城市配電自動(dòng)化工程關(guān)鍵技術(shù)方案

徐 兵

（國(guó)網(wǎng)湖北武漢東西湖區(qū)供電公司，湖北 武漢 430040）

城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高，使得對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量的要求越來越高，然而配電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)落后，促使供電企業(yè)大力建設(shè)配電網(wǎng)，配電自動(dòng)化作為一項(xiàng)能夠保證配電系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。城市配電自動(dòng)化以城市配電網(wǎng)為服務(wù)對(duì)象，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)等手段，實(shí)現(xiàn)有效控制城市配電網(wǎng)的正常運(yùn)行和快速正確的故障處理等功能，包含了饋線自動(dòng)化、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控、 地理信息管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞榷鄠€(gè)功能模塊。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用使得供電企業(yè)真正具備配電調(diào)控能力，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)和設(shè)備遠(yuǎn)方操作功能，配電網(wǎng)運(yùn)行水平得到大幅提升，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，是現(xiàn)代配電網(wǎng)建設(shè)中必不可缺的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

本文在對(duì)我國(guó)配電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及其自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀充分調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，從配電自動(dòng)化工程實(shí)際出發(fā)，針對(duì)其中涉及到的配電自動(dòng)化通信、饋線自動(dòng)化、配電網(wǎng)主站自動(dòng)化系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)行研究并提出相應(yīng)的技術(shù)方案，具有實(shí)際應(yīng)用及參考價(jià)值。

1 配電自動(dòng)化總體方案

考慮到我國(guó)城市配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)必須適應(yīng)于當(dāng)前城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀，也要考慮到未來城市發(fā)展的可能性，同時(shí)兼具穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。根據(jù)系統(tǒng)開放設(shè)計(jì)的基本原則，總體結(jié)構(gòu)采用分層模式，分別為配電自動(dòng)化管理層、配電自動(dòng)化中間層和配電自動(dòng)化基礎(chǔ)層，各層之間采用通信將其有效地連接在一起，形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1.1 配電自動(dòng)化管理層

配電自動(dòng)化管理層或者稱之為主站層，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的中樞，是整個(gè)體系的最高層，主要實(shí)現(xiàn)集運(yùn)行監(jiān)控、集中式饋線自動(dòng)化和配電管理等功能于一體的配電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，形成對(duì)城市配電網(wǎng)的整體控制和統(tǒng)一管理，確保其處于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)。配電自動(dòng)化管理層的實(shí)現(xiàn)方式采用“集中控制，分區(qū)應(yīng)用”的模式，主站系統(tǒng)安裝在城市供電公司調(diào)控中心，通過通信通道獲取配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，同時(shí)控制“三遙”監(jiān)控點(diǎn)。

1.2 配電自動(dòng)化中間層

配電自動(dòng)化中間層或者稱之為子站層，是配電主站和配電終端設(shè)備之間承上啟下的橋梁，實(shí)現(xiàn)所轄區(qū)域數(shù)據(jù)收集、匯總、數(shù)據(jù)及操作命令轉(zhuǎn)發(fā)功能，同時(shí)履行本區(qū)內(nèi)監(jiān)控、管理功能。配電自動(dòng)化中間層的實(shí)現(xiàn)方式采用網(wǎng)絡(luò)分布式子站模式，有監(jiān)控單元和數(shù)據(jù)處理單元組成。

1.3 配電自動(dòng)化基礎(chǔ)層

配電自動(dòng)化基礎(chǔ)層或者稱之為終端層，是配電自動(dòng)化體系的最底層，通過安裝在城市配電網(wǎng)各處的大量的終端設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備的信息采集功能，將采集到的大量相關(guān)信息上傳，并根據(jù)實(shí)上一層系統(tǒng)指令準(zhǔn)確可靠動(dòng)作，因此，它是整個(gè)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。配電自動(dòng)化基礎(chǔ)層是由多種類型的終端設(shè)備組成的，主要包括供配電監(jiān)控終端（DTU）、饋電線監(jiān)控終端（FTU）和變壓器監(jiān)測(cè)終端（TTU）等類型。

2 配電自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)方案

2.1 配電網(wǎng)一次設(shè)備改造的關(guān)鍵技術(shù)

按照配電網(wǎng)網(wǎng)架的建設(shè)目標(biāo)，電網(wǎng)中的配電線路應(yīng)該按照N-1原則，而且負(fù)荷在線路上要均勻分布，線路上的分段開關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的數(shù)目和位置都應(yīng)該達(dá)到最優(yōu)。按照電網(wǎng)的實(shí)際，在改造網(wǎng)架線路時(shí)，應(yīng)該按照：

·單輻射線路進(jìn)行“拉手”。按照N-1的原則進(jìn)行改造，加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)生故障時(shí)，負(fù)荷能夠轉(zhuǎn)移，提高其供電可靠性。如果是電纜線路應(yīng)該由單輻射向著單環(huán)網(wǎng)方向進(jìn)行改造，架空線路一般向著單聯(lián)絡(luò)或者多聯(lián)絡(luò)方向改造。

·對(duì)線路的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)聯(lián)絡(luò)改造和分段點(diǎn)的改造來簡(jiǎn)化負(fù)載的線路，簡(jiǎn)化線路結(jié)構(gòu)，而且要能夠滿足N-1原則；對(duì)供電線路進(jìn)行變更，使得負(fù)荷分布更加合理，改變聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)的位置，降低線路損耗的同時(shí)提高供電可靠性。

