芻議配電網自動化設計方案及其應用

【摘要】文章通過工作實踐并結合相關資料，文對某城市配電自動化實施方案進行研究探討。

【關鍵詞】配電自動化；配電網規劃；配電主站；配電終端；配電通信

一、引言

文章對某城市大型配電自動化實施方案進行研究，針對配電網特點以及配電設備、電力通信和企業相關應用系統的實際情況，設計配電自動化系統可行方案。結合實例展示其特點，包括先進的設計理念、全面涵蓋的專業內容、恰當的技術路線，體現工程實際需求和配電網生產運行檢修及調度監控需求等方面。這對配電自動化規劃、建設及后續運行具有很好的借鑒意義。

二、配電自動化規劃建設的主要要求

1.配電網基本條件

配電自動化規劃區域應滿足一些基本條件，才能更經濟和易于取得成功。包括：①配電網網架結構布局相對合理、成熟穩定，供電可靠性指標已經達到99.9%或更高；②規劃饋線自動化的區域，配電網線路滿足供電安全N-1準則要求；③相關配電設備運行工況良好；④擴建配電網滿足配電自動化技術體系要求；⑤配電網站房節點能夠為規劃建設配電自動化和通信終端等設備提供足夠安裝和檢修空間。

2.配電主站規劃建設主要原則

主站系統設計原則一般應包括：①建設規模具有一定前瞻性、與配電自動化規劃應用以及配電網規劃階段性發展目標相匹配；②主站支撐平臺宜一次性設計建設，首先實現基本數據采集與監控（SCADA）和饋線自動化（FA）功能；③操作系統最好采用安全性較高的UNIX/Linux。主站規模和功能匹配可參考表1。

3.配電自動化終端規劃建設主要原則

配電終端設計主要原則包括：①模塊化、可擴展、低功耗、高可靠性；②箱體結構適應現場安裝條件，滿足環境防潮防盜、抗高濕高溫電磁干擾要求；③機箱內部布局結構合理；④支持DL/T 634.5-101，DL/T 634.5-104等標準通信協議；⑤支持多種供電模式，電壓等級滿足操作電源、通信電源和自身供電需求，后備電源容量滿足相關規程規定；⑥具有就地人機聯系功能和必要的檢修操作防誤措施；⑦終端自診斷信息采集與上報。

4.配電通信規劃建設主要原則

配電網通信設計主要原則包括：①統一規劃、統一技術標準、統籌兼顧配用電需求；②骨干通信優先采用光纖傳輸網絡、具備支持虛擬局域網（VPN）能力，滿足配電網規劃和配電自動化規劃布局和需求；③適時共享上聯電網骨干通信資源；④應對控制指令使用基于非對稱密鑰的單向認證加密技術進行安全防護；⑤統一配電通信網管平臺。

5.配套輔助設施輔助配套設施包括：電流互感器、電壓互感器、接地、通信設備外部配套、機房建設等。

三、配電自動化案例設計

1.案例特征

案例城市主要特征：100萬人口城市、面積06萬km2（其中主城區近85km2，包含其中的城市核心區7km2）。城區電網調度監控、生產運行維護主要靠人工和經驗，沒有相應的配電自動化手段，迫切需要建設。

2.設計水平年和規模規劃

1）設計水平年：5a；遠景年：10a。

2）設計規模和目標：①新建配電自動化主站系統、信息交互總線；②改造配電網環網柜箱體、柱上開關加裝電操機構、配套電流和電壓互感器等輔助設備，勾通分支箱外接電源；③新建配電自動化終端、配電通信系統，在主城區實現配電自動化遙測、遙信和遙控功能；④在此基礎上，核心區實現饋線自動化。工程統一規劃分步實施，原則上實施和運行同步。實現建設配電調度指揮及配電網生產運行檢修管理統一技術支持體系的目標。

