智能配電網實訓室規劃建設方案探討

摘 要 文章介紹了我院智能配電網實訓室建設方案，重點對智能系統 、培訓系統進行規劃，提出了采用交互式課件和實際操作相結合的有效培訓方式。

關鍵詞 智能配電網 動模實訓系統 主站—子站—終端的模式

中圖分類號：G47 文獻標識碼：A

0 引言

智能配電網是配電設備與計算機技術、電子技術、通信技術及網絡技術相結合的一個集成系統，完成對變電站、饋線、用戶組成的配電網的信息搜集、傳遞、存儲并經過處理作出決策和控制的自動化管理。目前，智能配電網建設工作為國家電網工作重點，各種配電網智能化設備也掛網試運行，智能配電網的試點工作也在各地區開展起來，為提高電力企業對從事智能配電網工作人員的專業素質需求，我院規劃建設智能配電網實訓室，該實訓室建成之后將用于培訓配電網運行管理人員及電力類專業學生的的安裝、調試、運維等各項基本技能，同時培養學員如何應用智能系統正確判斷和處理配電網故障的能力。

1 實訓室學習情境總體建設規劃

實訓室要能夠實現對真實運行的配電網建立動模，規劃建設分三部分：一次動模實訓系統、智能系統建設、培訓系統建設。借助培訓基地配置的一、二次設備及模擬負荷設備，計劃同步建設配電網動模實訓系統，通過實際等值系統，來模擬實際電力系統的各種運行工況及故障狀態，對在電力系統運行中保護和控制裝置的功能及性能進行考核。配電網智能系統采用由配電主站、通信網絡、智能化終端設備組成的主站—子站—終端的模式，配電主站系統安裝在培訓中心室，實現整個配電智能化系統的運行監視控制。

2 實訓室建設方案

2.1 一次動模實訓系統

采用4臺變壓器分別模擬2臺與架空線路連接的10KV室外配電變壓器，2臺與電纜線路連接的箱變。在實驗室內架設模擬配電線路，包含常用的架空線路、電纜線路以及與這相關桿塔、金具等設備。10KV配電線路包括一條10KV架空線路和一條電纜線路構成 “手拉手”環網。配電開關設備在本實訓室中主要用接觸器模擬或微型斷路器替代柱上開關及環網柜。

2.2 配電網智能系統

智能系統由主站、配電自動化終端和通訊網絡三部分構成，如圖1所示：

2.2.1 配電智能化主站層

主站系統是配電智能化的核心部分，主要實現對配電網的數據采集、監控、分析及實現系統間進行數據交換和處理，為配電網的調度指揮和生產管理提供技術支撐。本方案為培訓學習的模擬操作、圖形顯示、系統維護、設備管理、考核、報表打印等提供良好的人機界面。包括：

（1）服務器：主服務器、數據庫服務器、GIS WEB服務器以及前置機服務器，完成數據采集、處理、數據的網絡發布和共享以及將很多終端連接到主機系統。系統前置通道部分根據設計仿真培訓規模，配置16路數字通道。

（2）工作站：配網調度工作站、配電管理工作站、維護及報表工作站 、GIS工作站。

（3）軟件：主站系統軟件主要包括：①系統平臺軟件（操作系統平臺軟件、數據庫平臺軟件、配電智能化主站平臺軟件）；②應用功能軟件（通訊管理軟件、SCADA功能軟件、DA功能軟件、與其它系統的接口功能軟件、遠程維護軟件、自動抄表功能軟件、分布式能源接入管理軟件。

2.2.2 配網智能化通信網絡

（1）構建自愈型光纖通信網絡，用于傳輸配電終端采集的數據和配電主站遙控命令的下發，選擇EPON光纖環網通信方式實現終端與主站之間、終端與終端之間的通信，包括10KV環網，配電終端經配電智能化子站與主站服務器之間進行通信。除滿足配電終端主站的通訊功能的通訊接口預留外，光MODEM或EPON設備還要為視頻監控預留通訊通道。（2）構建CDMA或GPRS無線通信網絡，實現主站與智能電表之間的通信完成遠程集中自動抄表功能。選擇短距離無線射頻通信方式，完成單相表與主站之間的通信，實現集中抄表功能。（3）建立電力載波通信系統，實現主站與智能電表之間的通信完成遠程抄表功能。本方案采用電力載波通信實現主站與三相表之間的通信，實現集中抄表功能。

