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1、城镇电网节能降损技术与安全措施研究摘 要：我国城镇电网具有分布广泛、供电半径较长、季节性负荷明显等特点，线损率高，节能降损空间较大，综合应用各类电网节能降损技术是全面解决节能降损问题的根本之法；充分发挥城镇电网中继电保护系统的作用也是我国城镇电力系统安全、高效运行和谐发展的有力保障。关键字：城镇电网；节能降损；安全措施；继电保护Study on the Technology of Energy Conservation and Consumption Reduction and the Measures to Security of City Power GridAbstract:Our ha
2、s the characteristics of widespread, longer power supply radius, obviously seasonal load. Line loss rate is higher than the rural power grid. Energy loss reduction occupies a huge space. It is the basic standard that all kinds of comprehensive loss reduction technologies are integrated to settle ene
3、rgy loss problems. It is the powerful guarantee of the safety, efficient operation and harmonious development of urban power system that playing the role of relay protection of city power grid.Key words: Power Grid, Energy conservation and consumption reduction, Measures to security, Relay protectio
4、n随着我国城镇建设的深入，对电能的需求快速增长，城镇电力降损节能及电网安全运行已成为新的研究方向。我国城镇电网具有线路长、季节性负荷波动大、电压质量差等特点1，因而进一步加快城镇电网节能降损方法和技术的研究，提高电网使用安全性成为我国经济再次腾飞的重要保障。1. 节能降损技术1.1 优化供电模式目前，我国城镇电网传统的运行方案是35 k变电所采用双线双变、10 kV线路呈放射式电网供电。这种35 kV运行方案一直侧重于电源和输电的可靠性，10 kV配电网为放射式且电源点分散、供电半径长，供电可靠性得不到有效保障，线路损耗较高。“35 kV变电所单线单变、10 kV线路环网”的优化运行方案的主要
5、思想是：35 kV变电所采用一路高压进线，所内简化设计，单线单变，T接于线路上，合理确定多个电源点，并通过10 kV线路环网模式，降低线路损耗，提高10 kV线路供电可靠性。1.2 单相配电方式单相高压分散配电2可极大地缩短低压供电半径，有效降低低压电网损耗和提高电压质量，节能效果显著；同时可降低工程费用，简化施工难度。单三相混合配电方式灵活、简捷，单相配电方式作为三相供电的补充，可以解决位置偏远、负荷分散且无大动力用户地区的供电问题，也适用于通道紧张而无法实施三相配电或不需要三相配电的地区。1.3 节能型配电变压器城镇电网季节性负荷较显著。冬夏季节负荷大、负载率高，春秋季节变压器负载率较低，
6、有的甚至近乎空载。节能型配电变压器主要包括S11型及以上配电变压器、非晶合金铁心变压器、有载调容变压器等。S11型配电变压器采用Hi-B高导磁取向电工硅钢片，利用外加磁化力使取向硅钢片的磁畴方向更整齐，且在硅钢片表面制造拉应力，使磁化和磁畴交变转动容易而获得低损耗的效果。目前已成为城镇电网配电变压器的主流设备。非晶合金变压器与S9型配电变压器相比，空载损耗可下降70%80%，适用于轻载或平均负载率较低的配电台区。有载自动调容配电变压器3是一种可在带电状态下根据负荷需要自动切换2种额定容量的配电变压器。针对季节性负荷变化大的地区宜采用有载调容变压器，以避免变压器空载或轻载损耗过大。1.4 城镇电
7、网经济运行技术城镇电网经济运行技术包括变压器经济运行、电网运行方式优化、电压无功优化等内容。变压器经济运行技术是基于变压器经济运行优化理论，结合变压器实际工况通过定量计算优化变压器运行方式的方法，以降低变压器损耗为目标优选最佳运行方案4。电网运行方式优化是以满足安全性和降低电网损耗为目标，通过电网各类运行方式下的潮流、损耗的比较，优选最佳运行方式，实现电力负载的经济调配。全网无功优化系统是利用已有无功补偿设备，以满足各节点电压、功率因数要求为约束条件，确定各电压等级电网最佳无功补偿控制策略。2. 继电保护2.1 继电保护装置配置继电保护装置是电力系统的重要组成部分，其经过了电磁型、整流型、晶体
8、管型和集成型发展阶段，目前已进入微机型继电保护发展阶段。1987年上海石洞口电厂220 kV出线上首次使用进口微机保护(BBC公司的LR-91方向高频保护)，1991年第1套WXB-11国产微机线路保护装置投运，微机保护逐步在高压电网得到广泛应用，中低压电网的微机保护使用率也逐步提高5。微机型继电保护装置的特点在于整定原则的选取上具有很强的灵活性，一般而言，一套110kV线路微机装置均包括三段式过电流、三段式相间距离、一段式负序过电流、三段式零序电流和重合闸。可选的元件有三段式接地距离和低频减载保护。因此，整定人员必须结合网络本身特点合理地选取整定原则以满足继电保护“四性要求”6，表1表征了几
