县区级配网自动化系统的研究与应用

海宁市金能电力实业有限公司 宋 莲 施诚羽

县区级配网自动化系统的研究与应用

海宁市金能电力实业有限公司 宋 莲 施诚羽

围绕县区级配网自动化的实施方案，对其建设的必要性和可行性进行了研究分析，提出了县区级配网自动化建设的目标。同时结合县区级配电网的特点，对县区级配网自动化实施的建设步骤、系统建设等问题进行了规划和分析，提出了县区级配网自动化的建设意见以及对原有配电网进行一、二次改造的建议。

配网自动化；县区级；改造

引言

“十三五”时期是全面建成小康社会的决胜阶段，我国将在创新、协调、绿色、开放、共享的新发展观念下进一步实现工业化、信息化、城镇化、市场化和国际化。新的五年中，随着经济的快速发展及城市化的快速推进，用电量将大幅度增加，许多电力设备面临高负荷运转的局面，频发的自然灾害如东南沿海的台风、东北地区的暴风雪、四川云南的地震等也对电力系统提出了严峻的挑战，电力系统的安全问题已迫在眉睫。近年来，随着配网自动化水平的不断提升，电网保持正常运行逐渐成为了可能，但仍存在大部分县区级配电网发展落后，无法满足供电能力和供电质量的新要求，还存在着很多亟待解决的问题：①普遍存在线路重载和轻载、开关站间隔浪费或紧缺的两极化现象；②线路发生故障时，不能及时完成故障点的自动隔离和恢复供电，对用户造成较大的影响；③电网谐波含量高，部分变压器三相负荷严重不平衡，变压器损耗大等。

1.配网自动化概述

1.1 概念

所谓配电自动化系统，是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。

1.2 县区级配网自动化的功能

在我国，县区级供电单位主要负责35kV以下中、低压配电网的运行管理，所以县区级配网自动化要实现的主要功能就是中、低压配电网的运行和管理自动化功能。

1.2.1 中、低压配电网运行自动化功能

①数据采集与监控功能：调度人员可通过SCADA系统实时监视配电网设备运行状态并进行远程操作和调节；②故障自动隔离及恢复供电：配电网发生故障时能自动定位线路故障点并隔离故障区域，恢复非故障区域的供电，以缩小停电范围和缩短停电时间；③电压及无功管理：通过自动调整变压器分接头档位，控制无功补偿的投切以达到供电电压合格及线损最小的目的；④负荷管理：根据用户的用电量、分时电价以及供暖特征等综合分析，确定最优运行和负荷控制计划，对负荷进行监视、管理和控制。⑤自动读表：通过通信手段读取远方用户电表的相关数据，并对数据进行存储、统计及分析，生成电费报表和曲线，支持分时电价的实施，加强对客户用电的管理和服务。

1.2.2 中、低压配电网管理自动化功能

①设备管理：通过绘图工具将变电站、馈线、变压器、断路器等设备的技术数据反映在地理背景图上，支持设备档案的计算机检索、调阅等；②用户信息管理：CIS对用户名称、地址、账号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录等进行处理，便于迅速判断故障的影响范围；③检修管理：在设备档案管理的基础上，制定科学的检修计划，对检修工作票、倒闸操作票、检修过程进行计算机管理，提高检修水平和工作效率；④停电管理：在接到停电投诉后迅速查明故障地点和影响范围，选择合理的操作顺序和路径，达到减少停电范围，缩短停电时间，提高用户服务质量的目的。

1.3 县区级配网自动化的结构

县区级配电网自动化系统主要由配电主站控制中心、远方测控终端和通信三部分组成。

1.3.1 主站

主站由一系列工作站、服务器、网络设备和高级应用软件等组成，主要负责采集、管理整个系统中区域工作站（子站）传上来的数据并负责数据的处理、存储、远方的控制、事故的报警隔离、无故障区域的供电恢复，完成配网信息的管理和维护。

1.3.2 终端

配网自动化终端主要安装在环网室（箱）、柱上开关、配电变压器等处，分为馈线远方终端FTU、站所远方终端DTU和配电变压器远方终端TTU三大类，主要负责采集配电网设备的各种实时数据信息，并执行上级下发的控制命令。

1.3.3 通信

通信部分由通信主机、适配器和通信介质等组成，提供现场终端与配电自动化主站之间的通信通道。

2.县区级配网自动化的可行性研究

我国西北地区是电能净输出的区域，能源资源丰富，用电量需求相对较小，电能足而有余。相对的，东南沿海地区经济发展较快，电网建设密集，但能源资源贫乏，难以支撑现在的社会经济发展模式，容易出现重载甚至超载，电网改造亟待解决。“十二五”期间通过对城乡电网的升级改造，电网健康水平大大提高，倒负荷方案选择性变大，且东南沿海县区级配电网网架相对稳定、电缆化程度较高、负荷变化区间和负荷分布性变动不大，电网建设相对成熟，已具备配网自动化改造的条件。

