縣區(qū)級配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

海寧市金能電力實業(yè)有限公司 宋 蓮 施誠羽

縣區(qū)級配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

海寧市金能電力實業(yè)有限公司 宋 蓮 施誠羽

圍繞縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的實施方案，對其建設(shè)的必要性和可行性進行了研究分析，提出了縣區(qū)級配網(wǎng)自動化建設(shè)的目標。同時結(jié)合縣區(qū)級配電網(wǎng)的特點，對縣區(qū)級配網(wǎng)自動化實施的建設(shè)步驟、系統(tǒng)建設(shè)等問題進行了規(guī)劃和分析，提出了縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的建設(shè)意見以及對原有配電網(wǎng)進行一、二次改造的建議。

配網(wǎng)自動化；縣區(qū)級；改造

引言

“十三五”時期是全面建成小康社會的決勝階段，我國將在創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展觀念下進一步實現(xiàn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化和國際化。新的五年中，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展及城市化的快速推進，用電量將大幅度增加，許多電力設(shè)備面臨高負荷運轉(zhuǎn)的局面，頻發(fā)的自然災(zāi)害如東南沿海的臺風、東北地區(qū)的暴風雪、四川云南的地震等也對電力系統(tǒng)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)的安全問題已迫在眉睫。近年來，隨著配網(wǎng)自動化水平的不斷提升，電網(wǎng)保持正常運行逐漸成為了可能，但仍存在大部分縣區(qū)級配電網(wǎng)發(fā)展落后，無法滿足供電能力和供電質(zhì)量的新要求，還存在著很多亟待解決的問題：①普遍存在線路重載和輕載、開關(guān)站間隔浪費或緊缺的兩極化現(xiàn)象；②線路發(fā)生故障時，不能及時完成故障點的自動隔離和恢復(fù)供電，對用戶造成較大的影響；③電網(wǎng)諧波含量高，部分變壓器三相負荷嚴重不平衡，變壓器損耗大等。

1.配網(wǎng)自動化概述

1.1 概念

所謂配電自動化系統(tǒng)，是利用現(xiàn)代電子、計算機、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進行信息集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。

1.2 縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的功能

在我國，縣區(qū)級供電單位主要負責35kV以下中、低壓配電網(wǎng)的運行管理，所以縣區(qū)級配網(wǎng)自動化要實現(xiàn)的主要功能就是中、低壓配電網(wǎng)的運行和管理自動化功能。

1.2.1 中、低壓配電網(wǎng)運行自動化功能

①數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能：調(diào)度人員可通過SCADA系統(tǒng)實時監(jiān)視配電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)并進行遠程操作和調(diào)節(jié)；②故障自動隔離及恢復(fù)供電：配電網(wǎng)發(fā)生故障時能自動定位線路故障點并隔離故障區(qū)域，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，以縮小停電范圍和縮短停電時間；③電壓及無功管理：通過自動調(diào)整變壓器分接頭檔位，控制無功補償?shù)耐肚幸赃_到供電電壓合格及線損最小的目的；④負荷管理：根據(jù)用戶的用電量、分時電價以及供暖特征等綜合分析，確定最優(yōu)運行和負荷控制計劃，對負荷進行監(jiān)視、管理和控制。⑤自動讀表：通過通信手段讀取遠方用戶電表的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、統(tǒng)計及分析，生成電費報表和曲線，支持分時電價的實施，加強對客戶用電的管理和服務(wù)。

1.2.2 中、低壓配電網(wǎng)管理自動化功能

①設(shè)備管理：通過繪圖工具將變電站、饋線、變壓器、斷路器等設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)反映在地理背景圖上，支持設(shè)備檔案的計算機檢索、調(diào)閱等；②用戶信息管理：CIS對用戶名稱、地址、賬號、電話、用電量和負荷、供電優(yōu)先級、停電記錄等進行處理，便于迅速判斷故障的影響范圍；③檢修管理：在設(shè)備檔案管理的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)的檢修計劃，對檢修工作票、倒閘操作票、檢修過程進行計算機管理，提高檢修水平和工作效率；④停電管理：在接到停電投訴后迅速查明故障地點和影響范圍，選擇合理的操作順序和路徑，達到減少停電范圍，縮短停電時間，提高用戶服務(wù)質(zhì)量的目的。

1.3 縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的結(jié)構(gòu)

縣區(qū)級配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要由配電主站控制中心、遠方測控終端和通信三部分組成。

