配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)研究

作者在全球能源互聯(lián)網(wǎng)和配電網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，分析了配電自動(dòng)化現(xiàn)狀及規(guī)劃發(fā)展趨勢，深入研究了配電自動(dòng)化主站、終端、信息通信及其他配套系統(tǒng)的建設(shè)方案，提出了適應(yīng)地區(qū)發(fā)展需要的配電自動(dòng)化建設(shè)思路，為從事配電網(wǎng)及配電自動(dòng)化規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營等工作的人員提供了參考。

【關(guān)鍵詞】配電自動(dòng)化 配電網(wǎng) 電力系統(tǒng)通信 調(diào)控系統(tǒng)

1 引言

國家能源局2015年發(fā)布了《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃（2015-2020年）》（以下簡稱《行動(dòng)計(jì)劃》），至2020年配電網(wǎng)規(guī)模將呈快速增長態(tài)勢，配電網(wǎng)運(yùn)行管理工作量大幅增加，對(duì)配電網(wǎng)的調(diào)度、監(jiān)控、搶修的要求更高，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)需求非常迫切，各地均在建設(shè)滿足新要求的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理角度，分析了配電自動(dòng)化建設(shè)模式，提出了系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施方案，確保建設(shè)投資的有效性，避免重復(fù)建設(shè)、過度投資等問題，系統(tǒng)可用性、實(shí)用性較強(qiáng)，減少故障定位的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速故障隔離，基于全網(wǎng)的科學(xué)調(diào)度，最大效率的運(yùn)行管理配電網(wǎng)，減少用戶停電時(shí)間，提高供電可靠性，提升配電網(wǎng)的監(jiān)控和運(yùn)維水平。

2 配電自動(dòng)化現(xiàn)狀及發(fā)展方向

2.1 配電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃

在《行動(dòng)計(jì)劃》中，明確了配電網(wǎng)是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，提出了目前我國配用電水平相對(duì)國際先進(jìn)水平仍有一定差距，區(qū)域發(fā)展不平衡，供電質(zhì)量仍有待改善。需建設(shè)滿足規(guī)劃、區(qū)域統(tǒng)籌、安全可靠、高效實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、智能化配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和服務(wù)體系。提出了推進(jìn)配電自動(dòng)化和智能用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可觀可控；滿足新能源、分布式電源及電動(dòng)汽車等多元化負(fù)荷發(fā)展需求，推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合等新要求。

2.2 配電自動(dòng)化現(xiàn)狀

配電自動(dòng)化相較于主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化建設(shè)相對(duì)滯后、智能應(yīng)用較少、調(diào)控能力有限、建設(shè)水平較低。截至目前，220kV及以上主網(wǎng)自動(dòng)化已基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，而配電自動(dòng)化覆蓋率較低。配電自動(dòng)化發(fā)展水平也存在較大的區(qū)域差異，其中北京、上海、廈門、杭州等城市配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)智能化、自動(dòng)化、信息化應(yīng)用水平較高，而欠發(fā)達(dá)或經(jīng)濟(jì)落后的地市電網(wǎng)配電自動(dòng)化較為落后，存在“盲調(diào)”問題，亟待建設(shè)滿足現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行要求的智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的可視可控，滿足現(xiàn)代電網(wǎng)管理、運(yùn)行的要求。

2.3 配電自動(dòng)化建設(shè)研究的意義

按照《行動(dòng)計(jì)劃》建設(shè)任務(wù)，配電網(wǎng)的覆蓋范圍、供電可靠性、智能化程度都將得到大幅提高，2015-2020年這六年的建設(shè)規(guī)模是2014年及之前幾十年已建配電網(wǎng)規(guī)模的40%左右。隨著配電網(wǎng)一次網(wǎng)架規(guī)模的高速發(fā)展，必然對(duì)配電自動(dòng)化、保護(hù)、通信等智能支撐系統(tǒng)的建設(shè)提出更高要求。《行動(dòng)計(jì)劃》中的相關(guān)建設(shè)目標(biāo)要求見表1。

由表1可以看出，至2020年，配電自動(dòng)化覆蓋率及相關(guān)的配電通信網(wǎng)覆蓋率、智能電表覆蓋率等指標(biāo)都要達(dá)到90%以上，其中配電自動(dòng)化覆蓋率較2014年增長450%，配電通信網(wǎng)覆蓋率較2014年增長237.5%，智能電表覆蓋率較2014年增長150%，配電自動(dòng)化覆蓋率從2014年的20%增長到2020年的90%，時(shí)間緊任務(wù)重。

