配電自動化工程建設關鍵技術與實用化探討

羅 興，馬洲俊，李慶寧

(國網江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019)

配電自動化工程建設關鍵技術與實用化探討

羅 興，馬洲俊，李慶寧

(國網江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019)

作為建設智能電網的重要環節，配電自動化承擔智能電網配電環節建設的重要角色。介紹了配電自動化工程建設關鍵技術，分析了配電自動化系統運維管理流程，探討了配電自動化的實用化，以促進管理模式的優化轉變，提高配網生產管理的質量和效率。

智能配電網；配電自動化；信息化；精細化

0 引言

智能電網涵蓋電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，而配電環節建設是建設堅強智能電網的重要組成部分。為了滿足國民經濟對優質高效供電的要求，南京供電公司按照國家電網公司“統一規劃、統一建設、統一標準”的原則，以網架完善、配網自動化建設、應用系統集成、分布式電源接入為目標，按照“一強”和“三化”(堅強電網及信息化、自動化、互動化)的要求，積極推進配電自動化試點工程建設。

以下介紹南京配電自動化工程建設過程中的主站建設、信息交互總線建設、配電終端和子站建設以及通信網絡建設等關鍵性技術，并闡述南京供電公司在推進配電自動化、實用化過程中的亮點和特色，以期為配電自動化的全面推廣建設和長期有效運維提供可借鑒的經驗。

1 配電自動化工程建設關鍵技術

南京配電自動化工程以集成型系統為最終建成模式，對試點區域和建設區域的原配電網網架結構不做大幅度修改。通過對相關配電設備進行適當改造，完成相關配電線路的光纖通信全鋪開，實現全部配電SCADA(數據采集與監控系統)功能，實現所有改造的環網柜、開閉所及柱上開關全“三遙”(遙測、遙信和遙控功能)，以期所有改造配電線路饋線自動化全覆蓋。

1.1 主站建設

南京配電自動化工程采用國電南瑞科技股份有限公司研發的OPEN-3200型主站系統，能夠全面實現配電網運行監控、配電SCADA、配電網建模、停電管理、饋線自動化、故障研判、分布式能源接入、電網全景式潮流圖自動布局等應用功能，適應智能配電網應用需求。

1.2 信息交互總線建設

南京配電自動化工程建設了1套基于IEC 61968/61970標準的集成配電信息交互總線，可實現調度主流系統之間的信息互聯和信息共享，全面提升了配電網調控運行和管理水平，具體交互方式如圖1所示。

1.3 配電終端及子站建設

南京配電自動化工程對試點區域內64條10 kV線路進行自動化建設與改造，共在25座開閉所、106座環網柜、88臺柱上開關處加裝共計238套配電終端。該工程一次設備以改造為主，無法改造的少數老舊設備全部更換。在配電子站方面，按配電自動化系統總體結構設計，采用3層結構，配電自動化系統子站選擇通信匯集型子站模式，配置各種通信接口及協議轉換功能軟件。

1.4 通信網絡建設

圖1 基于信息交互總線的各相關系統交互方式

該工程新建通信一體化管理平臺，采用基于SDH(同步數字體系)以太網共享環方式構建配電自動化專用數據網，對配電通信系統中EPON(以太無光源光網絡)、數據網中采集到的配置、故障、告警等實時數據進行集中處理、展示與管理。主站至變電站的配電通信網絡采用光纖傳輸網方式，對變電站原有SDH設備進程進行擴容，并增加路由器設備。變電站至通信終端的通信網絡采用EPON技術，拓撲結構為“手拉手”型。

1.5 安全防護建設

配電自動化安全防護建設必須遵循國家和國家電網公司制定的相關規定，比如國家電網168文(2011)《中低壓配電網自動化系統安全防護補充規定》規定，應按照“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的要求，配套縱深安全防護機制。

1.5.1 安全防護

在網絡安全Ⅰ，Ⅱ區(生產控制大區)和安全Ⅲ，Ⅳ區(信息管理大區)之間加入正、反向的物理隔離設備，實現多個平臺之間的信息及數據共享。

1.5.2 基于非對稱加密的數字證書單向身份

主站和子站都強制性采用硬加密的方式，采取指令簽名等訪問控制措施，分別實現子站對主站及終端對子站的身份鑒別與報文完整性保護。南京配網自動化系統支持基于非對稱密鑰技術的單向認證功能，終端設備配置安全加密模塊，與子站配合，對帶有基于調度證書的數字簽名的控制命令采取安全鑒定和數據完整性驗證。