3）工程覆蓋城市主城區域所有配電網支撐電源（變電站）及以下配電網。區域內開關站、環網柜、柱上開關、用戶分界隔離裝置全部實現遙測、遙信和遙控（以下簡稱三遙）；電纜分支箱實現遙測和遙信（以下簡稱二遙）。信息交互滿足配電網信息集成化綜合管理、生產運行檢修管理、配電調控一體化管理機制等運行需要，包括交互營銷數據采集系統關于配電變壓器相關電氣信息的應用。

3.主站系統

（1）信息量規劃

第1階段，“十二五”初期配電自動化主站系統實時接入和處理信息量60萬點；第2階段，根據城市配電網“十二五”規劃，中期主站實時接入和處理信息量80萬點；第3階段“十二五”末期達到100萬點。

（2）規?？刂?/p>

按第3階段需求一次性建成，系統選型和配置滿足3萬個配電自動化終端信息量的接入要求；主站系統支撐調控一體化模式和生產運行檢修指揮系統運行；具有多種通信方式的接入能力，包括光纖通信、無線專網、公網通信；具有對所轄區域無人值班變電站的后備監控能力?？紤]運行需求，主站（包括信息交互）系統機房異地部署。配電網調控和生產運行檢修值班工作站采用遠方工作站子網形式部署。

（3）技術要求

系統軟硬件按照標準化、實用化要求設計，體現可靠、可擴展、安全、先進原則，充分發揮平臺的作用。具體技術要求如下。

1）按照IEC 61970/IEC 61968 標準與相關系統互聯互通、信息共享。

2）網絡關鍵節點采用UNIX/Linux操作系統。系統軟件支撐平臺采用分層分布式系統結構，充分利用成熟的網絡管理技術、數據庫中間件、面向服務的體系架構（SOA），遵循公共信息模型（CIM）和組件接口規范（CIS），在基本SCADA應用的基礎上，滿足配電自動化總體建設目標。

3）充分考慮未來業務發展過程中可能出現的新增需求，計算機軟硬件平臺、數據庫滿足集中采集、分層應用管理模式以及可擴展性和互操作性的要求。

4）系統部署在信息安全Ⅰ區獨立運行，與其他業務應用系統通過信息交互總線（IEB）進行互聯，實現Ⅲ區Web功能，IEB和Web部署符合電力二次系統安全防護總體方案要求。完善權限管理機制，保證數據、信息安全；杜絕可能來自公網通信路徑竄入的非法信息，構建網絡安全防護體系。

（4）體系結構

按照基礎平臺、支撐平臺、應用功能分層構筑主站軟件體系。模塊化設計如圖1所示。

（5）功能

按照七大模塊設計，包括系統支撐平臺、SCADA應用、FA應用、安全部署與Web發布、配電網監控與運行維護應用、配電網擴展應用、配電網仿真與多態應用。

4.信息交互

（1）信息交互架構

IEB作為企業信息集成的公共交互平臺，為配電自動化、企業其他業務應用系統之間信息共享提供服務。IEB實現Ⅰ區和Ⅲ區各系統之間對動態數據、圖模數據及臺賬等信息的交互應用，實現企業各類資源信息共享的目標?？傮w架構及系統邊界關系分別如圖2和圖3所示。

（2）信息交互和信息集成

IEB具備易用、可維護、可擴展、安全等基本特征。而信息集成要求數據“源端維護、全局共享”。

IEB對各應用系統采用松耦合集成應用方式，在總線上注冊的應用和服務做到數據共享、消息互通。主要技術規范包括：采用IEC61970/IEC61968公共信息模型，將電網資源數據進行一體化設計和統一建模；實時/準實時數據的信息交互，采用發布/訂閱的方式；跨越Ⅰ/Ⅲ安全隔離區的信息交互，采用發布/訂閱的異步應答方式；消息體使用UTF-8編碼進行交互；消息體封裝使用資源描述框架（RDF）格式等。