2.2.3 配電網終端

配電網智能化系統的最底層，完成各種現場信息的采集、監控并執行上級下發的控制命令的功能；并在通信中斷時執行本身賦予的網絡重構中的就地智能化功能。

本方案使用繼電器組加測量標準源的組合形式模擬實際一次配網負荷開關及斷路器。配電終端設備直接與一次開關模擬裝置組柜，簡化了設備復雜程度，機柜面板提供開關狀態、開關閉鎖、開關操作等的指示及操作按鈕，并可提供通訊終端的電源。

開關模擬裝置可模擬實際的一次負荷開關的遙控、遙信及開關閉鎖等動作，使用標準源加到模擬裝置的對應的繼電器觸點，模擬一次斷路器開斷/接通負荷電流或故障電流的能力。

（1）配電開關監控終端 FTU完成遙測、遙控、遙信，故障檢測功能，并與配電自動化主站通信，提供配電系統運行情況和各種參數即監測控制所需信息，包括開關狀態、電氣參數、故障時的參數，并執行配電主站下發的命令，對配電設備進行調節和控制，實現故障定位、故障隔離和非故障區域快速恢復供電功能。

（2）開閉所及用戶監控終端DTU與主站進行通信，完成對開關設備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能等數據的采集與計算，對開關進行分合閘操作，實現對饋線開關的故障識別、隔離和對非故障區間的恢復供電。

（3）配電變壓器監控終端TTU監測并記錄配電變壓器運行工況，根據低壓側三相電壓、電流采樣值，每隔一定時間計算一次電壓、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能等運行參數，記錄并保存一段時間和典型日上述數組的整點值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現時間，供電中斷時間及恢復時間，記錄數據保存在裝置的內存中，在裝置斷電時記錄內容不丟失。與主站通信定時讀取測量值及歷史記錄，及時發現變壓器過負荷及停電等運行問題，根據記錄數據，統計分析電壓合格率、供電可靠性以及負荷特性，并為負荷預測、配電網規劃及事故分析提供基礎數據。同時接受主站命令完成對變壓器的分接開關的控制。

（4）安裝于模擬架空線路上故障指示器 ，用于電力線路中指示故障區段和地點，能夠檢測短路和接地故障。

（5）安裝于負載箱采集器及單相及三相智能電表 ，完成對方案中配網的電能計量，采集器終端應該可根據主站命令，實時抄錄電能表數據，如電量（有功電量、無功電量及發生時間）等。定時抄表：終端可根據使用要求，輪詢各電能表當前電量、當前電壓、當前電流等變量。預約抄表（定時回傳）：終端可根據主站需求，在指定時間抄錄電能表數據，并主動上傳給主站。提供兩路控制繼電器信號輸出；可閉/合方式，亦可脈沖觸發方式控制高壓斷路器和低壓接觸器，用于預付費管理、配電自動化負荷調控。

2.2.4 其它輔助設備

包含模擬負載箱、安裝金具及材料，各種儀器儀表。其中模擬負載箱能夠模擬阻性負載、感性負載等負載，并且能夠支持產生持續大電流的能力，支持三相不平衡控制。

2.3 培訓系統方案

通過開放相應的培訓軟件實現配網調度培訓、配網智能化終端培訓、配網智能化通訊網絡培訓等。

2.3.1 配電網調度培訓內容

（1）培訓對配電網的監視：實時或置入的遙測量、遙信狀態量（開關、刀閘狀態，保護信號、變壓器檔位信號等）、計算處理量（功率總加，功率因數等）、電度量、時間、設備信息、統計信息、事項記錄、潮流變化等；微機保護動作信息，保護定值，保護故障信息，保護自診斷信息等。讓學員通過功能軟件完成對配網的基本數據的監視。