1.3.1 主站

主站由一系列工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和高級應(yīng)用軟件等組成，主要負責采集、管理整個系統(tǒng)中區(qū)域工作站（子站）傳上來的數(shù)據(jù)并負責數(shù)據(jù)的處理、存儲、遠方的控制、事故的報警隔離、無故障區(qū)域的供電恢復(fù)，完成配網(wǎng)信息的管理和維護。

1.3.2 終端

配網(wǎng)自動化終端主要安裝在環(huán)網(wǎng)室（箱）、柱上開關(guān)、配電變壓器等處，分為饋線遠方終端FTU、站所遠方終端DTU和配電變壓器遠方終端TTU三大類，主要負責采集配電網(wǎng)設(shè)備的各種實時數(shù)據(jù)信息，并執(zhí)行上級下發(fā)的控制命令。

1.3.3 通信

通信部分由通信主機、適配器和通信介質(zhì)等組成，提供現(xiàn)場終端與配電自動化主站之間的通信通道。

2.縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的可行性研究

我國西北地區(qū)是電能凈輸出的區(qū)域，能源資源豐富，用電量需求相對較小，電能足而有余。相對的，東南沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較快，電網(wǎng)建設(shè)密集，但能源資源貧乏，難以支撐現(xiàn)在的社會經(jīng)濟發(fā)展模式，容易出現(xiàn)重載甚至超載，電網(wǎng)改造亟待解決?！笆濉逼陂g通過對城鄉(xiāng)電網(wǎng)的升級改造，電網(wǎng)健康水平大大提高，倒負荷方案選擇性變大，且東南沿?？h區(qū)級配電網(wǎng)網(wǎng)架相對穩(wěn)定、電纜化程度較高、負荷變化區(qū)間和負荷分布性變動不大，電網(wǎng)建設(shè)相對成熟，已具備配網(wǎng)自動化改造的條件。

2.1 縣區(qū)級配網(wǎng)自動化改造有利之處

①配電網(wǎng)已普遍實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電方式，且分段聯(lián)絡(luò)合理，網(wǎng)架不需要大規(guī)模改造；②電網(wǎng)結(jié)構(gòu)成熟，負荷及負荷分布穩(wěn)定；③大部分環(huán)網(wǎng)室（箱）已預(yù)留DTU安裝的空間及接口；④已完成的試點地區(qū)配網(wǎng)自動化建設(shè)為新的五年規(guī)劃提供了良好的發(fā)展建設(shè)方向等。

2.2 縣區(qū)級配網(wǎng)自動化建設(shè)不利之處

①大部分環(huán)網(wǎng)柜和開關(guān)不具備電動操作的條件，不利于自動化建設(shè)實施；②部分線路存在分支線路規(guī)模較大、負荷集中在分支線路的情況；③供電單位運行維護經(jīng)驗不足、相關(guān)運行維護制度不健全；④規(guī)劃區(qū)電纜管道未預(yù)留二次電纜及通信專用管道等。

3.縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的實現(xiàn)

3.1 縣區(qū)級配網(wǎng)自動化建設(shè)

3.1.1 主站

縣區(qū)級配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)建設(shè)包含硬件和軟件兩個主要內(nèi)容，其中硬件系統(tǒng)配置采用分布式結(jié)構(gòu)，包含工作站、服務(wù)器、主站局域網(wǎng)、對時裝置GPS等；軟件系統(tǒng)分為應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、管理層、平臺層。

3.1.2 終端

饋線遠方終端FTU為“二遙”終端，安裝在饋線回路的柱上等處，采集開關(guān)狀態(tài)及線路的電流等信息，依靠自身的保護邏輯實現(xiàn)對故障定位與隔離；

站所遠方終端DTU為“二遙”、“三遙”終端，安裝在饋線回路的環(huán)網(wǎng)室（箱）和配電站等處，采集開關(guān)狀態(tài)及故障信息，依賴于與主站通信分析確定故障范圍，并執(zhí)行主站下發(fā)的遙控命令實現(xiàn)故障隔離與非故障區(qū)域恢復(fù)供電；

配電變壓器遠方終端TTU為“一遙”終端，安裝在配電變壓器、箱式變電站旁，采集配變的負荷信息。

3.1.3 通信

在縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的建設(shè)中，通信方式是非常重要的一個環(huán)節(jié)，我們應(yīng)在滿足通信網(wǎng)絡(luò)要求的前提下，結(jié)合縣區(qū)級配網(wǎng)自動化特點及經(jīng)濟性等綜合分析，確定最合理的配置方案。

3.1.3.1 主站通信

主站內(nèi)通信采用主備雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由交換機連接服務(wù)器和主網(wǎng)計算機結(jié)點，管理信息網(wǎng)的網(wǎng)上結(jié)點，包括配電設(shè)備服務(wù)器、GIS服務(wù)器、配電管理工作站等。

