宿遷地區(qū)配電自動化技術(shù)實施與進展

徐靜　邱冬　張軼群

摘 要：本文介紹了宿遷地區(qū)配電自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)模式選擇與組建、配電自動化終端的配置策略。在工程建設(shè)實施過程中，提出了依托35kV及以上電壓等級桿線為主干進出變電所的光纜架設(shè)方案、選用不同顏色標識的PT電纜和采用螺旋式航空插件連接PT等技術(shù)措施，保證了配電自動化建設(shè)的可推廣性和實用性。最后在終端安全運行管理和配電自動化終端的配套PT能否用太陽能電池板替代方面做了探討。

關(guān)鍵詞：配電自動化；主站；通信網(wǎng)；終端；智能繼電器；太陽能電池板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.170

0 引言

國家電網(wǎng)公司提出以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準和統(tǒng)一建設(shè)的原則，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)信息化、自動化和互動化，具有自主創(chuàng)新和國際領(lǐng)先的堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展目標。

配電自動化是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要組成之一，其利用現(xiàn)代現(xiàn)代電子設(shè)備、通信及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了基于IEC61968/61970綜合數(shù)據(jù)平臺[1-2]。將配網(wǎng)一次設(shè)備的三遙數(shù)據(jù)、地理信息和配電網(wǎng)模型信息集成到一個平臺上，對配電系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的監(jiān)測保護與控制。同時充分利用信息交互總線實現(xiàn)了調(diào)度自動化系統(tǒng)和營銷系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)間的信息交互，實現(xiàn)配電網(wǎng)的科學管理，提高供電可靠性、經(jīng)濟效益和管理水平。

配電自動化已在國內(nèi)外開展多年，其技術(shù)日趨成熟。2011年國家電網(wǎng)公司發(fā)布了一系列配電自動化技術(shù)規(guī)范，進一步促進了配電自動化的建設(shè)和運行[3-8]。2013年10月江蘇省電力公司立項批準在宿遷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和洋河新城區(qū)域開展配電自動化一期工程。配電自動化一期工程規(guī)模為近20座110kV變電所，近100條10kV配電線路。安裝了200多臺柱上智能開關(guān)、10多臺智能環(huán)網(wǎng)柜和幾十組二遙故障指示器，改造了近30座配電室和10多座開關(guān)站，總計近300臺配電自動化終端。

預(yù)計本期工程完工后，初步實現(xiàn)“營配調(diào)一體化”管理的要求。建成以集成型為主的配電自動化系統(tǒng)，解決一期工程區(qū)域的盲調(diào)問題、提高配電網(wǎng)故障的處理效率及減輕運維人員的工作壓力。提升對用戶的服務(wù)質(zhì)量。

1 配電自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案

得益于現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展和強大的主站功能，已無需配電子站，配電終端可以通過IP直接與主站連接通信。因此配電自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用配電主站層和配電終端層的2層體系結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括配電主站、通信通道和配電終端組成，F(xiàn)TU表示柱上開關(guān)的數(shù)據(jù)終端，DTU表示環(huán)網(wǎng)柜、配電室或開關(guān)站的數(shù)據(jù)終端，以及二遙故障指示器監(jiān)測終端。

宿遷配電自動化主站具備完整的SCADA功能、集中式DA功能及與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)功能。SCADA功能實時采集、監(jiān)測配電線路和設(shè)備的數(shù)據(jù)，當線路發(fā)生故障時，主站啟動集中式全自動DA策略以快速切除故障區(qū)段和恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。避免了線路故障時導(dǎo)致整條線路停電的情況，不但縮小了故障查找的范圍，而且提高了故障的搶修效率。另外，宿遷供電公司主站充分利用自身系統(tǒng)資源，通過基于IEC61968標準的信息交互總線，實現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)PMS、地理信息系統(tǒng)GIS、調(diào)度自動化系統(tǒng)EMS以及SCADA等相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)間的信息交互，外延業(yè)務(wù)流程，完善配電信息，從而擴展并豐富配電自動化系統(tǒng)的使用功能[9]。配電自動化主站構(gòu)成如圖2所示。