9、种主要保护形式对各种简单故障的反映。表1：不同继电保护装置配置对线路故障的反映故障类型零序电流相间距离接地距离单向接地故障正确反映不能反映正确反映两相接地故障正确反映正确反映正确反映两相故障不能反映正确反映不能反映二相故障不能反映正确反映正确反映2.2 城镇电网继电保护发展现状2.2.1 国内城镇电网继电保护发展现状上世纪50年代,我国创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,开始研究晶体管继电保护。60年代中期到80年代,晶体管继电保护在我国蓬勃发展并在城镇电网中得到广泛应用。70年代,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究,80 年代末,城镇电网集成电路保护已形成
10、完整系列,逐渐取代晶体管保护。90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位,这是集成电路保护时代7。从70 年代末我国即开始了计算机继电保护的研究。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。80年代,我国生产了第一套微机型继电保护,随后投入批量生产,我国继电保护技术进入了微机保护的时代。从20世纪90年代微机继电保护开始在我国城镇电网中逐步得到实际应用。2.2.2 国外城镇电网继电保护发展现状国外的继电保护研究已有一百多年的历史。上世纪后半叶，由于集成电路和计算机技术的飞速发展,微机保护装置硬件也有了迅速发展,结构更加合理,性能更加完善。微机保护装置的发
11、展大致可以分为以下几个阶段：第一阶段,以单CPU 的硬件结构为主,数据采集系统由单一的逐次逼近式A/D 转换芯片构成；第二阶段,实现不同保护原理的各个CPU均采用其专用的数据采集系统(即A/D 转换器)；第三阶段，采用VFC 构成的数据采集系统(光电隔离、脉冲计数)，利用多CPU 的特点,强化了自检和互检功能,具有完善的抗干扰措施以及防止误动和拒动的措施；第四阶段,以高性能的16位或32位单片机的硬件结构为主,具有总线不引出芯片,电路简单的特点,抗干扰性能得到进一步提高,并且完善了通信功能,为实现变电站自动化提供了方便8。近年来,微机继电保护的发展趋势集中体现在硬件高度集成化、标准化，性能高度
12、开放化,软件多功能化等方面，微机继电保护系统在实现功能日益完善的软硬件基础上实现运行及性价比的最优化结构。2.3 城镇电网继电保护发展方向继电保护的发展在历经机电型、晶体管型以及集成电路型阶段之后,目前处于微机型阶段,计算机化、网络化、智能化、多功能一体化是其发展方向。笔者根据目前城镇继电保护发展现状,针对其未来发展提出若干观点,为促进城镇电网安全运行提供参考性建议。2.3.1城镇电网继电保护综合自动化系统电网继电保护综合自动化系统运用客户机/服务器的工作模式。 客户机的任务是实时监控继电保护系统的运行状态,服务器用于在接收到客户端的应用请求和事故报告后执行故障计算程序,然后向客户机发出执行指
13、令,从而达到对各种保护设备的实时监控。继电保护综合自动化系统主要实现以下功能:实现继电保护装置对系统的自适应、实现继电保护装置的状态检修及其故障的准确定位、完成事故分析及事故恢复的继电保护辅助决策对系统中运行的继电保护装置进行可靠性分析、自动完成线路参数修正；另外,还可以实现种附加功能,如记录保护动作顺序和时间、判别故障类别以及记录电流、电压波形等,这些加功能为分析处理故障提供了有力的帮助。继电保护综合自动化系统运用便捷,能够有效克服传统城镇电网保护存在的弊端,已经得到应用,值得深入推广,这将为增强城镇电网继电保护的效能和可靠性发挥重要作用2.3.2城镇电网继电保护系统整体网络化网络作为信息和
14、数据通信工具已成为21世纪最尖端、最普遍的科技，它对各个工业领域的作用异常明显，也为各个工业领域提供了强有力的通信科技9。迄今为止，在电力系统继电保护中除了采用差动保护、纵联保护外，其保护装置仅仅能反应保护安装处的电气量。鉴于此，继电保护的作用也比较有限，其重要原因是缺乏创新的数据通信技术。早在国外提出的系统保护的概念中指明了安全自动装置，其作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围，更有效保证了全系统的安全运行，其基本要求为：1）每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据；2）各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。 为了实现这种系统保护必
15、须将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，即实现整体网络化。如今的计算机网络已经在这方面极其成熟，在一般的非系统保护中，也可以实现保护装置的联网，其作用不言而喻。国内在自适应保护领域中的研究取得了可喜的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，也就是实现整体网络化，因此，整体网络化乃是城镇电力系统继电保护又一重要方向。3. 结语综上所述,城镇电网综合节能技术是城镇电网节能降损的重要手段，随着城镇电网智能化、网络化建设的深入开展，其综合节能技术应考虑分布式电源接入、 互动化用电需求、网络化科学配电等因素，为进一步降低电网损耗提供更多技术手段。同时，随着城镇电网系统的发展和计算机技术、通信技术的进步，城镇电网继电保护技术面临着进一步的发展和完善。总之，充分发挥电网中继电保护系统的作用，管理好继电保护设备，提高电网中继电保护的质量，是城镇电网能够安全供电的保障。参考文献1 剡文林,石恒初,尹成全.城市电网节能环保关键技术论述J.云南电业.2009(2):39-40.2 卢本平.单相高压分散配电与节能J.农村电气化,2000(2): 4-8.3 甘海庆,辛永.农村电网节能技术综述J.电力需求侧管理.2010,12(6):53-55.4 李超群,包海龙,陈文升.上海电网继电保护技术的发展回顾与展望J