3.1.3.2 主站與子站通信

主站與子站之間信息量大、實時性要求高，但節(jié)點相對不多，采用光纖通信網(wǎng)絡(luò)。

3.1.3.3 子站與配電終端通信

子站到配電終端的距離較遠，采用單/雙以太網(wǎng)，通過光纖發(fā)生器與連接DTU、FTU的單模光纖自愈雙環(huán)網(wǎng)相連。

3.1.3.4 用電終端通信

用電終端由低壓配電線載波或屏蔽雙絞線將信息送至就近的“集中器”，或采用GPRS/CDMA通信方式。

3.2 縣區(qū)級配電網(wǎng)改造

實現(xiàn)縣區(qū)級配電網(wǎng)自動化是一項綜合性較強的工程，應(yīng)具備較為完善的城市規(guī)劃及電源路徑分布以及各種較為先進的設(shè)備，要按照以上建設(shè)方案實現(xiàn)配網(wǎng)自動化并綜合考慮社會經(jīng)濟效益，對原有配電網(wǎng)及設(shè)備的升級改造也是其中重要的工作。

3.2.1 一次部分改造

3.2.1.1 供電方式

目前縣區(qū)級配電網(wǎng)供電方式主要有單回路供電、雙回路供電、單環(huán)網(wǎng)供電、雙環(huán)網(wǎng)供電等，單回路供電的可靠性差、雙回路供電存在線路浪費的問題。在縣區(qū)級配網(wǎng)自動化改造中，為了實現(xiàn)在不浪費線路資源的前提下能夠盡快恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，線路間應(yīng)具備相互聯(lián)絡(luò)的條件且線路供電能力應(yīng)滿足規(guī)劃期負荷增長和負荷轉(zhuǎn)帶的需要。因此，對采用單回路供電和雙回路供電的電網(wǎng)應(yīng)進行環(huán)網(wǎng)改造。

3.2.1.2 設(shè)備改造

①需要進行自動化改造的線路應(yīng)安裝或更換自動化開關(guān)，主干線上每臺自動化開關(guān)配置2臺PT和三相CT，分別作為檢測斷線故障和測量電流用；②環(huán)網(wǎng)室（箱）內(nèi)每段母線應(yīng)安裝1臺PT柜，用于測量電壓或提供220V電源；對進線環(huán)網(wǎng)柜加裝電動機構(gòu)、CT以實現(xiàn)“三遙”，對出線環(huán)網(wǎng)柜加裝故障指示儀，并將信息接入DTU以實現(xiàn)“一遙”；③戶外的配電設(shè)備安裝蓄電池以維持停電后的運行需求，并配置充電器與逆變器，環(huán)網(wǎng)室（箱）和配電站內(nèi)可配置所用變，作為可靠的站用電源。

3.2.2 二次部分改造

二次改造是在原有一次設(shè)備基礎(chǔ)上進行的，應(yīng)對原有設(shè)備進行徹底排查，對不能滿足要求的設(shè)備需要安排及時改造升級或者更換處理。主要工作是在一次設(shè)備改造的基礎(chǔ)上加裝繼電器，引出遙控、遙信接點；與現(xiàn)場開關(guān)狀態(tài)和現(xiàn)場分合閘接觸器回路的輔助觸點連接，敷設(shè)二次控制電纜，改造二次設(shè)備的接線及閉鎖等；建設(shè)規(guī)劃區(qū)內(nèi)二次電纜通道和通信專用管道以保證控制電纜和光纖網(wǎng)絡(luò)的組建。

4.結(jié)論

本文圍繞縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的實施方案，對其必要性和可行性進行了研究分析，論文的主要工作和取得的研究成果包括：①重點分析了實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的必要性，提出了縣區(qū)級配網(wǎng)自動化建設(shè)的目標，為縣區(qū)級配網(wǎng)自動化項目的規(guī)劃實施等提供了有價值的指導(dǎo)；②對縣區(qū)級配網(wǎng)自動化實現(xiàn)的可行性進行了重點分析，明確了縣區(qū)級配網(wǎng)自動化的結(jié)構(gòu)規(guī)劃及實現(xiàn)手段；③對縣區(qū)級配網(wǎng)自動化實施的建設(shè)步驟、系統(tǒng)建設(shè)等問題進行了規(guī)劃和分析，提出了縣區(qū)級配電網(wǎng)建設(shè)的意見以及對原有電網(wǎng)進行一、二次改造的建議。

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