10kV配網自動化設計問題研究

陳世華

（福建宏瑞建設工程有限公司，福建 福州350003）

0 引言

近年來，配網自動化系統蓬勃興起，它是一種將配電網和自動控制技術、計算機技術以及通信技術等充分融合的新興系統。

配網自動化的意義在于：當配電網正常運行時，系統能通過各類終端（FTU、DTU、TTU等）傳送上來的實時數據，分析配電網的運行工況，并給出相應的優化方案，從而為配網經濟運行提供輔助決策；當配電網發生故障時，系統能快速診斷出故障區間并進行自動隔離，從而最大程度地減少停電范圍以提升供電可靠性。

因此，從全局層面來說，自動化是配網發展的遠端方向，是智能電網的重要組成部分，是必須予以盡快實施的。但是，配網自動化機理復雜，牽涉面廣，這就給其設計帶來了一定的困難，需要進行具體分析并給出解決思路。

1 配網自動化實施條件

配網自動化的強大功能是建立在一定的條件之上的，只有配電網具備了這種條件，配網自動化才能“如魚得水”。換言之，配網自動化的設計成功與否，與現有電網的狀態（如網絡拓撲、一次設備功效等）是息息相關的。

我們知道，配網自動化的一個顯著特征和主要內容是能實施對電網的監視和控制。所謂監視，就是掌控配網全景數據；所謂控制，就是能改變運行方式。顯然，要達到這樣的目的，必然要求：

（1）配網網架合理，每段線路的負荷比較均勻且滿足N－1準則（放射狀線路可以除外）。原因：故障發生時，需要進行網絡重構來隔離故障，這樣，原先的正常運行方式將被打破。此時，若相關線路的備用容量不足，必然無法接受轉移過來的新增負荷，結果造成線路過載，有可能擴大故障范圍。

（2）承載自動改變配網運行方式的一次設備應滿足“三遙”要求，即預留安裝配電終端所需要的空間以及擁有配電終端操控所需要的端子、接口、電機等。

（3）快速、準確的通信應保障到位，否則當海量數據來臨時，配網自動化系統必然陷于癱瘓的境地。

以上對影響配網自動化實施的主要條件進行了一個羅列，而這些條件，恰恰就是制約配網自動化設計的瓶頸問題，是需要在設計過程中加以重點關注的。

2 配網自動化設計深度探討

由上文內容可以看出：配網自動化的設計，并非是將已經開發出來的網絡重構軟件進行服務器安裝，將相關配電終端隨意找幾個地方進行布置這么簡單，它需要統籌兼顧（既考慮技術前瞻，又考慮實施難度），需要綜合平衡（既考慮效能，又考慮經濟性），因此，從某種意義上講，配網自動化的設計是一個全局性工作，其設計深度至關重要。

2.1 當前存在的一些設計誤區

縱觀全國各地的配網自動化系統，有運行一段時日的，也有剛剛起步的，但都或多或少都在以下幾個方面暴露出設計上的不足之處：

（1）片面追求相關設備的先進性，導致全系統新老設備的不兼容和不穩定。

（2）系統設計時考慮不周，造成通信通道容量受限，從而影響控制端與終端之間的互聯。

（3）系統功能結構單一，且對可擴展接口預留不足。

2.2 配網自動化設計應遵循的原則

針對以上設計誤區，制定如下設計原則：

（1）改變以往“二次跟隨一次”的做法，做到“二次引領一次”，即從全局和長遠角度，對轄區配電網進行重新規劃，包括合理設置分段開關、科學建設“手拉手”線路、適當增加開關站等。目的是使一次系統接線方式能靈活滿足各種正常或非正常運行態勢，從而為有效發揮配網自動化系統的“威力”奠定基礎。

（2）堅決克服“畢其功于一役”的錯誤理念，做好分步設計、分步實施的打算。配網自動化是一個超大系統，同時它的各項技術尚在不斷完善之中，想要一步到位建設完善是不切實際的。最主要的工作是摸清各方需求，制定總體框架和目標，然后分片、分層進行設計，并注意各階段之間的無縫銜接。

（3）由于配電網的復雜性，不能期待以某一種模式（如全網采用單一設備）來“一統天下”，而應追尋多種模式的組合。

2.3 配網自動化設計的主要內容

配網自動化設計的內容不厘清，勢必導致設計的效率和質量低下，進而影響配網自動化的穩步建設。經過研究，現總結出以下幾個設計要點：

（1）配網自動化系統的層次確定。一般而言，配網自動化系統有2種結構：一種是三層體系，包含主站系統、子站系統以及終端；另一種為兩層體系，即只含主站系統和終端。至于采用哪一種體系，需要根據配網規模來確定。

通常情況下，縣域及以下的配網自動化系統因數據量不大，采用兩層結構足矣。具體如圖1所示。

（2）配網自動化系統主站功能確定。主站系統是整個配網自動化系統的中樞，是關乎配網效益能否得到提升的核心。它應具備可靠性、安全性和可擴展性。雖然不同規模的配電網對主站模塊的配置要求不一樣，但以下幾個方面的功能應該是所有主站都必須具備的，是設計人員對軟件開發人員的最低要求。

