關(guān)于建設(shè)穩(wěn)定實用的配電自動化系統(tǒng)的思考

袁欽成

（中國電力科學(xué)研究院北京科銳配電自動化股份有限公司，北京 100085）

1 引言

配電自動化技術(shù)國際上是從20世紀(jì)70年代才開始應(yīng)用的，目前還在不斷發(fā)展和完善之中。國內(nèi)從20世紀(jì)90年代后期開始局部試點，取得了一定的經(jīng)驗，也有不少教訓(xùn)。其中比較引人關(guān)注的問題主要是配電自動化系統(tǒng)的實用性和穩(wěn)定性問題。本文結(jié)合10多年來的配網(wǎng)自動化工程實踐，探討配電自動化工程實施中的一些關(guān)鍵問題，從實用化的角度提出一些配電自動化的方案建議，供電力系統(tǒng)有關(guān)部門在進行配電自動化系統(tǒng)的規(guī)劃和實施時參考。

2 已有的配電自動化系統(tǒng)存在的一些主要問題

（1）追求配電自動化系統(tǒng)的大而全，系統(tǒng)投資很高、經(jīng)濟性不好

20世紀(jì)90年代末，隨著城網(wǎng)改造，一些配網(wǎng)自動化系統(tǒng)缺少規(guī)劃，匆忙上馬，缺少針對性，什么功能都想要，什么系統(tǒng)都想上，又缺少仔細規(guī)劃和協(xié)調(diào)，導(dǎo)致一些自動化系統(tǒng)投資不少，但實用的功能不多，因此顯出投資與回報不平衡，系統(tǒng)性價比差，經(jīng)濟性不好。

（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致可靠性低、同時維護困難。大多數(shù)供電局配網(wǎng)運行人員的技術(shù)水平不適應(yīng)一些自動化系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性的要求，在標(biāo)準(zhǔn)化程度不夠高的情況下，多個不同的自動化系統(tǒng)集成也不成功。由于系統(tǒng)涵蓋的技術(shù)專業(yè)面比較寬，而配網(wǎng)運行部門又缺乏相應(yīng)的高水平技術(shù)人員，所以導(dǎo)致系統(tǒng)維護困難，或者缺少維護人員甚至沒有人去維護。

（3）通信瓶頸問題

在過去已有的配電自動化系統(tǒng)中，通信是個瓶頸問題。往往由于通信通道故障而導(dǎo)致已有的系統(tǒng)運行效果不理想，甚至癱瘓。

很多系統(tǒng)選擇了光纖通信，但由于配網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致配網(wǎng)的光纖通信通道復(fù)雜，特別是延線路鋪設(shè)的光纜運行環(huán)境也不好，所以光纖通道經(jīng)常由于物理損傷而中斷。往往在一個供電局內(nèi)配網(wǎng)線路上的通信通道缺少專業(yè)隊伍和專業(yè)人員維護，故障一多，久而久之通信就癱瘓了。通信的癱瘓也導(dǎo)致了很多依賴通道的自動化功能失效。

（4）故障處理的原則問題

故障處理是配電自動化的一個重要內(nèi)容，很多系統(tǒng)故障處理方式是單一的主站集中控制的處理模式，而主站集中處理模式能完成故障處理的條件是：①通信信道完好；②主站計算機軟硬件系統(tǒng)穩(wěn)定正常；③故障處理基于計算機上的配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場一致；④現(xiàn)場FTU設(shè)備和通信裝置運行正常。

上述4個要素經(jīng)常不能同時滿足，特別是對于規(guī)模較大的系統(tǒng)更是如此，這也導(dǎo)致絕大多數(shù)系統(tǒng)的配網(wǎng)故障自動處理功能在運行一段時間后就失效了。

3 建設(shè)新的配電自動化系統(tǒng)應(yīng)該考慮的原則

總原則：穩(wěn)定可靠、實用、先進性與經(jīng)濟性相結(jié)合。

（1）穩(wěn)定可靠需要從兩個方面考慮：一方面是系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，另一個方面是設(shè)備的穩(wěn)定可靠。

