配網自動化體系分析論文

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摘要：盡管我國的配電網自動化工作目前已進入試點實施階段，但對于配電自動化的認識仍然眾說紛紜，下面僅對配網自動化的概念、目標、范圍闡述本文的觀點

關鍵詞：配網自動化體系結構實現技術

1、配網自動化的體系結構

(1)配網自動化的基本問題：

盡管我國的配電網自動化工作目前已進入試點實施階段，但對于配電自動化的認識仍然眾說紛紜，下面僅對配網自動化的概念、目標、范圍闡述本文的觀點：

a．概念：配電網自動化首先表現為一種集成化自動化系統，它在在線(實時)狀態下，能夠監控、協調、管理配電網各環節設備與整個配電網優化運行。

b．目標：提高供電可靠性、改善電能質量和提高運行管理效率(經濟運行)。

c．范圍：以10kV干線饋線自動化為主，覆蓋了400V低壓配電臺區自動化，延伸到用戶集中抄表系統。

(2)配網自動化的體系結構：

配網自動化是一項系統工程，完整的配電網自動化系統包含了四個主要環節：供電網絡、遠動系統、通信系統、主站網絡。目前存在的誤區之一：過分強調自動化及軟件功能，忽略電網的根本需求。

(3)實施配網自動化的技術原則：

a．可靠性原則：實施配網自動化的首要目標是提高配電網的供電可靠性，實現高度可靠的配網自動化系統要遵循以下原則：①具有可靠的電源點(雙電源進線、備自投、變電所自動化)。②具有可靠的配電網網架(規劃、布局、線路)。③具有可靠的設備(一次智能化開關、二次戶外FTU、TTU)。④具有可靠的通信系統(通信介質、設備)。⑤具有可靠的主站系統(計算機硬件、軟件、網絡)。

b．分散性原則：①由于配電網的地域分布性特點，建立配網自動化系統希望功能分散、危險分散，采用具有智能的一次設備(如重合器)，故障就地解決。對于縣級規模的配電網，復雜性并不高，提高可靠性供電，通常雙電源即能滿足實際要求，推薦重合器方案，并且在10kV干線適當配置開關數量，使保護配合能夠實現。②為進一步提高整體系統的安全可靠性，主站軟件功能分散，以SCADA為主體的實時監控功能獨立運行，以GIS(地理信息系統)為主體的在線管理功能獨立運行，電網分析計算功能獨立運行，各功能間內核(數據庫、微內核調度等)一體化設計，保證信息的可靠、高效、優質共享。

在實施配網自動化工程中，存在著另一誤區：以GIS代SCADA(如ARCINFO)，實時處理圖形，增加了計算機工作負擔，人為地降低了系統安全可靠性。以提高供電可靠性為第一目標的架空網，SCADA實時監控為重點，確保主站信息處理及時，GIS在線管理為次；而以運行管理為主要目標的電纜網，應區別對待。

2、配網自動化的實現技術

(1)供電方式及一次設備：

受地域與經濟發展因素的影響，我國的配電網在管理上劃分為城市電網(大中城市)與農村電網(鄉村、縣城)，城市電網以電纜網方式為主，農村電網以架空線方式為主。

配電網的供電方式由電源點、線路開關設備、網架(線路聯結)三部分決定，電源點、網架的不同方式組合，架構了多種多樣的供電方式，如單電源輻射狀供電、雙(多)電源互備供電、雙(多)電源環網供電、網格狀供電等，而線路開關設備如環網柜、重合器、分段器、斷路器、負荷開關等提供了功能各異的供電配合方案。城市電纜網多采用環網柜(配負荷開關、真空斷路器、SF6斷路器等)作為配電線路主設備，農電架空線網多采用重合器、分段器、斷路器、負荷開關等作為配電線路主設備。

以線路開關設備區分的供電方案主要有：電纜環網柜方案、架空重合器方案、分段器(自動配電開關)方案、斷路器方案、負荷開關方案等。限于篇幅，本文不再仔細比較各方案的優劣，下面僅說明幾個重要問題：

①評價架空網配網自動化供電方案優劣的首要依據是供電可靠性，包括故障下停電范圍、停電次數、停電時間、恢復供電時間。

②在架空線網中，重合器方案具有現實的和技術的優點：實際中，架空線路故障的80%是瞬間故障，采用重合器隔離瞬間故障，能大幅度提高供電可靠性；由于強電的危險性，線路發生故障時，希望現場問題就地解決，不宜擴大，減少人為復雜化；重合器的智能化程度高，使供電網絡能獨立運行，不依賴于通信系統、主站系統，同時可以統一規劃，分步實施；由于故障多發生在分支線低壓臺區，支線可以用智能分段器與干線重合器保護配合。