2 宿遷配電自動化系統(tǒng)通信方案

由于配電終端數(shù)量眾多，地點分散且分布區(qū)域較廣，甚至部分終端運行環(huán)境比較惡劣。但為了保證配電自動化系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，必須實時采集配電終端的數(shù)據(jù)，才能準確定位故障區(qū)域和隔離故障區(qū)域、成功遙控終端及轉(zhuǎn)移負荷。目前在已運行的10kV架空和電纜的混合線路沒有同線敷設(shè)光纜或預(yù)留管道，因此無法在已建成的配電線路區(qū)域采用全光纖通信網(wǎng)。

分析目前的各類通信技術(shù)的優(yōu)缺點、結(jié)合終端類型對通信的要求及具體地理環(huán)境等因素，一期工程采用了以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）和GPRS無線公網(wǎng)組合的通信方式。綜合利用上述兩種通信方式的特點，實現(xiàn)主站系統(tǒng)接入層網(wǎng)絡(luò)的通信全覆蓋。

3 配電終端設(shè)備改造

考慮到現(xiàn)場一次設(shè)備的運行年限、機構(gòu)配置等情況，公司配電自動化一期工程區(qū)域的一次設(shè)備改造遵循以下基本原則。環(huán)網(wǎng)柜和柱上開關(guān)采用更換的方式進行改造，配電室和開閉所采用改造的方式進行改造。共更換200多臺柱開，選用帶有自動化接口的真空斷路器、裝設(shè)兩組單相PT、加裝FTU和通信通道。更換10多臺環(huán)網(wǎng)柜，選用預(yù)留自動化接口、加裝DTU、裝設(shè)ONU和光配等通信設(shè)備。改造近30座配電室和10多座開關(guān)站，加裝三相CT、DTU、ONU和光纖配通信設(shè)備。依此方案改造后，才能實現(xiàn)配電終端數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控和集中式DA等功能。

在終端功能配置方面，一是對選用光纖通信的開發(fā)區(qū)變所轄線路上的柱開、部分環(huán)網(wǎng)柜和全部開關(guān)站，采用100%的遙測、遙信和遙控的全覆蓋。二是對選用GPRS通信的其余柱開和全部配電室，采用100%的遙測和遙信全覆蓋。在改造過程中，對沒有備用觸點的開關(guān)設(shè)備二次倉內(nèi)增設(shè)4常開 和4常閉備用觸點，對沒有測量或保護CT的開關(guān)柜間隔電纜頭處加裝三相開啟穿入式電流互感器。

4 建設(shè)和運維過程中的技術(shù)亮點和經(jīng)驗

4.1 光纜架設(shè)問題

配電自動化一期工程的光纜方案問題主要存在以下兩方面：

一是設(shè)計院的初期光纜架設(shè)方案設(shè)計不合理，其以配網(wǎng)線路為單位來部署光纜，造成同桿四回線路要架設(shè)4根光纜，不僅浪費，而且實施難度極大。已將其優(yōu)化為只架設(shè)2根光纜，充分利用了光纜的24纖芯；

二是光纜入地處地段較多且敷設(shè)難度大。因本期工程大部分位于城區(qū)，不但架空和電纜的混合線路較多，而且已建成投運的電纜段處沒有預(yù)留管道，造成需要政處的地段較多、成本較高和光纜通道建設(shè)周期長。為利于光纜后期施工，在對開發(fā)區(qū)范圍內(nèi)的所有路徑重新進行了勘察，對原有設(shè)計方案進行了優(yōu)化調(diào)整。將原來全部由10kV桿線架設(shè)的光纜調(diào)整為依托35kV及以上電壓等級桿線為主干進出變電所，至10kV線路比鄰處跨接部署。不僅解決了架設(shè)通道、纜芯配置和熔接方案、降低了光纜架設(shè)施工成本、縮短施工工期和提高光纜走廊的靈活性等問題，更是將原有的近四十處政處點縮減到幾處。此方案不但優(yōu)化了光纜架設(shè)路徑，而且光纖主干通道固定、變化小。