要保證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜，系統(tǒng)在設(shè)計時就必須考慮各種情況下的可靠性。主站系統(tǒng)在設(shè)計時要考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰、簡單、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，以保證系統(tǒng)各模塊的穩(wěn)定性和系統(tǒng)集成時的穩(wěn)定性。

對于配網(wǎng)的故障處理（故障自動隔離、自動轉(zhuǎn)供和恢復(fù)供電）原則應(yīng)該考慮在各種運行狀態(tài)下故障處理的可靠性。因此最適當(dāng)?shù)墓收咸幚淼目刂圃瓌t應(yīng)該是：①故障盡可能就地處理；②分層分布式控制：局部故障局部處理（一個電氣環(huán)內(nèi)的開關(guān)自己互相協(xié)；③集中控制和分布式控制相結(jié)合。

故障處理的目標(biāo)是：停電范圍最小、停電時間最短。

中國大多數(shù)配網(wǎng)是簡單的手拉手環(huán)網(wǎng)，采用分布式智能控制原理很容易實現(xiàn)故障的就地處理，而它不依賴于主站和通信系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的可靠性大大提高。

從實用性要求角度看，運行單位要因地制宜，根據(jù)各單位的特點選擇最適合本單位的自動方案來實施。需要綜合考慮現(xiàn)有配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備情況、資金規(guī)模等選擇最能見效的方案實施。比如某些地方只需要故障指示和定位，某些地方只需要故障定位和隔離和基本監(jiān)測，某些地方需要三遙。而主站也可以分為兩大功能：配網(wǎng)實時監(jiān)控自動化和配電管理自動化，既可以考慮同步實施，又可以考慮分步實施。但必須綜合規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮各方案的特點，可以分步、分期實施、逐步升級。

（3）先進性

先進性是指系統(tǒng)設(shè)計理念的先進性，系統(tǒng)規(guī)劃有前瞻性，使用穩(wěn)定有效的先進技術(shù)設(shè)備，但不應(yīng)該理解為就只是使用最新的技術(shù)和設(shè)備。實際上有些新技術(shù)由于缺少時間驗證可能反而是不穩(wěn)定的因素，所以應(yīng)平衡兩者的關(guān)系。

（4）如果該系統(tǒng)綜合考慮了穩(wěn)定可靠、實用和先進性，該系統(tǒng)的經(jīng)濟性自然就不會差。

4 幾種配電自動化系統(tǒng)的方案介紹

（1）方案一：故障指示器和故障遠程指示的故障定位系統(tǒng)（電力系統(tǒng)、架空系統(tǒng)）。

目的：實現(xiàn)故障的快速定位，減少故障巡查和故障處理時間。

設(shè)備：故障指示器＋通信終端。

傳統(tǒng)的管理模式已跟不上電力發(fā)展的要求，安全工器具管理制度不完善，使得安全工器具的入庫存放、出庫使用、檢測維修等方面得不到細致的管理，并且沒有對安全工器具的具體情況進行相應(yīng)的記錄；管理體系中存在很多不足，例如素質(zhì)水平低，考核制度缺乏，運作效率低等。

特點：不需要改造一次設(shè)備、投資省、見效快、容易實施、容易推廣。

安裝故障指示器是近年來供電部門使用的一種有效地指示故障位置的手段。故障指示器是一種安裝在電力線（架空線，電纜及母排）上，指示故障電流通路的裝置。大多數(shù)故障指示器僅可以指示短路故障，它通過檢測短路電流的特征來判別短路故障，通過在分支點和用戶進線等處安裝短路故障指示器，可以在故障后借助于指示器的指示，迅速確定故障分支和區(qū)段，大幅度減少了尋找故障點的時間，有利于快速排除故障，恢復(fù)正常供電，提高了供電的可靠性。近年來，還發(fā)展了具有同時檢測單相接地故障和相間短路故障的二合一故障指示器，使得指示器的功能進一步擴展。在此基礎(chǔ)上配合安裝一定數(shù)量的通信終端，可以將故障指示器的動作狀態(tài)發(fā)送到控制中心，在控制中心的計算機地理圖上或單線圖上直接定位故障點，大大提高了故障指示器定位故障的自動化程度和故障處理效率，是一種最經(jīng)濟實用的自動化方案。故障指示器技術(shù)和故障自動定位技術(shù)也是在德國等歐洲國家和美國等廣泛使用的自動化技術(shù)。

