配網自動化的實現及應用

郭正鑫

（國網大連開發區供電公司，遼寧 大連 116000）

1 配網自動化建設背景

自2010年起，遼寧省電力公司開始選取配網自動化建設試點單位，對重點示范區域范圍內涉及的供電企業實行配網自動化建設。

以實施情況較好的試點單位為例，2011—2013年，實現了首批共26座具備配網自動化功能的開關站改造，型號為南瑞PDZ800。該型號開關站采用直流24 V電源為數據傳輸模塊供電，具備完善的信號采集、控制輸出、電流保護及告警、光纖通信等基礎配網自動化終端功能，通過液晶面板實現保護定值輸入、故障信息查詢等調試操作。2018—2021年，完成了新一代共65座具備配網自動化功能的開關站改造，整體更換23座、改造42座。新建開關站均具備配網自動化功能，相比于上一代配網自動化終端，其功能完備、升級明顯，工作電源和工作電壓采用直流220 V，通過高性能的32位四核處理器實現保護運算和出口邏輯控制功能。此外，增加事件記錄、人機接口、后臺通信、故障錄波以及文件管理等功能，通信方式十分靈活，支持電力行業、通信行業等的通信規約。

截至目前，試點公司擁有具備配網自動化功能的環網箱和開關站站內終端139臺、架空線路柱上饋線終端35臺、線路故障指示器49臺，自動化覆蓋率達到72.85%，在線率達到91.54%。

2 配網自動化系統構造及內部邏輯

配網自動化系統整體結構如圖1所示，主要包括主站層、通信層、終端層。

圖1 配網自動化系統結構

（1）主站層。主站層是整個配網自動化系統的核心，可以對配電網運行過程中的數據進行實時采集與處理。主站層設備主要包括網絡設備、通信接口配線柜、系統服務器、工作站、網絡安全裝置以及專用不間斷電源等。

（2）通信層。通信層主要實現配電自動化系統的信息傳輸，通信方式包括光纖專網、無線專網以及無線公網。目前，多數開關站的終端采用光纖專網，環網箱、架空線路上采用無線專網。

（3）終端層。終端層主要包括配電終端單元（Distribution Terminal Unit，DTU）、配電變壓器遠方終端（Transformer Terminal Unit，TTU）、饋線遠方終端（Feeder Terminal Unit，FTU）。其中，終端單元是配網自動化系統一次側的重要組成部分，通過自動化終端實時采集配電網運行數據、監測設備運行狀態以及開關分合閘指示等運行工況，利用有源或無源光網絡通信，傳輸信息、接收控制指令并使用配置的超級電容等后備電源實現不間斷供電，進而實現對10 kV開關站、環網箱、柱上斷路器以及配電變壓器等一次設備的實時監測控制及信息采集[1]。

3 配網自動化的功能實現

3.1 前期規劃與設計

根據我國配電網規劃，將城區、鄉域等地區的配電網絡分為A+、A、B、C、D以及E共6種類型。在不同供電區域的配電自動化規劃設計及建設中，應在滿足配電自動化規劃設計基本原則的前提下，充分考慮地域差異性，配置不同類型的終端設備?！叭b”（遙測、遙信、遙控）站所終端架構如圖2所示。

圖2 “三遙”站所終端架構

3.2 站內一次設備改造

3.2.1 改造原則

站所終端改造時，結合安全性和經濟性原則，盡量避免對一次設備進行改造[2]。根據配網自動化改造需要，加裝或更換電壓互感器（Potential Transformer，PT）時采用V-V接線，其額定容量需滿足設備電動操作機構的操作功率要求。根據系統要求，需增加遙信上傳信號，例如開關分合位、遠方就地、保護過電流動作等。除此之外，每個斷路器間隔需安裝至少A、C、零序三相電流互感器，用于信息采集和故障研判。

3.2.2 改造要點

（1）電流互感器安裝要點。在電流互感器改造過程中，要反復檢查其二次極性，確保極性接線正確，電流互感器（Current Transformer，CT）二次回路禁止開路。

（2）電壓互感器安裝要點。在電壓互感器改造過程中，要反復檢查其二次接線是否短路。一旦接線錯誤，將造成嚴重后果。

（3）斷路器電動操作機構安裝要點。在原有的機構基礎上加裝電動操作機構，實現與DTU終端柜的配合，使主站能夠對站內開關實現“三遙”。

3.3 配網自動化終端設備安裝

對于配網自動化終端柜體安裝，要求FTU、DTU、TTU等終端柜體外觀完好無損，沒有變形、油漆脫落、損傷性缺陷。DTU柜體正確接地，接地銅線及接地電阻滿足設計要求，接地線的線徑不小于4 mm2。DTU各空氣開關標識清晰、填寫正確，DTU端子排單元、航空插頭、出口壓板、分合閘指示燈等相關重要元件標識清晰[3]。