5.配電自動化終端

一期基本規模：主城區公網開關站25座、環網柜250座、柱上開關200臺、柱上分界開關20臺、電纜分支箱100臺、主城區線路150條。其中，核心區域配電線路35條。配電變壓器信息采集根據營銷部署的數據終端通過IEB實現覆蓋。

實際設計考慮輔助配套設施以及對配電網N-1運行方式研究等。部署雙電壓互感器、組合式電流互感器-電壓互感器、保護和測量電流互感器獨立部署等。

6.配電通信系統

（1）規劃設計目標

以智能配用電需求為導向，建設高速、雙向、規范、具有良好擴展能力的配用電通信系統。

（2）通信技術選擇和設計

配電通信網選擇以光纖通信以太無源光網絡（EPON）技術為主，變電站上聯以太網交換機或利用同步數字體系/多業務傳送平臺（SDH/MSTP）資源，根據需要適度利用和共享部分電力骨干通信網光纜資源。滿足主城區配電自動化“三遙”功能對通信提出的高要求。極個別光纜敷設困難的配電終端采用中壓電力線通信。配變采集終端通信保留營銷體系部署的通用分組無線電業務（GPRS）方式。

（3）EPON組網設計

組網設計采用接入層、匯聚層、核心層3層網絡結構。接入層主要是EPON通信接入設備光節點（ONU）、光配線網絡（ODN）和光線路終端（OLT）之間通信；匯聚層主要設備為EPON的OLT及4個區域供電單位匯聚以太網交換機或站端SDH/MSTP之間通信；核心層主要設備為匯聚以太網交換機與核心路由器組網或局端SDH/MSTP之間通信。

（4）配電通信組網拓撲

EPON的拓撲結構采用ONU雙向手拉手保護拓撲、雙向環形保護拓撲、雙光芯同光纜環網保護拓撲、單向無保護放射形拓撲等多種方案。變電站OLT采用星形拓撲、環形拓撲和“星形+環形”拓撲結構。

（5）光纜設計

配電通信充分利用主網光纖通信網絡資源，在相關變電站之間完善光纜形成雙路徑環網。架空和部分下地或全架空段采用24芯全介質自承式光纜；全程下地部分采用24

芯普通非金屬阻燃光纜。光芯路徑設計考慮施工工藝的限制和今后擴展預留，單條線路光纜總熔接次數不超過10次/芯。

四、初步成果

按照上述規劃設計，該大型案例已經付諸試點建設。取得的主要成果包括：①統一規劃設計符合實際需求的配電自動化且一次性建成投運含600余個配電自動化終端規模；②建成IEB并為能量管理系統（EMS）等多業務系統建立了必要的信息集成條件；③運行1000km配電通信光纜，100km2部署FA并投運，自動模式下FA動作全過程時間最快僅為30s。系統應用為調度和生產運行維護中心提供了良好的技術支撐，達到了設計目標，現已通過相關機構和專家驗收，應用良好。3個月基本運行統計結果如表2所示。

五、結語

總之，城市實施配電自動化需考慮如下原則：①規劃設計階段需明確適應自身條件的定位建設目標，并與主配電網遠期規劃相結合；②明確調度和生產運行檢修應用主體需求內容并與規劃目標條件相匹配，需求為先；③權衡主站和終端功能配置以及FA，從小到大建設，建議利用企業統一部署的用電信息采集終端采集配電變壓器（含公共變壓器）運行信息；④以EPON技術并利用電力骨干通信網或獨立組建配電通信系統，公網通信可作為配電網特別是配電變壓器通信的輔助手段；⑤遵循IEC61970/IEC 61968標準、采用統一的設備編碼體系標準，按電力二次系統安全防護要求部署主站和信息交互總線，消除信息孤島；⑥配套完善調度、配電網運行檢修管理機制，與配電自動化各專業運行維護機制及工程建設同步發展。

參考文獻

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