2.1 县区级配网自动化改造有利之处

①配电网已普遍实现环网供电方式，且分段联络合理，网架不需要大规模改造；②电网结构成熟，负荷及负荷分布稳定；③大部分环网室（箱）已预留DTU安装的空间及接口；④已完成的试点地区配网自动化建设为新的五年规划提供了良好的发展建设方向等。

2.2 县区级配网自动化建设不利之处

①大部分环网柜和开关不具备电动操作的条件，不利于自动化建设实施；②部分线路存在分支线路规模较大、负荷集中在分支线路的情况；③供电单位运行维护经验不足、相关运行维护制度不健全；④规划区电缆管道未预留二次电缆及通信专用管道等。

3.县区级配网自动化的实现

3.1 县区级配网自动化建设

3.1.1 主站

县区级配网自动化主站系统建设包含硬件和软件两个主要内容，其中硬件系统配置采用分布式结构，包含工作站、服务器、主站局域网、对时装置GPS等；软件系统分为应用层、数据层、管理层、平台层。

3.1.2 终端

馈线远方终端FTU为“二遥”终端，安装在馈线回路的柱上等处，采集开关状态及线路的电流等信息，依靠自身的保护逻辑实现对故障定位与隔离；

站所远方终端DTU为“二遥”、“三遥”终端，安装在馈线回路的环网室（箱）和配电站等处，采集开关状态及故障信息，依赖于与主站通信分析确定故障范围，并执行主站下发的遥控命令实现故障隔离与非故障区域恢复供电；

配电变压器远方终端TTU为“一遥”终端，安装在配电变压器、箱式变电站旁，采集配变的负荷信息。

3.1.3 通信

在县区级配网自动化的建设中，通信方式是非常重要的一个环节，我们应在满足通信网络要求的前提下，结合县区级配网自动化特点及经济性等综合分析，确定最合理的配置方案。

3.1.3.1 主站通信

主站内通信采用主备双网结构，由交换机连接服务器和主网计算机结点，管理信息网的网上结点，包括配电设备服务器、GIS服务器、配电管理工作站等。

3.1.3.2 主站与子站通信

主站与子站之间信息量大、实时性要求高，但节点相对不多，采用光纤通信网络。

3.1.3.3 子站与配电终端通信

子站到配电终端的距离较远，采用单/双以太网，通过光纤发生器与连接DTU、FTU的单模光纤自愈双环网相连。

3.1.3.4 用电终端通信

用电终端由低压配电线载波或屏蔽双绞线将信息送至就近的“集中器”，或采用GPRS/CDMA通信方式。

3.2 县区级配电网改造

实现县区级配电网自动化是一项综合性较强的工程，应具备较为完善的城市规划及电源路径分布以及各种较为先进的设备，要按照以上建设方案实现配网自动化并综合考虑社会经济效益，对原有配电网及设备的升级改造也是其中重要的工作。

3.2.1 一次部分改造

3.2.1.1 供电方式

目前县区级配电网供电方式主要有单回路供电、双回路供电、单环网供电、双环网供电等，单回路供电的可靠性差、双回路供电存在线路浪费的问题。在县区级配网自动化改造中，为了实现在不浪费线路资源的前提下能够尽快恢复非故障区域的供电，线路间应具备相互联络的条件且线路供电能力应满足规划期负荷增长和负荷转带的需要。因此，对采用单回路供电和双回路供电的电网应进行环网改造。

3.2.1.2 设备改造

①需要进行自动化改造的线路应安装或更换自动化开关，主干线上每台自动化开关配置2台PT和三相CT，分别作为检测断线故障和测量电流用；②环网室（箱）内每段母线应安装1台PT柜，用于测量电压或提供220V电源；对进线环网柜加装电动机构、CT以实现“三遥”，对出线环网柜加装故障指示仪，并将信息接入DTU以实现“一遥”；③户外的配电设备安装蓄电池以维持停电后的运行需求，并配置充电器与逆变器，环网室（箱）和配电站内可配置所用变，作为可靠的站用电源。

3.2.2 二次部分改造

二次改造是在原有一次设备基础上进行的，应对原有设备进行彻底排查，对不能满足要求的设备需要安排及时改造升级或者更换处理。主要工作是在一次设备改造的基础上加装继电器，引出遥控、遥信接点；与现场开关状态和现场分合闸接触器回路的辅助触点连接，敷设二次控制电缆，改造二次设备的接线及闭锁等；建设规划区内二次电缆通道和通信专用管道以保证控制电缆和光纤网络的组建。

4.结论

本文围绕县区级配网自动化的实施方案，对其必要性和可行性进行了研究分析，论文的主要工作和取得的研究成果包括：①重点分析了实现配网自动化的必要性，提出了县区级配网自动化建设的目标，为县区级配网自动化项目的规划实施等提供了有价值的指导；②对县区级配网自动化实现的可行性进行了重点分析，明确了县区级配网自动化的结构规划及实现手段；③对县区级配网自动化实施的建设步骤、系统建设等问题进行了规划和分析，提出了县区级配电网建设的意见以及对原有电网进行一、二次改造的建议。

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