按照設計圖紙要求，合理選擇控制電纜規格型號、數量、長短、走向等。DTU柜側航空插頭與經校線后的電纜套入標號管，標號管上面注明對端編號或線路功能號，按照設計圖紙與施工手冊依次完成二次接線。在二次端子排壓接過程中，應對二次電纜線芯預留足夠長度，以確保接入端子排中。每個端子上最多壓接兩根二次電纜，而且要確保線芯壓緊壓實。

3.4 終端與主站聯調

“三遙”站所終端與主站聯調分為調試前準備、建立通信連接、三遙核對試驗3個環節，配網自動化終端本地參數配置調試界面如圖3所示。

圖3 配網自動化終端本地參數配置調試界面

調試前準備包括終端設備驗收、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）導圖、加密證書導入、點表與調試申請制作以及本地參數配置5個步驟。根據信通公司給定的IP地址，建立與主站的通信網絡[4]。在完成通信連接建立、本地參數傳輸的前提下，主站運維人員與現場調試人員配合，完成主站信號、站所終端顯示狀態、開關柜實際分合工作狀態的核對工作。

4 配網自動化的應用

4.1 配網自動化實施與管理

在實際應用中，配網自動化的實現離不開嚴格的操作規程和管理制度，需要加強周、月作業計劃的剛性管理，嚴格報送停電范圍和停電時間。每周、每月組織各部門、班組對作業計劃進行審批，確認沒有任何問題后，方可執行作業計劃。根據相關標準，進一步優化操作、許可流程，縮短停電操作時間，減少用戶停電時長。同時，安排專人負責配網自動化終端與主站調試，確保開關站配網自動化改造后能夠正常使用[5]。為了保證現場作業時配網自動化的成功應用，還需要做到以下幾點。

（1）統籌管理，梳理、分解工程。組織相關部門召開配網自動化工程推進會，明確職責。作業人員攜帶施工圖紙進入現場，認真進行現場勘察，分析作業難度和危險點，做到“一現場、一方案”。

（2）加強過程管控，提高工程質量。合理安排作業計劃，堅決杜絕為了趕工期連軸加班，做到勞逸結合，避免人員疲勞作業，防止出現操作事故。落實工作票審核會簽制度，落實好重點違章整治和預防措施，規范作業現場管理，嚴格監督安全措施落實和到崗到位監督。

（3）強化信息交互，及時解決問題。針對光纖通道存在的問題，積極與信通專業溝通，現場勘查并召開專題會議，建立健全溝通渠道，實現緊密配合。

（4）結合作業時機，培養骨干力量。結合配網自動化改造作業時機，開展架空線路基礎知識現場培訓、電纜中間頭制作實操培訓、電網運行方式及事故處理專項培訓。

4.2 典型終端缺陷的異常處理

4.2.1 DTU通道異常處理

DTU通道異常會直接導致終端設備不在線，自動化在線率指標下降，通常表現為配電主站ping不通配電終端裝置，配電主站無法進行有效監視，遠方監控完全癱瘓，從而使配電站自動化系統失去作用。

配電終端主要通過主備通道切換模式向配電主站上送數據，當通道切換不正常時，會造成通道異常問題。此外，還可能出現物理通道異常，例如通信裝置失電、光纖水晶頭損壞、光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）通信裝置故障[6]。當傳輸通道異常時，需要判斷通信裝置的IP地址配置是否正確、是否與其他終端的子網掩碼發生沖突。如果配置正確，則檢查通信網絡光纖接頭或網絡交換機等硬件設備是否故障。當串口通道異常時，先檢查通信接線是否正常，然后檢查收發線纜是否存在斷路的情況。

4.2.2 24 V電池模塊和UPS裝置異常

一般情況下，充電電流太大、充電電壓過大、局部放電或是內部短路等問題均會造成24 V電池模塊和不間斷電源（(Uninterruptible Power Supply，UPS）裝置異常。利用萬用表測量電源各組輸出電壓，如果某組電壓異常，則需要更換裝置電源模件。如果裝置前端空開或端子電壓正常，則證明系統裝置內部出現故障。

5 結 論

綜上所述，配網自動化的應用日趨廣泛，由于存在早期配網自動化設備與主站不兼容、終端不在線等問題，因此提高配網自動化在線率及實用化管理水平將是日后工作與研究的重點。通過將作業現場與智能化終端有機結合，充分考慮不同地區、不同設備的狀況采取合理方案，從而更好地提高配電網運行的可靠性、穩定性、安全性。