2 配電自動化系統運維管理

南京配電自動化系統自運行以來，已成為公司配電網生產活動的最重要的工作平臺，擔負著配電網調度管理、運行管理等重要工作任務，在配電網日常管理中發揮著重要作用。

配電自動化主站系統運維職責由自動化運維班承擔。自動化運維班負責做好配電自動化主站系統硬件、軟件的運維工作，完成配網圖形、數據的維護，確保系統可靠、穩定運行，保障配網調控業務的正常開展。

配電自動化通信系統和子站運維職責由信通公司承擔。通信系統維護1班負責配電自動化通信系統變電站設備和子站設備的日常巡視檢查、檢修、故障消缺等工作；通信系統維護2班負責配電自動化通信系統的主站設備與網管日常巡視檢查、檢修、故障消缺等工作；通信系統維護3班負責配電自動化通信系統通信線路(包括光纜線路與光纜交接箱)的日常巡視檢查、檢修、故障消缺等工作。

3 配電自動化系統的實踐

3.1 統一配調技術支持系統

在“大運行”體系建設基礎上，南京供電公司將配電自動化試點區域內設備的監控業務納入配網調控業務范圍，解決異構系統信息交互難題，實現與EMS(網元管理)系統圖模及實時數據的同步更新，在國內率先將配調技術支持系統統一。該系統全面覆蓋變電站站內直至中壓配變的所有配調管轄設備，實現站內圖、聯絡圖、單線圖的多維多屏全方位電網運行狀態信息展示，并基于可靠、完善的圖模信息實現不同維度監視圖形的實時切換，快速、準確、靈活地展示所有調控設備的邏輯關系及試點區域內設備的實時運行情況，成為配網調控人員開展日常業務的重要工具，顯著增強對超大規模配電網的駕馭能力，全面提升了調控運行管理水平。

3.2 突破營、配、調信息壁壘

通過加強信息交互總線建設，運用多平臺之間的信息交互，消除了營銷系統與生產系統之間的信息壁壘。營銷系統新上或變更用戶信息，將通過系統流程一一送至PMS(工程生產管理)系統，再由PMS系統流程提交至調度審核，確保用戶設備投退的閉環管理；PMS系統中配網的變化經調度審核后，系統自動同步至營銷系統，確保營銷系統中用戶及臺區掛接關系的實時、準確。

南京供電公司基于國網GIS(地理系統)、PMS及營銷相關系統，以電網信息源端唯一、資源共享的原則，通過對各類電網信息的梳理，實現營、配、調信息的有機集成，為配電網業務奠定堅實的基礎。

3.3 常態開展全網設備異動更新

針對配電網建設和改造頻繁的情況，基于信息交互總線建立配網設備圖模的流程化管理機制(又稱紅黑圖機制)。紅黑圖機制反映配電網模型的動態變化過程和追憶，解決現實模型(黑圖)和未來模型(紅圖)的實時切換和更新，實現配電自動化系統與GIS/PMS系統間的流程化業務管理，提升配電網圖管理水平。針對配電網變動多、聯絡圖維護工作量大的問題，南京供電公司通過開展自動布局布線技術研究，基于可靠配電網模型，通過各變電站的GIS坐標，實現區域聯絡圖和環網圖的自動生成。根據測試結果，通過自動布局布線應用，原近2 h維護的潮流圖工作可縮減至20 s，有效加強了聯絡圖圖模的準確性和調控人員應用界面的直觀性，提升了系統聯絡圖及環網圖的運維效率。

3.4 強化系統功能應用

由于南京配電自動化系統信息集成面廣，與其他業務系統信息交互頻繁，系統建模完全按照外部導入后的拼接方式進行，且系統規模大。設備運維人員通過日常運維工作與系統應用，發現主配網模型拼接、系統運行資源配置、終端告警方式等方面存在問題，經過多次與廠家開發人員共同分析論證，制定解決問題的技術方案，進行多項技術升級。主網模型拓撲變更后，配電網網絡拓撲自動同步，為配網運行方式調整和饋線自動化運行提供正確的決策依據；根據實際運行情況不斷優化運行資源參數配置，確保系統高效穩定運行；根據調度監控規程，對終端告警程序進行功能升級。

3.5 實現消缺工作全過程閉環管理

南京供電公司結合配網運行管理需求及配電自動化應用功能特點，根據“配電自動化設備消缺流程”，依托信息化管理工具，實現對主站、子站、通信及終端缺陷的全過程閉環管理和考核，并在日常工作中積極開展配電自動化終端的遙控工作，密切監視系統遙控使用率、遙信動作正確率等實用化關鍵指標，全面提升配電自動化系統的實用化水平。

