城市配電網(wǎng)自動化研究之我見

李存鋒

（云南省迪慶州供電局，云南 迪慶 674400）

大中城市的電網(wǎng)已基本具備實施配電系統(tǒng)自動化的條件但由于我國配電系統(tǒng)自動化的實踐時間不長，許多技術(shù)問題還有待實踐和運行檢驗，功能也有待進一步完善。又由于不同城市因發(fā)展的差異，配網(wǎng)一次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差別較大，如從簡單的直饋線、手拉手配網(wǎng)到復(fù)雜的多電源網(wǎng)絡(luò)，且城市的功能要求也有差異，因此各城市對配電自動化的要求是不一致的配電系統(tǒng)自動化就是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進行信息集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運行及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制和故障區(qū)的恢復(fù)供電，以及配電的生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、電費管理等。

1 配電自動化的內(nèi)容

配電網(wǎng)的主要任務(wù)是保證安全、可靠地供電，分配好負荷，管理好電壓/無功，提高電能質(zhì)量。配電自動化系統(tǒng)監(jiān)視和控制配網(wǎng)運行、故障管理、運行統(tǒng)計。配電自動化包括10kV饋線自動化、開閉所和小區(qū)變電所自動化、配電變壓器和電容器組等的檢測自動化，管理信息系統(tǒng)，用電管理自動化系統(tǒng)等，

主要功能有：

1 )配電調(diào)度自動化(DSCADA)；

2 )變電站自動化系統(tǒng)；

3 )饋線自動化(FA)、配網(wǎng)自動化(DA)；

4 )配網(wǎng)自動制圖/設(shè)備管理/地理信號系統(tǒng)(AM/FM/GIS)；

5 )用電管理自動化，用戶故障電話投訴(報修)系統(tǒng)(TCM)；

6 )配電管理信息系統(tǒng)自動化；

7 )配電網(wǎng)分析軟件(DPAS)；

8 )用電營業(yè)自動化系統(tǒng)。

上述功能只能分階段實施。目前，首先是實現(xiàn)對配電網(wǎng)的運行監(jiān)視控制和故障處理，以提高供電可靠性，使城市供電可靠率達到99.99%。

饋線自動化(FA)僅指簡單的饋電線路自動化系統(tǒng)。它可以利用遠方終端(FTU)進行簡單網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)重構(gòu)，但對多分段、多聯(lián)絡(luò)的復(fù)雜配網(wǎng)饋線，則要求具有更強、更合理的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重組功能，由此構(gòu)成配網(wǎng)自動化(DA)。配網(wǎng)自動化(DA)是配電自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。饋電線路網(wǎng)絡(luò)通過配電遠方終端(FTU)，進行數(shù)據(jù)采集和遠方控制。該系統(tǒng)除一次設(shè)備外，包括配電遠方終端(FTU)，通信通道，電流、電壓采集，電源設(shè)備等。

FTU采集饋線負荷開關(guān)及分段開關(guān)的電流、電壓，電流方向等模擬量信息及開關(guān)狀態(tài)、供電電源狀態(tài)等開關(guān)量信息。同時，F(xiàn)TU還采集故障電流信息，并按過流保護動作進行整定，包括單相接地故障，這些信息均被及時傳送到二級子站，并由子站傳送到配網(wǎng)主站。

配網(wǎng)主站根據(jù)采集的實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)實時監(jiān)控的功能 (DSCADA)，且同時匯總、統(tǒng)計最大負荷，最小負荷、線損、電壓合格率、功率因數(shù)、負荷開關(guān)動作次數(shù)以及可靠性統(tǒng)計等，并生成報表。

2 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)(DA)的功能

當(dāng)饋線發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動判斷饋線故障區(qū)段和故障性質(zhì)，自動隔離故障區(qū)域，自動恢復(fù)對非故障區(qū)域送電。對于具有負荷轉(zhuǎn)移能力的多電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，可通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來恢復(fù)對故障用戶的供電，從而達到縮小故障停電范圍，減少對用戶的停電時間，提高供電的可靠性。要實現(xiàn)上述DA功能，可按預(yù)先確定的方法進行運算：

1 )對復(fù)雜環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，按運行方式要求開環(huán)運行，通過分段開關(guān)，把配電網(wǎng)分割成各個供電區(qū)域，對每一饋電線路而言，實際上是運行在開環(huán)狀態(tài)。按照點和支路的連接關(guān)系生成連通圖，將一個大的配電網(wǎng)絡(luò)分解為幾個單電源輻射網(wǎng)，可大大降低計算次數(shù)，加快計算速度。

主站通過計算，依靠事先設(shè)定的邏輯配合，完成規(guī)定的動作程序，可避免復(fù)雜的繼電保護整定配合。

2 )當(dāng)某一供電線路段發(fā)生故障時，將該供電區(qū)域的斷路器跳開，如能迅速斷開故障點兩側(cè)負荷開關(guān)，將故障區(qū)域隔離，并將因線路發(fā)生故障而失電的非故障區(qū)域恢復(fù)供電，可減少因線路故障而導(dǎo)致整條饋電線路的負荷連續(xù)失電和停電范圍，從而提高供電的可靠性。

