配電運行自動化在電力系統中的應用

國網江蘇省電力有限公司無錫供電分公司 董 云

1 配電系統自動化的解譯

配電自動化系統是實現配電企業以配網調度管理為導向，實時和管理相結合， 集數據采集、配網監控、故障處理、配網應用分析、配電生產管理功能于一體，為供電企業提高供電可靠性、提高服務質量。

2 配電自動化的主要特點及功能

2.1 主要特點

一是配電網的許多設備一般都是裝在電線桿上，按照配電線路長度進行安放，所以典型的配電網多為輻射型結構；二是在配電網內通常安裝RTU 的數量要多一個量級（與相連的輸電系統的數量比較），一處配電網設備的總數據量約比一個輸電變電站的數據量少一個數量級；三是一般配電網的數據庫規模數量級達到萬級，要大一個比與之相連輸電網數據庫數量級；四是輸電網可以實現遠程監控大多數現場設備，而配電網內大多數的現場設備都是人工操作；五是配電網的網絡接線變化，在開關安裝位置很少出現，一般在出事地點發生變化；六是配電網設備名目和數量大而繁多，且面臨需方負荷經常變動，所以要進行頻繁的檢修和更新；七是配電網中不但有供方設備，而且需方的設備數量也比較多，有時還有包括聯合循環發電在內的自備電源；八是配電網通信系統的特點負荷、遠程讀表裝置類型較多需要具有多種通信方式，主要任務是承擔傳輸數據和通話[1]。

2.2 主要功能

2.2.1 配電網的SCADA 功能

通過利用配電網的監測裝置收集實時數據并處理數據，同時起到監視和控制配電網的作用。

2.2.2 高級應用軟件包括負荷預測；網絡拓撲分析；狀態估計；線損計算分析；潮流計算；電壓/無功優化。

2.2.3 配電網故障定位與故障隔離功能在正常狀態下實時監視；在故障時隔離線路故障區段，對非故障區段恢復供電。

2.2.4 負荷控制功能

進行負荷預測，根據調度自動化的要求進行負荷控制；當負荷高峰期，切除不重要負荷，保證重要負荷不停電。

2.2.5 地理信息系統

引入GIS 配電網自動化系統中，電力線路、設備的地理位置信息標明在地圖上，方便管理和維修電力設備，尋找和排除設備故障；在計算機系統硬件和軟件的支持下，“地理信息系統GIS” 對地理分布數據在地面或空間層面進行相關的采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統；SCADA 動態著色；配電網帶電狀況；潮流、電壓分布；自動提供受其影響的用戶、變壓器和線路清單。

3 配電自動化系統的意義

可以使供電可靠性得到全面提高，在配電系統設備及線路發生故障時，快速巡檢和排查，使停電的時間和面積大幅度降低， 處理故障恢復正常運行，自動化系統60min，人工90min（33%），正常運行時，可以使供電能力提升和擴大，使線路損耗降低以及供電質量提高，確保供電安全。

4 饋線自動化

饋線（配電線路）自動化，正常：監視饋線開關的狀態、電流、電壓線路開關的合閘、分閘操作。故障：隔離故障區對非故障區恢復供電[2]。

4.1 重合器

一是重合器的主要作用是檢測、切斷（給定時間內）故障電流、對給定次數重合進行整定的控制裝置，起到控制和保護功能的智能化開關。

二是重合器的主要的技術參數及應用。重合器有許多技術參數其中以額定電壓、額定電流、短路開斷電流、最小脫扣電流、時間——電流特性最為重要。

三是重合器的工作原理。一般可整定為“一快三慢”“二快二慢”和“一快二慢”的組合，這里“快”指快速分閘，一般動作時間不大于0.06s，快速分閘一般設定在第一、二次，主要目的是消除瞬時性的故障，保護線路設備。后面幾次的動作可設為慢動作，即為延時分閘，這種延時使得與線路上各分段點設置的分段器、熔斷器進行配合，分斷故障點。重合器可以實現按照事先制訂好的程序接收遙控信號，對故障進行自動操作（自動定位、隔離、恢復供電）的功能，智能和自動化程度更高（與斷路器相比）[3]。

4.2 分段器

重合器在性能上具備切斷短路電流的能力，而分段器的性能是閉合短路電流、切斷負荷電流。從價格上，比重合器要低廉。功能與電源側前級主保護開關配合，在無壓情況下自動分閘；工作狀態正常；閉合瞬時性故障；若干次重合后閉合永久性故障；若干次重合后斷開，閉鎖。

4.3 故障指示器

短路故障指示器指示故障發生的主要依靠是指示牌轉動位置或顏色的變化或燈光的閃動（用的是電磁原理），當發生故障（指示器指示）后，通過采取手動復歸（人工）或經過延時利用線路恢復正常后通過附和電流來自動復歸。

4.4 系統終端

4.4.1 FTU

安裝在配電網饋線回路的柱上和開關柜等處并具有遙信、遙測、遙控和故障電流檢測(或利用故障指示器檢測故障)等功能的遠方終端。

4.4.2 FTU 的性能要求

需要具有遙信功能；遙測功能；遙控功能；統計功能；對時功能；事件順序記錄（SOE）；事故記；定值遠方修改和召喚定值；自檢和自恢復功能；遠方控制閉鎖與手動操作功能；遠程通信功能；抗惡劣環境；具有良好的維修性；可靠的電源。