3.6 規范配網工程建設與設計要求

隨著南京城市配電網建設的不斷推進，城區配電設備也在不斷改造和新增，如果配網建設還按照舊的模式開展，這些設備將成為城市配電網的信息孤島，勢必造成未來二次改造。今后，配網建設模式將結合配電自動化和通信系統同步設計同步施工。目前，南京供電公司已對新上配網項目作出新規范，要求所有新上配電設備必須具備配電自動化功能，也對相關設備的設計和技術作出了規范。同時，該公司正在開展試點工程，即居配工程及大型變電站出線工程相關一次設計和配電自動化通信系統同步設計同步施工，為今后配網工程設計、建設模式以及相關管理模式的轉變做好鋪墊。

4 配電自動化系統的效益與問題

通過南京配電自動化工程建設，提高了試點范圍內的配網供電可靠性，同時也減少了線損，降低了勞動強度，提高了工作效率，提升了服務質量。

(1) 通過配電自動化建設，能夠顯著提高供電可靠性和電能質量，同時也減少了線損。通過對計劃停電的科學合理安排，能夠避免重復停電；通過實施饋線自動化，可以對遠方開關進行遙控操縱，實現快速隔離故障以及非故障段的恢復供電，將故障隔離在最小范圍內，縮短停電時間；通過配電網網絡結構優化、合理控制負荷、調整運行方式，可以有效降低配電網線損。南京配電自動化試點工程建設完成之后，試點范圍內供電可靠率由99.98 %提高到99.99 %。

(2) 通過配電自動化建設，減少停電，提高供電可靠性，進一步提升供電服務質量，提高政府和老百姓對電力行業的滿意率，是提高公司的優質服務水平、提升社會效益的最主要手段，也是南京地區經濟建設快速發展的最重要保障。通過配電自動化試點工程建設，試點范圍內的客戶滿意率由95.28 %提高到99.50 %。

(3) 建設基于“調控一體化”的配電自動化系統，顯著提升了配網管控能力，提高了配電網集約化、精益化管理水平。調度員能夠更方便快捷地處理電網事故、調整電網運行方式，縮短了事故處理時間；同時也大大減輕了人員的工作強度，提高了工作效率。

經過南京配電自動化工程的建設，南京配電自動化已取得了一定的成果，配電自動化技術的推廣及各項高級功能的應用已初步實現。在實踐的過程中，也暴露了目前國內配電自動化建設存在的普遍性問題，除了當前進行的配電自動化改造試點線路外，南京城區還有部分配電線路設備仍處于“盲調”狀態，對配電自動化系統的高級應用支撐力度不夠。在配電自動化系統試運行過程中，大部分的終端缺陷和故障是由自動化二次設備及其附屬設備引起的。配網一次設備現場運行環境較差，不能和廠站自動化設備運行環境相比；配電自動化終端二次部分應用類似廠站內的二次系統方式，采用大量的二次接線和端子排，且產品質量無法達到抵御惡劣環境和外部影響的要求，容易引起終端缺陷。此外，配電運檢工區現有人員技術力量薄弱，人員結構老化。隨著今后配電自動化終端的不斷接入，技術人員力量與設備數量的匹配將產生矛盾。

5 結語

根據配電網“十三五”規劃和各地配電網實際情況，全國電網都將積極規劃并開展配電自動化的大規模建設。按照“總體規劃、分批實施”的建設原則，南京將逐步建成覆蓋城市江南8區功能完善的配電自動化系統，實現所有配電線路及設備的數據采集和監控，逐步建成以“信息化、自動化、互動化”為特征的智能配電網。

試點建設工程的關鍵技術的研究，為后續大規模配電自動化建設及運維過程中完善主站系統功能，終端數據大規模的接入后的網絡重構，配電網在線風險評估與管理等應用功能提供了經驗。此外，在深入優化配電網運行管理、檢修管理等各個生產環節的基礎上，還進一步探討了配電自動化的實用化，以促進管理模式的優化轉變，全面發揮配電自動化系統的技術支撐作用，提高配網生產管理的質量和效率。

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6 IEC 61970:Energy Managemeent System Application Program Interface(EMS-API):Part 301 Common Information Model(CIM)Base[S]．2004．

7 IEC 61968:Application Integration at Electric Utilities, System Interfaces for Distribution Management:Part 1 Interface Architecture and General Requrrements[S]．2003．

2016-08-12。

羅 興(1983-)，男，工程師，主要從事電網調控運行與管理工作，email:lxxl_1983@126.com。

馬洲俊(1986-)，男，工程師，主要從事電網調控運行與電網規劃工作。

李慶寧(1964-)，男，工程師，主要從事配電網計劃方式管理工作。