地電位隔離，采用絕緣手套進行的直接作業；對線路絕緣子串、變電站絕緣子串、變電設備瓷套和瓷柱進行的帶電水沖洗等。

旁路作業是指應用旁路電纜、旁路開關等臨時載流的旁路線路和設備，將需要停電的運行線路或設備（如線路、斷路器、變壓器等）轉由旁路線路或設備替代運行；再將原來的線路或設備進行停電檢修、更換，作業完成后再恢復正常接線供電方式；最后拆除旁路線路或設備，實現整個過程對用戶不停電作業。

移動電源法是指把需檢修的線路或設備從電網中分離出來，利用移動電源（移動電源可以是移動發電車、應急電源車或者移動箱式變壓器等）形成獨立網對用戶連續供電，作業完成后再恢復正常接線的供電方式，最后拆除移動電源，實現整個過程對用戶少停電（停電時間為倒閘操作時間）或者不停電。電網的很多作業，如配電變壓器的更換、增容、遷移桿線、更換導線等作業項目無法直接采用帶電作業來實現，這時就可以采用移動電源法保證對用戶的持續供電。

我國的帶電作業起步于20世紀50年代初，人工帶電作業是一項艱苦繁重又具有一定危險性的工作，需要引進先進可靠的新技術和新方法來降低勞動強度，保證作業的安全性。配電帶電作業機器人的問世提供了十分理想的解決方案。“十五”期間，國家“863計劃”連續用兩個項目支持了帶電作業機器人的研究。另外，直升機帶電水沖洗作業也已用于輸電線路的絕緣子清洗中，有效降低了污穢造成的工頻污閃，提高了電網的絕緣水平和運行可靠性。

開展不停電作業是當前提高供電可靠性的最直接、最有效的措施，不僅減少了停電損失，大大提高了勞動效率，而且提升了服務效能和質量，樹立了良好的企業形象，同時也促進了檢修方式的進步，更好地保障了電網安全。配電網作業方式從傳統的停電作業（即對需要檢修作業的線路或設備停電隔離后再進行施工、檢修，作業完成后再恢復供電的作業方式）向以停電作業為主、帶電作業為輔進一步向不停電作業方式轉變，這將是電網作業技術領域的一場新的革命，必將帶動供電可靠性的大幅提升。

另一方面，實施配電自動化可以大大縮短故障處理所需的時間，下面以日本九州電力公司在應用配電網自動化系統前后，對配電系統故障處理所需的時間進行比較統計分析為例來說明。配電變電所變壓器組故障時，從故障停電至開始由其他變壓器組供電，自動操作需要5min，人工操作需要30min（縮短了25min，約83%）；改由其他變壓器組和變電所恢復送電操作由自動化系統完成需15min，而采用人工操作則需要120min（縮短了105min，約88%）；變電所發生全所停電時，由自動化系統完成全部配電線路負荷轉移需15min，采用人工就地操作需要150min（縮短了135min，約90%）。配電線路故障時，由自動化系統控制向非故障區間恢復送電的時間平均為3min，如果采用人工操作則需55min（縮短了52min，約95%）；至處理完故障系統恢復正常運行，通過自動化系統一般需要60min，而人工操作則需要90min（縮短了30min，約33%）。

2.提高供電經濟性

目前，用電市場對供電電能質量提出了新的更高要求，所以提高供電質量和降低線損也是城市電網自動化的重要目的。我國電網1995年的統計網損率為8.77%，而世界經濟發達國家的平均網損率僅為3%~5%。以某城區供電局為例，該局年最高負荷約150MW，年售電量約8×10⁸kW·h，如果加強城網改造，合理進行網絡配置及優化無功補償，降低線損率0.10%，經初步測算每年就可節省300萬元以上。

