10kV配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)問(wèn)題研究

陳世華

（福建宏瑞建設(shè)工程有限公司，福建 福州350003）

0 引言

近年來(lái)，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)蓬勃興起，它是一種將配電網(wǎng)和自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等充分融合的新興系統(tǒng)。

配網(wǎng)自動(dòng)化的意義在于：當(dāng)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)能通過(guò)各類終端（FTU、DTU、TTU等）傳送上來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析配電網(wǎng)的運(yùn)行工況，并給出相應(yīng)的優(yōu)化方案，從而為配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供輔助決策；當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能快速診斷出故障區(qū)間并進(jìn)行自動(dòng)隔離，從而最大程度地減少停電范圍以提升供電可靠性。

因此，從全局層面來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化是配網(wǎng)發(fā)展的遠(yuǎn)端方向，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是必須予以盡快實(shí)施的。但是，配網(wǎng)自動(dòng)化機(jī)理復(fù)雜，牽涉面廣，這就給其設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的困難，需要進(jìn)行具體分析并給出解決思路。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施條件

配網(wǎng)自動(dòng)化的強(qiáng)大功能是建立在一定的條件之上的，只有配電網(wǎng)具備了這種條件，配網(wǎng)自動(dòng)化才能“如魚(yú)得水”。換言之，配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)成功與否，與現(xiàn)有電網(wǎng)的狀態(tài)（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、一次設(shè)備功效等）是息息相關(guān)的。

我們知道，配網(wǎng)自動(dòng)化的一個(gè)顯著特征和主要內(nèi)容是能實(shí)施對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視和控制。所謂監(jiān)視，就是掌控配網(wǎng)全景數(shù)據(jù)；所謂控制，就是能改變運(yùn)行方式。顯然，要達(dá)到這樣的目的，必然要求：

（1）配網(wǎng)網(wǎng)架合理，每段線路的負(fù)荷比較均勻且滿足N－1準(zhǔn)則（放射狀線路可以除外）。原因：故障發(fā)生時(shí)，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來(lái)隔離故障，這樣，原先的正常運(yùn)行方式將被打破。此時(shí)，若相關(guān)線路的備用容量不足，必然無(wú)法接受轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的新增負(fù)荷，結(jié)果造成線路過(guò)載，有可能擴(kuò)大故障范圍。

（2）承載自動(dòng)改變配網(wǎng)運(yùn)行方式的一次設(shè)備應(yīng)滿足“三遙”要求，即預(yù)留安裝配電終端所需要的空間以及擁有配電終端操控所需要的端子、接口、電機(jī)等。

（3）快速、準(zhǔn)確的通信應(yīng)保障到位，否則當(dāng)海量數(shù)據(jù)來(lái)臨時(shí)，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)必然陷于癱瘓的境地。

以上對(duì)影響配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施的主要條件進(jìn)行了一個(gè)羅列，而這些條件，恰恰就是制約配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的瓶頸問(wèn)題，是需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以重點(diǎn)關(guān)注的。

2 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)深度探討

由上文內(nèi)容可以看出：配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，并非是將已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)軟件進(jìn)行服務(wù)器安裝，將相關(guān)配電終端隨意找?guī)讉€(gè)地方進(jìn)行布置這么簡(jiǎn)單，它需要統(tǒng)籌兼顧（既考慮技術(shù)前瞻，又考慮實(shí)施難度），需要綜合平衡（既考慮效能，又考慮經(jīng)濟(jì)性），因此，從某種意義上講，配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)是一個(gè)全局性工作，其設(shè)計(jì)深度至關(guān)重要。

2.1 當(dāng)前存在的一些設(shè)計(jì)誤區(qū)

縱觀全國(guó)各地的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，有運(yùn)行一段時(shí)日的，也有剛剛起步的，但都或多或少都在以下幾個(gè)方面暴露出設(shè)計(jì)上的不足之處：

（1）片面追求相關(guān)設(shè)備的先進(jìn)性，導(dǎo)致全系統(tǒng)新老設(shè)備的不兼容和不穩(wěn)定。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周，造成通信通道容量受限，從而影響控制端與終端之間的互聯(lián)。

（3）系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)單一，且對(duì)可擴(kuò)展接口預(yù)留不足。