③縣級城市配電網的特點是架空線網、供電半徑在5km以內，推薦雙電源環網供電，并采用三開關四分段重合器方案。

④無論是依靠智能開關設備保護配合隔離故障還是通過通信、主站軟件隔離故障，均希望簡化電網聯結的復雜性，對一般的城區和農網，采用雙電源環網供電，完全能滿足用戶的供電可靠性要求。

(2)遠動系統及二次設備：

配電自動化系統的遠動主要實現FTU、TTU對線路開關、配電臺區(變壓器)的監控。遠動系統及設備的可靠性功能主要包括保護動作、環網控制、遠方控制、就地手動等四方面。配電自動化遠動系統的主要問題是線路電源(儀表與操作電源)和傳輸規約，設計適用于戶外環境的、可靠的不間斷電源是實現配電自動化的一個難題。由于配電線路設備的地理分布性，目前變電所采用的CDT、POLLING規約，均不適用于配電自動化系統，新的101規約得到了一定程度的應用，它能否作為配電自動化遠動傳輸標準，尚難評定，目前IEC正在制定新的傳輸協議標準。

(3)通信方案及設備：

配電自動化的通信方案包括主站對子站、主站對現場單元、子站對現場單元、子站之間、現場單元之間的通信等廣義的范圍。目前實施的完整配電自動化試點工程系統的通信方案指主站對子站、主站對現場單元的通信。通信是配電網自動化的一個重點和難點，區域不同、條件不同，通信方案也多種多樣：光纖、電力載波、有線電纜、微波、擴頻等，但總的來看，采用混合通信方案是比較符合實際的原則，通信干線(指10kV線路)用光纖(城市供電半徑較短，同樣有較好的性能價格比)，支線(指低壓配電臺區)采用別的通信方式(根據距離干線遠近、傳輸要求高低決定)，遠距離孤立點采用無線傳輸。

需要說明的是，配網自動化光纖通信通常傳輸一路數據，帶寬在幾十K即可，需采用專用光端機。配電載波技術是有著巨大前景的配電網通信技術，目前尚未達到實用化。

(4)主站網絡與軟件功能：

配電網自動化的主站功能包括SCADA實時監控、GIS(地理信息系統)在線管理、電網經濟運行分析等，主站框架要突破傳統的單一調度自動化系統C/S模式，以P-P-C/S-B/S一體化架構，充分體現分布式網絡的管控一體的綜合集成系統特點，計算機網絡與軟件平臺技術充分體現功能與開放，并提供與異構系統跨平臺接口，與調度、負控、MIS、CIS等自動化子系統實現無縫集成。

從供電局的實際需要和發展需求出發，目前的配電自動化系統應該實現配(網)調(度)合一的設計，技術上統一平臺，管理上易于維護(考慮到尤其是縣級供電局自動化技術力量不足的實際困難)，經濟上節約資金(包括節約建設資金和維護費用)，同時也奠定了將來電力企業信息化的基礎。在做法上，重視已有的調度自動化的升級改造與建設配網自動化統一考慮，新上調度自動化與建設配網自動化統一考慮。

需要說明的是，配電網自動化系統實現監控與管理一體化，在技術上體現在信息的高效共享，而不僅是通過數據轉換的松散聯網。GIS應與CIS、CRM管理密切結合，設計要分布式、網絡化，引入GPS定位系統，提高供用電維護、檢修等自動化水平，提供優質服務。

3、實施模式

為提高配網自動化系統的效率、降低技術難度，依據配電網規模的大小，配網自動化的實施模式主要區分為縣級城市、大中城市兩種情況：縣級城市等小規模配電網可以集中管控，一個配網主站、一級通信網絡；而對大中城市，以小區化建設，類似調度自動化方式，以小區設備群為單元，實施"單元化終端-分布式結構-分層網絡-功能集成-多級管控"的配電調度系統模式，解決信息瓶頸，提高系統總體監控/管理效率。

4、突出的問題

(1)戶外運行：配電線路設備的戶外運行環境，對開關主設備、遠動設備、通信終端設備等提出了更高的要求，主要是保證溫度、濕度、抗凝露、抗老化、抗風沙等指標，在開關的外絕緣材料、電子設備的設計、元器件篩選等方面特殊考慮。

(2)通信可靠性：配電網自動化系統主要擔負著實時監控配電網安全可靠運行的職能，電網的供電可靠性首先由供電方案決定，在線路開關的自動化、智能化程度較低的配電網中，整個系統性能對主站與通信的依賴性強，而配電網的廣域地理分布性，使通信傳輸的可靠性成為建設可靠的配電網自動化的難點之一。對于供電網絡采用重合器方案，解決了對通信的強依賴性問題。

(3)電源：配電線路上的電源用于提供開關、監控單元的工作動力，其來源有二：在線路正常供電條件下，由電源變壓器從線路取電；線路失電時，啟動后備電源(UPS)供電，對于操作開關的大電流可通過大電容儲能放電提供動力。存在的難題是不間斷電源(UPS)戶外運行問題，尤其高低溫對蓄電池工作的影響。