圖1 配網自動化系統兩層結構

1）數據采集和數據處理。

2）統計計算，如有功、無功、遙控次數等。

3）遙控和遙調，且具有防誤閉鎖功能。

4）圖形顯示、事件告警、事件順序記錄、事故追憶、報表打印、配電終端在線管理和配電通信網絡狀況監視等。

5）網絡重構。即當故障發生時，能結合各類上傳信息，計算故障區域，并給出操作預案（這個可以看作配網自動化第一階段應實現的目標），或者直接控制終端設備發生開、合變位（這個可以看作配網自動化最終應達到的目的）。

（3）信息量計算。設計人員只有在充分掌控信息量點數的前提下，才能進行正確的通信設計，并合理配置交換機、光網絡單元等通信設備，以做到既不導致信道阻塞，又不使設備過于冗余。

（4）配電終端選型。要點是在保證各項必備功能（如“三遙”、定值遠方修改、故障檢測等）的前提下，該終端能支持多種通信方式，且工作電源易于解決，并具有良好的抗雷擊、抗振動以及抗電磁干擾的能力。

（5）一次設備選型。用于配網自動化的一次設備不僅要滿足普通電氣設備所應達到的技術指標，還應具備某種程度的“自動化潛能”。

（6）通信系統設計。配網自動化的關鍵在于解決信息傳輸問題，目前，可用的通信方式有光纖通信、載波通信和無線通信等。各種通信方式各有其優缺點，也各有其適用市場，設計中就是要找到通信方式的合理組合，以期用最經濟、最實用的方式消除信息孤島。

關于（5）（6），筆者認為它們是整個配網自動化設計的核心，因此在下文予以單獨闡述。

3 一次設備選型問題

在配網自動化中，一次設備承擔著各種計算策略最終“自動實現”的職能，因此其重要性是不言而喻的。

從總體上講，我們的配電網可分為城市型和農村型2類。所謂城市型，即線路以電纜為主，且環網程度較高；所謂農村型，即線路以架空線路為主，且“手拉手”程度較低。

這樣，我們進行配網自動化設計時，針對不同類型的線路，應選用具有不同“自動化潛能”的一次設備。

3.1 城市配網

在這類配網中，連接電纜的設備無疑就是各種環網柜。為了讓環網柜具有被遙控的能力，其操作機構必須為電動機構，相應地應配置有低壓箱（包括二次元件燈、按鈕、中間繼電器、空氣開關等）、分合閘線圈、輔助接點等。

3.2 農村電網

農村電網分2種情況：

（1）一種是偏遠地區的單電源輻射式線路。對于這種線路，考慮到其故障的80%都為瞬時性故障，因此可采用重合器作為主要的一次設備。理由是重合器能夠對瞬時故障進行及時切除，并且也能夠及時恢復供電，且不依賴于通信系統，這對于偏遠地區來說，既提高了供電可靠性，還不至于帶來大量投資（指通信建設費）。

（2）另一種情況是擁有“手拉手”能力的線路。對于這些線路，考慮到其供電半徑多在5km以下，一般將主干線路進行三開關四分段布置（每個分段開關均采用真空斷路器，可被遙控），對分支線路配置重合器，從而形成遠方集中控制和分布式就地控制2種控制方式相結合的合理格局。

4 配網自動化通信設計問題

配網自動化對通信的要求如下：

（1）穩定可靠，具有自愈功能。

（2）組網靈活，可擴展性強。

（3）具有雙向通信能力。

（4）安全性和實時性好。

就目前的通信方式看，最符合上述要求的當屬光纖通信。它不但通信容量大，而且抗干擾和抗雷擊能力強。因此，作為骨干通信網，采用光纖方式是毫無疑問的。具體來說，就是采用以太無源光網絡（EPON）技術。EPON技術是一種點到多點的單纖雙向光接入網絡，它由變電站側的OLT（光線路終端）、配電終端側的ONU（光網絡單元）以及ODN（光分配網絡）組成。終端設備通過ONU的以太網口實現與主站通信，傳遞電網實時信息。

另外，我們也注意到：農村配網中，極個別地區進行光纜敷設是困難的或得不償失的，對于這種情況，就要視通信距離的長短分別采用載波通信方式或通用分組無線電業務方式。

5 結語

10kV配網是整個電力網絡中“承上啟下”的一環，實現這個層面的自動化意義重大。進行配網自動化設計是一項浩大的工程，需要充分考慮配網結構、一次設備改造、通信系統架設等復雜問題，需要在實踐中不斷研究和改進。

［1］李志永.10kV配網自動化系統的研究與設計［J］.科技風，2012（23）

［2］葛永亮，繆剛，李慶彪.配網自動化通信系統設計中EPON技術的應用［J］.電氣技術，2013（7）

［3］袁海星.配電網自動化系統的通信網絡相關問題探討［J］.北京電力高等專科學校學報：自然科學版，2010（11）