2.2 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

針對(duì)以上設(shè)計(jì)誤區(qū)，制定如下設(shè)計(jì)原則：

（1）改變以往“二次跟隨一次”的做法，做到“二次引領(lǐng)一次”，即從全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)角度，對(duì)轄區(qū)配電網(wǎng)進(jìn)行重新規(guī)劃，包括合理設(shè)置分段開(kāi)關(guān)、科學(xué)建設(shè)“手拉手”線路、適當(dāng)增加開(kāi)關(guān)站等。目的是使一次系統(tǒng)接線方式能靈活滿足各種正常或非正常運(yùn)行態(tài)勢(shì)，從而為有效發(fā)揮配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的“威力”奠定基礎(chǔ)。

（2）堅(jiān)決克服“畢其功于一役”的錯(cuò)誤理念，做好分步設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的打算。配網(wǎng)自動(dòng)化是一個(gè)超大系統(tǒng)，同時(shí)它的各項(xiàng)技術(shù)尚在不斷完善之中，想要一步到位建設(shè)完善是不切實(shí)際的。最主要的工作是摸清各方需求，制定總體框架和目標(biāo)，然后分片、分層進(jìn)行設(shè)計(jì)，并注意各階段之間的無(wú)縫銜接。

（3）由于配電網(wǎng)的復(fù)雜性，不能期待以某一種模式（如全網(wǎng)采用單一設(shè)備）來(lái)“一統(tǒng)天下”，而應(yīng)追尋多種模式的組合。

2.3 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容不厘清，勢(shì)必導(dǎo)致設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量低下，進(jìn)而影響配網(wǎng)自動(dòng)化的穩(wěn)步建設(shè)。經(jīng)過(guò)研究，現(xiàn)總結(jié)出以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的層次確定。一般而言，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)有2種結(jié)構(gòu)：一種是三層體系，包含主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)以及終端；另一種為兩層體系，即只含主站系統(tǒng)和終端。至于采用哪一種體系，需要根據(jù)配網(wǎng)規(guī)模來(lái)確定。

通常情況下，縣域及以下的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)因數(shù)據(jù)量不大，采用兩層結(jié)構(gòu)足矣。具體如圖1所示。

（2）配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站功能確定。主站系統(tǒng)是整個(gè)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的中樞，是關(guān)乎配網(wǎng)效益能否得到提升的核心。它應(yīng)具備可靠性、安全性和可擴(kuò)展性。雖然不同規(guī)模的配電網(wǎng)對(duì)主站模塊的配置要求不一樣，但以下幾個(gè)方面的功能應(yīng)該是所有主站都必須具備的，是設(shè)計(jì)人員對(duì)軟件開(kāi)發(fā)人員的最低要求。

圖1 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)兩層結(jié)構(gòu)

1）數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

2）統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如有功、無(wú)功、遙控次數(shù)等。

3）遙控和遙調(diào)，且具有防誤閉鎖功能。

4）圖形顯示、事件告警、事件順序記錄、事故追憶、報(bào)表打印、配電終端在線管理和配電通信網(wǎng)絡(luò)狀況監(jiān)視等。

5）網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。即當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能結(jié)合各類上傳信息，計(jì)算故障區(qū)域，并給出操作預(yù)案（這個(gè)可以看作配網(wǎng)自動(dòng)化第一階段應(yīng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)），或者直接控制終端設(shè)備發(fā)生開(kāi)、合變位（這個(gè)可以看作配網(wǎng)自動(dòng)化最終應(yīng)達(dá)到的目的）。

（3）信息量計(jì)算。設(shè)計(jì)人員只有在充分掌控信息量點(diǎn)數(shù)的前提下，才能進(jìn)行正確的通信設(shè)計(jì)，并合理配置交換機(jī)、光網(wǎng)絡(luò)單元等通信設(shè)備，以做到既不導(dǎo)致信道阻塞，又不使設(shè)備過(guò)于冗余。

（4）配電終端選型。要點(diǎn)是在保證各項(xiàng)必備功能（如“三遙”、定值遠(yuǎn)方修改、故障檢測(cè)等）的前提下，該終端能支持多種通信方式，且工作電源易于解決，并具有良好的抗雷擊、抗振動(dòng)以及抗電磁干擾的能力。

（5）一次設(shè)備選型。用于配網(wǎng)自動(dòng)化的一次設(shè)備不僅要滿足普通電氣設(shè)備所應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，還應(yīng)具備某種程度的“自動(dòng)化潛能”。

（6）通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。配網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵在于解決信息傳輸問(wèn)題，目前，可用的通信方式有光纖通信、載波通信和無(wú)線通信等。各種通信方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，也各有其適用市場(chǎng)，設(shè)計(jì)中就是要找到通信方式的合理組合，以期用最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的方式消除信息孤島。