4.2 PT電纜標識和PT處連接方式問題

由于從柱上開關(guān)和兩只PT引出到下方FTU中的三根二次電纜穿入在一根保護管中，而且電纜外觀都為黑色，因此運維人員在地面處分辨不出二次電纜相連接的一次設(shè)備。尤其當回路信號異常或設(shè)備故障時，無法準確判斷故障的回路和相應(yīng)的一次設(shè)備。為了便于日后檢修，要求在控制電纜及二次PT電纜線的顏色全部按照藍紅兩色在線纜的兩端做同一標識。

另外，一期工程中二次電纜與PT連接處采用經(jīng)接線端子連接，存在接錯和造成PT短路的情況，提出PT與二次線纜采用螺旋式航空插件的形式進行連接，提高了PT的運行安全性。

5 配電自動化未來提升探討

5.1 終端運行安全性提升

由于配電終端數(shù)量眾多、地點分散且分布區(qū)域較廣，同時為了方便人工操作和維護，F(xiàn)TU的高度一般距地面2.5米至3米。因此存在外部暴力打開FTU箱門，從而直接控制操作面板的按鈕對設(shè)備進行就地操作，影響配電網(wǎng)的安全運行。

在后期的配電自動化設(shè)備設(shè)計中，提出在就地操作的二次回路中只增加一個智能繼電器。其內(nèi)置智能芯片和控制核心，不但能從技術(shù)上控制就地操作回路的開斷，也可以記錄操作人的私秘鑰、數(shù)字簽名證書、開啟就地操作的時間等信息。同時運行人員配備便攜式智能鎖芯硬件，以存儲秘鑰等認證信息，與智能繼電器通過USB接口或者無線傳輸認證秘鑰，以獲得操作權(quán)限。保證配電自動化終端和配電網(wǎng)安全運行。

5.2 配電自動化終端配套PT的替代性分析

為了給FTU供電和采集線路的電壓，每臺配電自動化終端需停電后安裝兩支單相PT。目前，調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)采集了電源側(cè)電壓，營銷用采系統(tǒng)也采集了配變側(cè)用戶電壓，從饋線自動化應(yīng)用的角度看，如果無必要采集配電線路中間環(huán)節(jié)的電壓，從而解決了電壓再次采集的問題。利用太陽能電池板和蓄電池容量的合理組合不間斷的給終端供電。從而對配電自動化終端進行不停電改造和更換，不僅提高了建設(shè)效率和降低建設(shè)成本，而且提高了供電可靠性和運維效率。

6 結(jié)束語

本文介紹了宿遷地區(qū)配電自動化系統(tǒng)一期工程的主站系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、通信網(wǎng)模式選擇與組建及配電自動化終端的改造方案。建成后優(yōu)先實現(xiàn)了DSCADA功能和集中式DA等功能，能夠快速進行故障區(qū)段判斷、隔離和非故障區(qū)段的恢復(fù)送電。不但提高了宿遷配電網(wǎng)的供電可靠性和運維人員的工作效率，也降低了企業(yè)成本和減輕了運維人員的工作量。

解決了實施過程中存在的問題，采用依托35kV及以上電壓等級桿線為主干進出變電所的光纜架設(shè)方案、選用不同顏色標識的PT電纜和采用螺旋式航空插件連接PT等技術(shù)措施，從而加快了工程的建設(shè)進度、方便日后檢修及保證了配電自動化建設(shè)的可推廣性。探討了終端就地操作回路開斷的智能管理和配電自動化終端的配套PT使用太陽能電池板替代的可行性，提高了終端運行安全性和降低了建設(shè)成本。

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作者簡介：徐靜，男，碩士研究生，工程師，主要從事配電運檢、配電自動化運維管理工作。