降低配電網線損一直是電力企業和電力科研工作者努力的方向之一。目前，可以通過多種方法來降低配電網的線損，如配電網絡重構、安裝補償電容器、提高配電網的電壓等級和更換導線等。其中，提高配電網的電壓等級需要進行慎重的綜合考慮，更換導線和安裝補償電容器則需要投資。配電自動化使用戶實時遙控配電網開關進行網絡重構和電容器投切管理成為可能，通過配電網絡重構和電容器投切管理，在不顯著增加投資的前提下，可以達到改善電網運行方式和降低網損的目的。配電網絡重構的實質就是通過優化現存的網絡結構，改善配電系統的潮流分布，理想情況是達到最優潮流分布，使配電系統的網損最小。當然，通過配電自動化實現遠方自動抄表，還可以杜絕人工抄表導致的不客觀性和漏洞，顯著降低管理線損，并能及時察覺竊電行為，減少損失。

3.提高供電能力

一般說來，配電網是按滿足峰值負荷的要求來設計的。然而在配電網中，每條饋線均有不同類型的負荷，如商業類、民用類和工業類。這些負荷的日負荷曲線是不同的，在變電站的變壓器及每條饋線上峰值負荷出現的時間也是不同的，導致實際當中配電網中的負荷分布是不均衡的，有時甚至是極不均衡的，這嚴重降低了配電線路和設備的利用率，同時也導致線損較高。通過配電網優化控制，可以從重負荷甚至是過負荷轉移到輕負荷饋線上，這種轉移有效地提高了饋線的負荷率，增強了配電網的供電能力。

城市配電網的某些線路有時會發生過負荷。為了確保供電安全，傳統的處理辦法是想辦法再建設一條線路，將負荷分解到兩條線路上運行。但是實際上往往過負荷僅僅發生在一年中某幾天的個別時期內，因此上述做法很不經濟。在合理的網架結構下，通過配電自動化實現技術移荷與負荷管理，實際上可以利用現有的配電網資源消除過負荷。

4.改善電能質量

電能質量關系著電網的安全經濟運行，是工業產品質量的保障，對降低能耗及人類生活環境等產生重要影響。現代工業和科學技術中的精密儀器設備，復雜的控制系統和工藝流程，對電能質量的要求越來越高。電能質量關系著國民經濟的總體效益。隨著現代工業技術的發展，電力負荷的種類越來越多，特別是非線性、沖擊性負荷在容量上、數量上日益增大，使公用電網中的各種干擾成分不斷增加，電能質量日益惡化。近年來，由于電能質量引發的事故和問題呈上升趨勢，對電能質量的管理和對電力污染的治理工作勢在必行。通過配電自動化實現遠方有載調壓和集中補償電容器的正確投切、配電變壓器低壓側無功補償以及以提高電壓質量為目的的配電網絡重構等，都是提高電壓質量的有效手段。

5.降低勞動強度，提高管理水平和服務質量

配電自動化還能實現在人力盡量少介入的情況下，完成大量的重復性工作，這些工作包括查抄用戶電能表、監視記錄變壓器運行工況、檢核配電變電站的負荷、斷路器分合狀態記錄、投入或退出補償電容器、升或降有載調壓變壓器分接頭等。通過配電自動化，不必登桿操作，在配電控制中心就可以控制柱上開關；實現配電變電站和開閉所無人值班；借助人工智能代替人的經驗做出更科學的決策報表、曲線、操作記錄等自動存檔；數據統計和處理；配電地理信息系統的建立；客戶呼叫服務系統等。這些手段無疑顯著地降低了勞動強度，提高了管理水平和服務質量。

實現配電自動化提高了用戶滿意程度。供電部門除了在供電可靠性和電壓質量上要使用戶滿意外，還應當使用戶不為用電煩惱。例如，對實行分時電價制的用戶，可利用配電自動化通道協助他們合理停用或投入一些耗能設備，既保證設備發揮作用，又可節約電費。所以，從某種意義上說，使用戶滿意才是城市電網自動化最主要的最終目的。