4.4.3 DTU

安裝在配電網饋線回路的開閉站和配電所等處，具有遙信、遙測、遙控和故障電流檢測(或利用故障指示器檢測故障)等功能的遠方終端。

4.4.4 TTU

用于配電變壓器的各種運行參數的監視、測量的遠方終端在饋線自動化系統中，往往還要對配電變壓器進行遠方監視，采集數據，并以這些運行參數作為考核和經濟運行分析的依據，還可作為安全運行的監視手段。

4.4.5 監控單元

為分布主站功能、優化信息傳輸及系統結構層次、方便通信系統組網而設置的中間層，實現所轄范圍內的信息匯集、處理以及故障處理、通信監視等功能。

5 配電自動化在電力系統的主要應用

5.1 智能配電系統整體應用

提供智能配電一次設備、配電自動化終端、故障指示器、配電通訊網絡以及配電子站、主站的全面的智能配電系統解決方案。

5.2 配電自動化電纜線路應用

主要應用于配網電纜線路實現對回路饋線的監控、故障判斷、切除、隔離故障區域和對非故障區域恢復供電；可根據用戶需求選用短信、無線或光纖等多種通訊方式與配電主站系統進行實時通訊管理 。

5.3 智能配電網超寬帶無線通信應用

基于第四代4G 無線通信技術TD-LTE 應用于配電自動化、計量自動化以及配電網視頻監控業務等 提升了配網通信網絡建設的靈活性和可靠性；降低部署成本、減少維護費用寬帶無線有效解決了光纖部署施工難的問題實現了新老城區的無縫覆蓋；配電自動化、計量自動化以及輸電線路視頻監控等業務由無線寬帶專網統一承載維護簡單有效降低了后期維護人員工作強度及整體運行費用 提升消費者滿意度通過提高電網智能化程度既改善了電能消耗方式促進節能降耗又提高了供電可靠性通過向消費者提供優質供電服務提高用戶滿意度。

5.4 故障自動隔離的實現應用

故障信息的檢測提取功能包括功率方向信息；通過GOOSE 通信向其相鄰開關的智能FTU 發送故障信息功能；接收來自其相鄰開關的智能FTU 發來的故障信息的功能；按照判定規則判定故障信息是否在本配電區域實現故障定位；根據故障定位判斷結果分段開關發出跳閘或閉鎖命令實現自動隔離故障，聯絡開關發出合閘或閉鎖命令實現自動恢復供電（全區域）；相鄰下級開關應該跳閘但沒有跳閘時開關拒動、失靈等控制本開關立即跳閘 。

5.5 配電自動化架空線路應用

主要應用于配網架空線路實現對回路饋線的監控、故障判斷、切除、隔離故障區域和對非故障區域恢復供電；可根據用戶需求選用短信、無線或光纖等多種通訊方式與配電主站系統進行實時通訊管理。

5.6 配電管理系統（DMS）的通信應用

配電自動化管理系統主要采用的是配電線載波通信、電話線、調幅（AM）調頻（FM）廣播、甚高頻通信、特高頻通信、微波通信、衛星通信、光纖通信等多種形式的通信方式，典型的通信方案。

一是主站與子站之間，使用單模光纖。二是子站與FTU 之間，使用多模光纖。三是數據轉發（TTU 與電量集抄系統），可以利用有線（屏蔽雙絞線）方式采用現場總線（如RS485，CAN 總線、Lon-Works 總線等）通信。

5.7 遠程自動抄表計費系統應用

電能自動抄表系統的作用和目的是利用計算機通訊網絡技術的遙測、傳輸功能將用戶用電量（用戶電能表記錄數）等數據獲取匯總到控制中心的自動化系統，是可以替代人工抄表的遠程自動抄表系統的典型應用方案。

總線式抄表系統是由電能表、抄表集中器、抄表交換機和電能計費中心組成的四級網絡系統。總線式抄表系統如圖1所示。

圖1 總線式抄表系統

6 典型案例

廣東珠海TD-LTE 無線專網工程項目，該項目為南方電網珠海試驗局TD-LTE 無線專網工程也是利用華為的TD-LTE 的電力無線設備部署的全球第一個TD-LTE 的電力無線專網快速實現了配電終端與主站的安全高速互聯，如圖2所示。

圖2 TD-LTE 無線專網工程

廣州配電自動化項目，廣州配電自動化建設實施項目，根據廣州供電局的特殊要求提供多電源可選的終端設備鋰電、超級電筒、鉛酸模塊化設計可實現模塊自檢并滿足遠程維護等客戶需求實現配電自動化系統的故障的定位、隔離、恢復，如圖3所示。

圖3 終端設備模塊化設計

浙江杭州配電自動化項目，浙江杭州配電自動化建設工程，根據杭州供電局要求電源設計為48V蓄電池充分考慮遠程和就地的維護實現配電自動化系統的故障的定位、隔離、恢復實現配電自動化的三遙、二遙監測控制向配電主站上報監測信息對配電線路進行有效的監控保護。

7 結語

我國的配電網自動化技術作為一種新興的技術有了一定程度的發展，有著廣闊的發展前景，配電自動化在技術上逐漸完善和成熟，達到綠色環保和節約成本的目的，將來配電自動化系統在電力系統中的應用會更加廣泛。