城市配電網絡配電自動化的分步實施問題研究

【摘 要】實行配電自動化的首要目標是增強可靠性，提高效率，降低成本，對這些目標實現情況的評價要從全局效益出發，既要建立一個健全的配電管理系統，又要考慮配電系統運行部門的實際設備狀況，還要顧及用戶的經濟承受能力。但我國配電網實際情況決定了一步到位地實現配電自動化存在困難，所以應該冷靜地根據實際情況，因地制宜，在做好總體規劃的前提下，分步進行。較可行的配電自動化的實施步驟是：首先進行整體規劃，結合配電網的地理信息系統（GIS），通過安裝于饋線終端的智能配電終端的通信連接，實現包括故障定位、隔離和自動恢復供電等功能的饋線自動化（FA）；然后在饋線自動化、變電站自動化和配電網GIS系統的基礎上，增加信息管理和相關的高級應用軟件，逐步擴充，建立完善的配電自動化及其管理系統。

【關鍵詞】城市配電網；配電自動化；供電可靠性；負荷轉移；故障隔離；技術先進；經濟合理

0 引言

配電網電壓等級為110kV以下，隨著城市地區負荷密度的增長，220kV電壓等級已進入城市電網。除少數110kV及220kV高壓直供的大用戶外，通常所指的配電網為直接面向最終用戶的10/0.4kV中低壓電網，一般首先在10kV配電網實現配電自動化。中低壓配電網的故障往往會導致部分用戶停電，對配電自動化的要求就是盡快隔離故障和轉移負荷，以減少用戶的停電時間。

1 實現配電自動化的基本思路

網絡的電壓等級越高，對系統安全穩定的影響越大，但其涉及的系統元件數卻越少，一般來說，每向下相差一個電壓等級，實現自動化所涉及的系統元件數就增1～2個數量級。也就是說，在高壓網實現自動化，投資小影響面大；而在中低壓網實現自動化，則投資大影響面小。目前我國大部分中低壓電網設備陳舊，線路和設備過載現象嚴重，缺乏大規模實現中低壓配網自動化的條件和物質基礎，建設成本和資金成為影響配電自動化建設和改造決策的決定性問題。因此，必須根據建設資金、城市規劃、網架結構、配網設備等實際情況分析實現配電自動化的經濟性和可能性，形成配電自動化的中間過渡方案和最終解決方案。

1.1 采用配電自動化的基本前提

是否有必要實施配電自動化的先決條件，是用戶的需求和用戶的重要性。只有用戶對供電可靠性的要求及用戶的重要程度達到一定要求時，才有必要考慮通過實施配網自動化來進一步提高配電網絡的供電可靠性和供電質量。而對于具體的配網自動化工程，還應根據技術經濟論證的結果，考慮實施的必要性和可能性，否則可通過提供自備電源的方式來滿足部分用戶對供電可靠性和供電質量的要求。為了提高整體效益，實現配網自動化的基本要求，應從技術和經濟兩個方面考慮。

在技術上可實現配網自動化的前提條件是：①一次網絡規劃合理，接線方式簡單，具有足夠的負荷轉移能力；②變配電設備自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遙控和智能功能。

在經濟上值得進行配網自動化的前提為：實現配網自動化所獲得的經濟效益或社會影響，必須足以補償為實現配網自動化所投入的資金。

1.2 采用配電半自動化的設想

實現配電自動化應充分考慮本地區社會經濟的發展水平，根據配電網的實際情況及遠景規劃，在經濟能力能夠承受的范圍內運作，有目的地進行城網改造，分階段投資和分階段實施配電自動化，并使各配電自動化子系統最終有可能構成一個健全的配電自動化大系統。在分階段的過渡過過程中，可考慮通過實現配網半自動化方式來提高供電可靠性水平。因此，制定適用的配網自動化設計原則是非常必要的，既要保護配電網的以往投資及可持續發展，也要保證總體經濟效益。

1.3 預先開發離線配電網管理軟件系統的必要性

配網自動化的實現需要分階段進行，最終要提高配電網運行管理水平則依賴于完善的配電網管理系統。一般的配網管理系統軟件應具備的主體結構共有四個主要子系統：①規劃分析計算；②用戶信息管理；③實時配網管理；④地理信息系統。其中子系統③與配電自動化有著密切的關系；子系統①、②則是輔助和前瞻性的工作；子系統④為與第三方系統集成方式。目前我國管理中低壓用戶的基層供電公司迫切需要的是子系統①、②和③，這是提高基層供電部門現代化運行和管理水平的關鍵。

2 實現配電自動化的階段及步驟劃分

由于配電網自動化建設所涉及的內容廣泛，從配電變電站到最終用戶，管理對象繁雜，功能要求高。為了保證項目的實施切實可行，必須分項目分階段進行。這里有必要參考其它國家的實施經驗。以韓、日兩國為例：

日本東芝公司的配電自動化系統的實施分為三個階段：

第一階段：饋線配電自動化，由站內的重合閘繼電器和桿上 RTU 共同實現故障段自動隔離和定位；

第二階段：遙測遙控自動化，由RTU與站內CPU通過通訊，可以遙控和監視線路開關和線路參數；

第三階段：計算機輔助配電自動化，將計算機系統引入第二階段，可實現計算機對系統的控制、管理等自動操作。

韓國配電系統自動化分兩個階段開發：

第一階段：產品開發階段。由韓國電氣研究所組織，以LG公司為主的幾個主要廠家參與共同研制開發，監視開關等電力設備和線路故障自動恢復；

第二階段：實際驗證研究階段，漢城江東區實際運用試點完成→由韓國電力公司的電力研究院和韓國電力研究所共同組成由多個大型企業參與開發安裝并試運行成功→1995年8月全部設備安裝完成，到1997年7月試運行及功能進一步優化完成→以江東區25條配電線路作為運行試點→至1998年全部78條配電線路全部實現配電自動化。

我國近年來供電負荷快速增長，供電設備資產投入不足，配電網結構存在較多不合理因素，配電網發展不平衡，為了兼顧新舊設備同時運行，減緩電網改造的投資壓力，本文建議配電自動化的分步實施采用如下步驟：

（1）配電自動化用遠方控制終端的研制：研制適應配電自動化要求的配電終端。

（2）饋線自動化的實現：應用遠方控制終端實現單條饋線乃至配電變電站多條饋線的遙測、遙信、遙調、遙控、故障檢測和自動隔離、負荷的轉移。

（3）區域配電自動化的實現：實現基于二級主站的區域配電自動化功能。

（4）配電網GIS系統的實現：實現基于配電網GIS系統的網絡實時監視。

（5）配電系統上層應用分析程序的開發和實現：為配電網的拓撲、潮流、短路、整定、狀態估計、電壓無功優化、負荷預測、電能質量等提供分析計算工具。

（6）配電系統管理程序的開發和應用：包括設備管理、優化檢修、故障投訴等。

（7）配電自動化及管理系統的綜合實現。

根據配電網的特點和項目實施的要求，我們按照從底層硬件設計到上層系統功能分析的順序將配電網自動化建設劃分為大致以下四個階段：

（1）遠方控制終端的設計和實現；

（2）配電變電站內通訊方案的設計和實現；

（3）饋線自動化和配電網二級主站系統的規劃和實施；

（4）配電自動化上層軟件的設計和實現。

3 結束語

總之，要實現城市配電網實現自動化這一項綜合性的工程，應做好城市規劃及電源路徑的分布的統一規劃、建設較為完善的多路電源的配電網點、使用較為可靠的一次、二次設備、形成較好的供電設備和控制體系。

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[責任編輯：湯靜]