除此之外，在選用聯(lián)絡(luò)線路時(shí)如果條件允許應(yīng)該盡可能地選擇不同變電站的出線，如果條件不允許，那么也應(yīng)該至少選擇同一變電站不同母線側(cè)的出線。

在對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)化進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)該按照以下原則：

·在一次設(shè)備的終端空間內(nèi)部或?qū)I(yè)輔助安裝箱內(nèi)裝設(shè)電壓互感器、電流互感器以及配電終端，從而實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的功能；

·在每條線路上裝設(shè)2～3個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)功能的分段開關(guān)；

·改造或增加電纜的分接箱，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行更換，以此來保證網(wǎng)架能夠適應(yīng)其結(jié)構(gòu)的調(diào)整；

·安裝柱上分段開關(guān)、分屆開關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

2.2 主站系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)方案

配電網(wǎng)的管理和監(jiān)控中心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具有安全、可靠、實(shí)用、可擴(kuò)展等特點(diǎn)，而且要有較高的性價(jià)比。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)也應(yīng)該按照電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行確定，優(yōu)先考慮配電自動(dòng)化和調(diào)度自動(dòng)化一體化的設(shè)計(jì)，進(jìn)行分步實(shí)施，按照自動(dòng)化管理的實(shí)踐和管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)施。

在評(píng)價(jià)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，最主要的是實(shí)現(xiàn)功能、采集數(shù)據(jù)，以及是否能夠發(fā)揮技術(shù)的支撐作用，從而為電力的生產(chǎn)、運(yùn)行以及營(yíng)銷發(fā)揮相應(yīng)的作用。在配電自動(dòng)化試點(diǎn)改造時(shí)應(yīng)該按照以下原則：

·在城區(qū)范圍內(nèi)，擴(kuò)大自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的覆蓋范圍，爭(zhēng)取在當(dāng)期工程內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋；

·主站的功能需要升級(jí)，在升級(jí)的過程中需要增加或者完善的功能應(yīng)該與設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)應(yīng)；

·對(duì)于需要接入終端系統(tǒng)的設(shè)備要進(jìn)行拓展，對(duì)其接入

方式以及主要功能作出明確的規(guī)定。

2.3 通信系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)方案

采用ZigBee等通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)從變電站或者有銅線條件的站點(diǎn)出發(fā)，無線信號(hào)能夠到達(dá)每個(gè)環(huán)網(wǎng)柜、開閉所以及箱式變電站，這些有條件的變電站還可以通過MESH進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，變電站中心會(huì)匯聚設(shè)備向各個(gè)方向的無線鏈路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的匯總。

信息交換總線也是調(diào)控一體化集成的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)信息的交換，為調(diào)控構(gòu)建完整的信息。各個(gè)系統(tǒng)間的信息交換也是通過信息交換總線來完成，主要包括調(diào)度自動(dòng)化（EMS）、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理（PMS）、主站管理系統(tǒng)、營(yíng)銷管理和“95598”等；其主要的技術(shù)支持架構(gòu)如圖1所示。

圖1 技術(shù)支持架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)信息的集中優(yōu)化，一般停電計(jì)劃需要按照風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果進(jìn)行安排，對(duì)電網(wǎng)中的每一次事故停電，也都需要分析原因，對(duì)相關(guān)的故障情況進(jìn)行共享而且應(yīng)用，為配電網(wǎng)調(diào)控的一體化提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

2.4 饋線自動(dòng)化建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)方案

配電自動(dòng)化建設(shè)的主要設(shè)備有集中型開關(guān)以及電壓型開關(guān)、用戶分界開關(guān)3種。

集中型開關(guān)一般為電流型開關(guān)，只有當(dāng)故障電流流過時(shí)才會(huì)發(fā)出過流或者速斷信號(hào)，而且只有在主站進(jìn)行遙控或者進(jìn)行就地操作的時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)開關(guān)的分合，所以故障處理過程中需要主站進(jìn)行配合。

電壓型開關(guān)有來電延時(shí)合閘、失電分閘的特點(diǎn)。如果主站有二次重合閘功能，則可以實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)處理，此時(shí)并不需要主站參與。

分界開關(guān)會(huì)在用戶側(cè)有單相接地的時(shí)候立即分閘，并不會(huì)給其他用戶造成影響；用戶側(cè)發(fā)生相間短路故障時(shí)，變電站出線開關(guān)會(huì)跳閘，此時(shí)分界開關(guān)會(huì)跳開而且閉鎖，在1 s后變電站會(huì)恢復(fù)供電。

在進(jìn)行饋線自動(dòng)化建設(shè)時(shí)，需要遵循的原則是：

·集中型的自愈模式是主要模式，分布和集中式的自愈模式可以在部分線路上實(shí)現(xiàn)；

·分界開關(guān)用在線路上能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的自動(dòng)故障隔離；

·對(duì)故障指示器檢測(cè)系統(tǒng)的加強(qiáng)和完善，能夠準(zhǔn)確有效地實(shí)現(xiàn)每一條線路迅速準(zhǔn)確的定位故障；

·加裝開閉鎖的備投裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同電源之間的有

效切換，提高供電的可靠性。

3 結(jié)束語

當(dāng)前配電自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，在我國(guó)的很多供電企業(yè)也都已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)的試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，這項(xiàng)工程建設(shè)對(duì)于提高供電可靠性有著重要的應(yīng)用價(jià)值，而且能夠顯著提高供電企業(yè)配網(wǎng)運(yùn)行管理的水平，也是智能電網(wǎng)建設(shè)中必不可少的一環(huán)。

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（責(zé)任編輯：賀大亮）

DO I：10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.01.015