關(guān)于（5）（6），筆者認(rèn)為它們是整個(gè)配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的核心，因此在下文予以單獨(dú)闡述。

3 一次設(shè)備選型問(wèn)題

在配網(wǎng)自動(dòng)化中，一次設(shè)備承擔(dān)著各種計(jì)算策略最終“自動(dòng)實(shí)現(xiàn)”的職能，因此其重要性是不言而喻的。

從總體上講，我們的配電網(wǎng)可分為城市型和農(nóng)村型2類。所謂城市型，即線路以電纜為主，且環(huán)網(wǎng)程度較高；所謂農(nóng)村型，即線路以架空線路為主，且“手拉手”程度較低。

這樣，我們進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)不同類型的線路，應(yīng)選用具有不同“自動(dòng)化潛能”的一次設(shè)備。

3.1 城市配網(wǎng)

在這類配網(wǎng)中，連接電纜的設(shè)備無(wú)疑就是各種環(huán)網(wǎng)柜。為了讓環(huán)網(wǎng)柜具有被遙控的能力，其操作機(jī)構(gòu)必須為電動(dòng)機(jī)構(gòu)，相應(yīng)地應(yīng)配置有低壓箱（包括二次元件燈、按鈕、中間繼電器、空氣開(kāi)關(guān)等）、分合閘線圈、輔助接點(diǎn)等。

3.2 農(nóng)村電網(wǎng)

農(nóng)村電網(wǎng)分2種情況：

（1）一種是偏遠(yuǎn)地區(qū)的單電源輻射式線路。對(duì)于這種線路，考慮到其故障的80%都為瞬時(shí)性故障，因此可采用重合器作為主要的一次設(shè)備。理由是重合器能夠?qū)λ矔r(shí)故障進(jìn)行及時(shí)切除，并且也能夠及時(shí)恢復(fù)供電，且不依賴于通信系統(tǒng)，這對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō)，既提高了供電可靠性，還不至于帶來(lái)大量投資（指通信建設(shè)費(fèi)）。

（2）另一種情況是擁有“手拉手”能力的線路。對(duì)于這些線路，考慮到其供電半徑多在5km以下，一般將主干線路進(jìn)行三開(kāi)關(guān)四分段布置（每個(gè)分段開(kāi)關(guān)均采用真空斷路器，可被遙控），對(duì)分支線路配置重合器，從而形成遠(yuǎn)方集中控制和分布式就地控制2種控制方式相結(jié)合的合理格局。

4 配網(wǎng)自動(dòng)化通信設(shè)計(jì)問(wèn)題

配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信的要求如下：

（1）穩(wěn)定可靠，具有自愈功能。

（2）組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)。

（3）具有雙向通信能力。

（4）安全性和實(shí)時(shí)性好。

就目前的通信方式看，最符合上述要求的當(dāng)屬光纖通信。它不但通信容量大，而且抗干擾和抗雷擊能力強(qiáng)。因此，作為骨干通信網(wǎng)，采用光纖方式是毫無(wú)疑問(wèn)的。具體來(lái)說(shuō)，就是采用以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)。EPON技術(shù)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，它由變電站側(cè)的OLT（光線路終端）、配電終端側(cè)的ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）組成。終端設(shè)備通過(guò)ONU的以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)與主站通信，傳遞電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息。

另外，我們也注意到：農(nóng)村配網(wǎng)中，極個(gè)別地區(qū)進(jìn)行光纜敷設(shè)是困難的或得不償失的，對(duì)于這種情況，就要視通信距離的長(zhǎng)短分別采用載波通信方式或通用分組無(wú)線電業(yè)務(wù)方式。

5 結(jié)語(yǔ)

10kV配網(wǎng)是整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中“承上啟下”的一環(huán)，實(shí)現(xiàn)這個(gè)層面的自動(dòng)化意義重大。進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)浩大的工程，需要充分考慮配網(wǎng)結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備改造、通信系統(tǒng)架設(shè)等復(fù)雜問(wèn)題，需要在實(shí)踐中不斷研究和改進(jìn)。

［1］李志永.10kV配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［J］.科技風(fēng)，2012（23）

［2］葛永亮，繆剛，李慶彪.配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中EPON技術(shù)的應(yīng)用［J］.電氣技術(shù)，2013（7）

［3］袁海星.配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問(wèn)題探討［J］.北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（11）