根據(jù)國內(nèi)外建設(shè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，配電自動(dòng)化覆蓋率要達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，才能產(chǎn)生效益，并節(jié)省一次電網(wǎng)投資，保證設(shè)備的合理壽命周期，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。因此，深入研究配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)方案，對(duì)下一階段配電網(wǎng)的全面升級(jí)和建設(shè)改造具有積極的意義。

3 配電自動(dòng)化建設(shè)研究

3.1 配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以配電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行為應(yīng)用主體，滿足規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行檢修、營銷、調(diào)度等橫向業(yè)務(wù)協(xié)同需求，提升配電網(wǎng)精益化管理水平。根據(jù)城市定位、電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展以及接入點(diǎn)信息量規(guī)模，配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)應(yīng)一次性建成，并滿足電網(wǎng)遠(yuǎn)景規(guī)模及配電網(wǎng)管理的要求。

主站系統(tǒng)處理能力滿足配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)時(shí)信息量和交互信息量需求。系統(tǒng)應(yīng)能全面實(shí)現(xiàn)配電SCADA、饋線自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)分析、模型/圖形管理和系統(tǒng)交互應(yīng)用等功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路、設(shè)備的信息采集與監(jiān)控，故障區(qū)段快速切除與自動(dòng)恢復(fù)供電等功能，系統(tǒng)主站功能見表2。

目前，各地市主要采用獨(dú)立的地縣一體化主站系統(tǒng)建設(shè)模式，少數(shù)采用了主網(wǎng)、配網(wǎng)融合平臺(tái)的配調(diào)一體化主站系統(tǒng)建設(shè)模式。

配調(diào)一體化主站方式將主網(wǎng)調(diào)度主站、配網(wǎng)調(diào)度主站按照一體化建設(shè)，能保證系統(tǒng)專業(yè)化設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理和運(yùn)行維護(hù)，減少系統(tǒng)間的接口、配合協(xié)調(diào)工作量，從人員、資源投入上都能取得較大的效率。配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站與主網(wǎng)調(diào)控主站在技術(shù)體制、數(shù)據(jù)交互、運(yùn)行維護(hù)等方面都較為便利，但與目前電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部管理職能劃分、宏觀電力政策的適應(yīng)性較差。

配網(wǎng)自動(dòng)化主站和主網(wǎng)調(diào)控主站各自獨(dú)立建設(shè)、管理，兩套系統(tǒng)調(diào)度監(jiān)控界面清晰，主網(wǎng)、配網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行各成體系，既能相互交互，又有明確的邊界。建設(shè)獨(dú)立的配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，能較好的適應(yīng)政策與技術(shù)發(fā)展的要求。

綜上，在新建配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按照獨(dú)立的系統(tǒng)主站建設(shè)，其主站系統(tǒng)與現(xiàn)有成熟的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)基本一致，系統(tǒng)應(yīng)采用國產(chǎn)化的軟、硬件體系，系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。

3.2 與其他系統(tǒng)信息交互方式

配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站建設(shè)時(shí)，還需考慮與電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、用電信息采集系統(tǒng)、配網(wǎng)搶修指揮系統(tǒng)、小水電發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行信息或圖形的交互。為便于后期擴(kuò)展及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用，應(yīng)采用信息總線交互方式與上述各系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。

3.2.1 與主網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的信息交互

（1）圖模信息交互。需從電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)獲取主網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒆冸娬緢D形、一次設(shè)備參數(shù)及其所關(guān)聯(lián)的保護(hù)信息。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)交互。可通過直接采集或電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式獲取變電站10kV電壓等級(jí)相關(guān)設(shè)備的量測及狀態(tài)等信息。

（3）計(jì)算數(shù)據(jù)交互。從電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)獲取端口阻抗、潮流計(jì)算、狀態(tài)估計(jì)等計(jì)算結(jié)果，為配電網(wǎng)解合環(huán)計(jì)算等分析應(yīng)用提供支撐。

（4）遠(yuǎn)程調(diào)閱。支持調(diào)度控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)閱。

3.2.2 與PMS/GIS系統(tǒng)的信息交互

從PMS/GIS等系統(tǒng)獲取中壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型、電氣接線圖、異動(dòng)流程信息及相關(guān)一次設(shè)備參數(shù)、地理坐標(biāo)等。向PMS/GIS等相關(guān)系統(tǒng)推送配電網(wǎng)實(shí)時(shí)量測、饋線自動(dòng)化分析計(jì)算結(jié)果等信息。