（2）培訓對配電網網絡拓撲分析以及動態著色的判斷分析。

（3）培訓在配網仿真監控界面的操作：包括置入、音響解除，信號復歸、查詢等。

（4）培訓智能部分的操作：對已經實現智能化的線路，具有遙控、升降功能，對滿足互聯閉鎖約束條件并允許遙控的開關、刀閘進行遙控，對主變分接頭進行升降操作。并生成操作過程的全部記錄（操作人員、操作時間、操作內容等），所有遙控閉鎖條件自動判定。

（5）培訓非智能部分的操作：對沒有實現自動化的線路，系統能夠識別，并禁止遙控操作，但允許置入和掛牌等操作。

（6）培訓故障處理：進行常見典型故障的判斷分析處理、能配合上級調度制定電網啟動方案。典型故障包括：線路故障、變電站母線故障、開閉所母線故障、環網柜母線故障、負荷故障。

（7）反事故演習：及時準確向調度匯報，并在統一指揮下協調地進行事故處理；及時并正確下達或執行調度命令；按正確的步驟進行事故處理；正確進行運行方式、保護裝置的變更和調整。（應急預案）

2.3.2 配網終端培訓

（1）采用交互式課件和實際操作相結合的培訓方式對FTU/TTU設備遙測、遙控、遙信接線及終端設備供電電源接線進行各類 接口的安裝、接線、調試培訓；（2）利用試驗儀表進行遙測精度測試、遙信信號的連動實驗、遙控實驗培訓；（3）FTU/TTU設備面板的各種開關、按鈕、顯示器、指示燈等的使用，主要參數（各種運行參數，故障門限參數整定等）設置，FTU/TTU維護軟件的使用，常見典型故障及排除等現場的維護技能的培訓。

2.3.3 配網通訊培訓

對光纖、雙絞線、GPRS等通信方式接口進行模擬和實際安裝、接線、調試等培訓。

（1）采用交互式課件和實際操作相結合的培訓方式使用光MMODEM組成雙環、雙鏈、單鏈等自愈光纖通訊網，光MODEM通訊終端與不同FTU/TTU設備的通訊連接，并能進行數據傳輸、故障定位及排除；

（2）培訓使用光纖交換機組雙環自愈光纖通訊網，練習光纖交換機通訊終端與不同FTU/TTU設備的網絡通訊連接，并能傳輸數據到主站前置通道；在不同組網方式下對故障定位及排除；

（3）培訓使用RS-485雙絞線通訊網，并能進行數據傳輸；練習FTU/TTU設備的RS-485通訊連接，并能傳輸數據到主站前置通道；在RS-485組網方式下對不同故障定位及排除；

（4）培訓使用TCP/IP雙絞線通訊網，并能進行數據傳輸；連接FTU/TTU設備的TCP/IP通訊，并能傳輸數據到主站前置通道；在TCP/IP組網方式下，故障定位及排除；

（5）培訓使用無線傳輸（CDMA/GPRS）雙絞線通訊網，并能進行數據傳輸；連接FTU/TTU設備的無線傳輸（CDMA/GPRS）通訊，并能傳輸數據到主站前置通道；在無線傳輸（CDMA/GPRS）組網方式下，故障定位及排除。

3 結束語

本方案規劃的建立動模部分包含電纜、環網，虛擬開關站及虛擬變電站，接線方式是目前主流的配網接線方式，并配備模擬負荷單元。考慮操作的安全性，一次系統的電壓等級不超過10KV。培訓系統所用通信方式包含現在電業局常用的幾種通信方式，采用當前福建地區各電業局所使用的通信規約，并考慮將來轉換及升級的可能性；智能終端是目前常用的幾種智能終端，考慮今后的擴展，考慮將來接入微電網，考慮軟硬件的升級改造。

參考文獻

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