3 )故障檢測采用模式識別的方法，將典型故障的各種情況作為知識點存放在知識庫中，且用戶還可根據(jù)電網(wǎng)的特殊要求加人新的知識點。當(dāng)發(fā)生故障后，各節(jié)點的FTU主動上報故障信息，系統(tǒng)會將這些事件流與知識庫中的知識點進行模式識別，判定故障所發(fā)生的支路，進而發(fā)出故障切除指令，遙控相應(yīng)的開關(guān)動作。

3 終端監(jiān)控設(shè)備(FTU)功能

由于各配電網(wǎng)絡(luò)一次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，其一次設(shè)備也有較大差異。因此，作為饋電線路的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的終端設(shè)備(FTU)也各不相同。但是，它們都應(yīng)具有下列功能，方能滿足配電自動化的要求：

1 )采集并發(fā)送狀態(tài)量，遙信變位主動上報；

2 )交流采樣并發(fā)送遙測量；

3 )過電流識別(相間短路、單相接地短路、過流、浪涌)；

4 )故障區(qū)段的自動隔離和恢復(fù)；

5 )接受并執(zhí)行遙控命令；

6 )被測量越死區(qū)傳送；

7 )越報告警和裝置故障告警；

8 )程序自恢復(fù)和裝置自診斷。為降低一次系統(tǒng)的造價，使用負荷開關(guān)作為饋電開關(guān)和分段開關(guān)，但負荷開關(guān)不能切斷故障電流，即當(dāng)配網(wǎng)故障時，只能由變電站供電的斷路器切除故障。

4 對一次設(shè)備的要求

要實現(xiàn)配網(wǎng)自動化功能，其一次設(shè)備必須滿足相關(guān)的技術(shù)要求。

1 )配電所的負荷開關(guān)必須改造成電動操作的，同時必須具備母線電壓互感器及饋電線路電流互感器，若改造前沒有的，則需要增加這些設(shè)備。

2 )電壓互感器宜采用三相三線卷式結(jié)線，若采用V形接線，就無法獲得零序電壓，且會使電壓互感器二次側(cè)斷線與饋電導(dǎo)線斷線故障難以分辨，特別是在負荷電流較少時，判斷可靠性降低，同時也無法測量饋電線負荷功率及潮流方向，會對在線潮流計算帶來不便。

3 )開關(guān)設(shè)備在失去交流電源的情況下，除能就地進行手動合、分閘外，至少還能進行自動合、分閘各一次。

4 )有用于檢測故障電流、負荷電流和電壓信息的電流互感(傳感)設(shè)備及電壓互感(傳感)設(shè)備。

5 )有反映開關(guān)狀態(tài)的輔助觸點。

6 )當(dāng)失去交流電源后，自動化功能仍要求進行數(shù)據(jù)通信和控制的開關(guān)設(shè)備應(yīng)配備足夠容量的蓄電池組和相應(yīng)的充電設(shè)備。

7 )電流、電壓應(yīng)能滿足各種開關(guān)、通信設(shè)備的需要，應(yīng)能對小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障進行分線、分段查找、判斷。

5 對通信系統(tǒng)的要求

通信設(shè)備主要用于完成主站與現(xiàn)場設(shè)備之間的各種實時數(shù)據(jù)的傳輸。目前，可采用的通信方式是：市區(qū)采用音頻電纜、高頻電纜和光纜；近郊或遠郊采用電力線載波、特高頻、微波、擴頻或光纜。

1 )通信方式的選擇要根據(jù)通信速率、實時性、可靠性、數(shù)據(jù)量，并考慮下一步進行圖像傳輸、信息及通信網(wǎng)的發(fā)展等要求。配網(wǎng)主站和配網(wǎng)二級主站之間的通信通常采用雙光纖冗余通道，以太網(wǎng)通信方式，DA功能的故障檢測、隔離和恢復(fù)，軟件運行在二級主站DPU中。配網(wǎng)二級主站的操作權(quán)限由配網(wǎng)主站授權(quán)，當(dāng)配網(wǎng)主站和配網(wǎng)二級主站之間的通信中斷時，二級主站可以完成區(qū)域內(nèi)的DA功能。

2 )為了保證通信通道的可靠性高、抗干擾性強和通信速率高，通信系統(tǒng)采用光纖，通信速率通常需要9600DPS以上。這樣，在全自動方式下，從故障發(fā)生到故障隔離及恢復(fù)供電的整個過程小于1min即可實現(xiàn)。

3 )各自動化系統(tǒng)之間應(yīng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭唯一，信息共享，不提倡軟、硬件的重復(fù)設(shè)置和開發(fā)及重復(fù)采集數(shù)據(jù)。應(yīng)盡可能做到：統(tǒng)籌考慮，全面規(guī)劃各自動化系統(tǒng)；充分利用現(xiàn)有資源，如MIS、調(diào)度自動化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等。通過信息網(wǎng)絡(luò)連接各系統(tǒng)，各網(wǎng)絡(luò)間設(shè)防火墻，保證各系統(tǒng)安全。

4 )配網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)有Web服務(wù)器，作為通用對外接口.夕部系統(tǒng)(MIS，GIS系統(tǒng)等)可通過瀏覽器，從Web服務(wù)器獲取配電自動化系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)和有關(guān)畫面，并具有友好的人機界面，滿足運行和維護的需要。

[1]張玉春，楊成峰，周云芳，馬振霞.配電自動化系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].上海電力，2008年01期.