3.2.3 與用電信息采集系統(tǒng)的信息交互

從用電信息采集系統(tǒng)獲取公用變和專用變的電流、電壓、有功、無功、電量等配網(wǎng)用電信息。

3.2.4 與配網(wǎng)搶修指揮系統(tǒng)的信息交互

向配網(wǎng)搶修指揮系統(tǒng)推送相關(guān)告警搶修數(shù)據(jù)。

3.2.5 與小水電發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)的信息交互

從小水電發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)獲取小水電10kV并網(wǎng)點(diǎn)的上網(wǎng)功率，電壓，電流等基礎(chǔ)信息。

3.3 配電自動(dòng)化終端

按照《行動(dòng)計(jì)劃》的目標(biāo)，至2020年，配電自動(dòng)化覆蓋率要達(dá)到90%，配電自動(dòng)化終端建設(shè)覆蓋應(yīng)按照規(guī)劃先行、合理布點(diǎn)、遠(yuǎn)近結(jié)合的建設(shè)原則，逐步進(jìn)行覆蓋。配電自動(dòng)化終端為主站系統(tǒng)運(yùn)行控制及管理提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站的遠(yuǎn)程控制指令。終端還應(yīng)能具備遙信、遙測、遙控、對(duì)時(shí)、定值修改和召喚、手動(dòng)操作、設(shè)備自診斷及自恢復(fù)、通信接口及通信通道監(jiān)視等功能。

配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)根據(jù)供電區(qū)的分類（A+、A、B、C、D、E類）和配電設(shè)備類型（配電線路、配變、柱上開關(guān)、開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)單元）結(jié)合可靠性需求、一次電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀況，合理選用配電終端類型。對(duì)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，如主干線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)、重要分段開關(guān)，重要的開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜和配電間等，宜設(shè)置“三遙”終端，其他非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)宜設(shè)置“二遙”終端。終端設(shè)置應(yīng)結(jié)合調(diào)度運(yùn)行要求、電網(wǎng)實(shí)際架構(gòu)及一次設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行合理的布設(shè)，避免過分追求大而全和提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，造成投資的浪費(fèi)。

從經(jīng)濟(jì)投資、方便運(yùn)維、科學(xué)管理等角度考慮，在終端建設(shè)時(shí)應(yīng)適度布設(shè)“三遙”節(jié)點(diǎn)，尤其是B、C類區(qū)“三遙”節(jié)點(diǎn)占比不宜過大，D、E類區(qū)以“二遙”節(jié)點(diǎn)為主。架空線路自動(dòng)化終端宜以就地“二遙動(dòng)作型”為主，長距離線路可安裝故障定位裝置，減少故障定位時(shí)間。電纜線路自動(dòng)化終端應(yīng)根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)選擇關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行“三遙”或“二遙”改造，嚴(yán)格控制一條線路上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，避免過多的節(jié)點(diǎn)布設(shè)造成調(diào)度運(yùn)行方式過于復(fù)雜。

3.4 配電網(wǎng)通信系統(tǒng)

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)與終端之間的通信是利用已建的地區(qū)骨干光纖通信網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)至配電自動(dòng)化終端的通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，可采用光纖通信、無線通信、載波通信等方式，幾種通信方式的比較見表3。

由表3可以看出，從傳輸容量和可靠性方面來說，光纖通信具有較大的優(yōu)勢，但其光纜的建設(shè)、管理、維護(hù)的工作量十分繁重；從經(jīng)濟(jì)效益方面來看，無線通信方式具有較大的優(yōu)勢，其利用專用或公網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)，來承載配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)信息，既能滿足業(yè)務(wù)對(duì)通信傳輸?shù)幕疽螅ㄔO(shè)成本和管理維護(hù)工作量也較少。從安全和可靠性角度出發(fā)，配電網(wǎng)“三遙”節(jié)點(diǎn)按光纖通信接入方式建設(shè)，“二遙”節(jié)點(diǎn)按無線公網(wǎng)通信方式建設(shè)。

在建設(shè)配電通信網(wǎng)時(shí)，宜統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)配電、用電信息通信網(wǎng)，綜合接入配電、用電信息，基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)共用，提高網(wǎng)絡(luò)的承載效率，節(jié)省工程投資。通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能夠隨著一次電網(wǎng)的擴(kuò)展、改造而方便的進(jìn)行調(diào)整，兼容不同的技術(shù)和各種通信介質(zhì)。相較于主網(wǎng)通信設(shè)備，配電網(wǎng)通信設(shè)備除應(yīng)具備技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠之外，還應(yīng)具備適應(yīng)高溫、低溫、潮濕、雷電和強(qiáng)磁場等復(fù)雜外部環(huán)境的性能。

3.5 安全防護(hù)

按照國家發(fā)展改革委2014年第14號(hào)令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求，需配置二次安全防護(hù)設(shè)備，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的要求，配電運(yùn)行監(jiān)控應(yīng)用部署在生產(chǎn)控制大區(qū)，配電運(yùn)行狀態(tài)管控應(yīng)用部署在管理信息大區(qū)。

（1）橫向安全防護(hù)。生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間配置正向、反向物理隔離裝置；生產(chǎn)控制大區(qū)與主網(wǎng)調(diào)度控制主站系統(tǒng)之間配置正向、反向物理隔離裝置。

（2）縱向安全防護(hù)。生產(chǎn)控制大區(qū)與安全接入?yún)^(qū)無線公網(wǎng)前置交換機(jī)之間配置正向、反向物理隔離裝置；生產(chǎn)控制大區(qū)與安全接入?yún)^(qū)專網(wǎng)前置交換機(jī)之間配置正向、反向物理隔離裝置；生產(chǎn)控制大區(qū)配置加密認(rèn)證裝置。

（3）入侵檢測。生產(chǎn)控制大區(qū)配置入侵檢測裝置，通過合理設(shè)置檢測規(guī)則，及時(shí)捕獲網(wǎng)絡(luò)異常行為，分析潛在威脅，進(jìn)行安全審計(jì)。

3.6 輔助配套支持系統(tǒng)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站、終端、通信等系統(tǒng)建設(shè)，與之輔助配套設(shè)施的也宜同步建設(shè)。其中，主站設(shè)備機(jī)房可與主網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)機(jī)房共用或獨(dú)立設(shè)置配電自動(dòng)化系統(tǒng)機(jī)房，并考慮相關(guān)綜合布線、裝修、消防、空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)等；機(jī)房設(shè)備供電采用調(diào)度控制系統(tǒng)專用的UPS不停電電源供電或設(shè)置獨(dú)立專用的UPS電源系統(tǒng)，確保系統(tǒng)失電時(shí)的后備供電保障；為便于調(diào)度運(yùn)行人員監(jiān)視全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，可在配電網(wǎng)調(diào)度大廳或搶修指揮大廳建設(shè)一套可視化大幕屏系統(tǒng)，用于配電網(wǎng)應(yīng)急指揮、調(diào)度等。

4 效益分析

配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)可以提高配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，提高供電可靠性，降低線損，降低故障停電時(shí)間，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升服務(wù)質(zhì)量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、管理效益和社會(huì)效益。

通過實(shí)施配電自動(dòng)化后，可以提升配電網(wǎng)管理水平，縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指令科學(xué)下達(dá)，避免非必要停電；通過調(diào)控一體化的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)一次開關(guān)的遠(yuǎn)程遙控操作，縮短停電操作時(shí)間，降低運(yùn)維搶修的人力和費(fèi)用成本；可實(shí)現(xiàn)快速故障定位和故障隔離，恢復(fù)非故障段的供電，縮小故障影響范圍，全面提升供電可靠性；能有效延長一次設(shè)備壽命，減少一次設(shè)備投資，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)供配電能力，降低設(shè)備的閑置率，改善一次設(shè)備的整體運(yùn)行環(huán)境；可以提高供電可靠性，大大改善電能質(zhì)量，減少用戶的損失；為配電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行、檢修、管理提供了有效的技術(shù)手段，徹底改變了配電網(wǎng)盲調(diào)、全人工運(yùn)行維護(hù)等情況；將配電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控、配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)、故障報(bào)修集中管理，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)管理的集約化、精細(xì)化、專業(yè)化，達(dá)到減員增效、規(guī)范業(yè)務(wù)、提高效率的目的。

5 結(jié)語

配電自動(dòng)化系統(tǒng)按照上述方案建設(shè)，能實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的精準(zhǔn)投資，契合配電網(wǎng)發(fā)展政策。建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、投資經(jīng)濟(jì)、安全可靠的配電自動(dòng)化系統(tǒng)是整個(gè)配電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)和提效點(diǎn)，也是保障一次網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了配電網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化水平。因此，配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)一次現(xiàn)狀特點(diǎn)結(jié)合配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展情況，選擇技術(shù)先進(jìn)、投資合理、安全可靠的建設(shè)模式，并通過管理創(chuàng)新完善相關(guān)的管理制度建設(shè)，從專業(yè)管理體系和技術(shù)支撐體系兩方面來確保配電網(wǎng)的高效建設(shè)和運(yùn)營。

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作者簡介

曹洋（1980-），男，現(xiàn)為江西省電力設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化及信息通信。

作者單位

江西省電力設(shè)計(jì)院 江西省南昌市 330096