（2）方案二：在故障定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級的二遙系統(tǒng)

目的：實現(xiàn)實現(xiàn)故障的快速定位，減少故障巡查和故障處理時間；實時監(jiān)測電流和開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)對電網(wǎng)的基本監(jiān)測。

設(shè)備：故障指示器＋監(jiān)測終端。

特點： 不需要改造現(xiàn)有一次設(shè)備、投資省、見效快、容易實施、容易推廣。

在故障自動定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加線路電流的測量和監(jiān)測，在很多情況下可以更進一步的滿足我們對配網(wǎng)的基本監(jiān)測要求。而利用故障指示器本身作為電流測量探頭，正常情況下監(jiān)測負荷電流并定時上送，故障情況下檢測故障電流并給出故障指示的技術(shù)已經(jīng)獲得突破，將大大提高該自動化方案的實用性，使得我們不需要對現(xiàn)有任何一次設(shè)備進行改造，即可實現(xiàn)對配網(wǎng)的兩遙監(jiān)測（遙測、遙信）。

（3）方案三：分布式智能控制方案

目的：實現(xiàn)故障自動隔離和自動轉(zhuǎn)供電。

設(shè)備：電動開關(guān)＋智能控制器。

特點：投資省、見效快、可靠性高、不需要通信。

這是在原來的電壓分斷器、電流分斷器、重合器技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展出了的一種技術(shù)。通過給電動負荷開關(guān)、斷路器配置一臺智能自動化裝置，綜合監(jiān)測線路電流、開關(guān)兩側(cè)電壓、結(jié)合開關(guān)狀態(tài)的檢測，在故障情況下可以自主判斷故障位置，自動跳開故障區(qū)段的兩側(cè)開關(guān)，自動合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實現(xiàn)故障區(qū)段的自動隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。在增加通信裝置后，可以自動升級為標(biāo)準(zhǔn)的FTU，實現(xiàn)三遙（遙測、遙信、遙控）功能，比較適合手拉手供電的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)使用。

（4）方案四：網(wǎng)絡(luò)式保護＋分布式智能控制方案

目的：實現(xiàn)故障的就地清除，故障時變電站不跳閘；同時實現(xiàn)故障自動隔離和自動轉(zhuǎn)供電。

設(shè)備：電動開關(guān)＋智能控制器＋局部通信。

特點：停電范圍最小、停電時間最短、效率高、投資省、見效快、可靠性高。

這是在上述方案的基礎(chǔ)上，增加局部光纖通信，環(huán)網(wǎng)內(nèi)的各FTU互相交互信息，在故障后毫秒級的時間內(nèi)直接跳開離故障點最近的兩側(cè)開關(guān)，變電站出線開關(guān)不需要跳閘，使得停電區(qū)域最小，同時聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動合閘轉(zhuǎn)供，保證停電時間最短。適合具有光纖通信通道的場合。特別需要說明的是，即使在網(wǎng)絡(luò)通信失效的情況下，該環(huán)網(wǎng)中的設(shè)備也會自動轉(zhuǎn)為方案三工作，從而保證故障處理的功能不會喪失。

（5）方案五：實用SCADA主站＋網(wǎng)絡(luò)式保護＋分布式智能控制＋故障指示器定位

目的：實現(xiàn)目的1、2、3、4，同時可對關(guān)鍵位置和設(shè)備進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)三遙。

設(shè)備：故障指示器＋電動開關(guān)＋智能控制器＋必要的通信通道＋實用的主站計算機系統(tǒng)軟硬件。

特點：①故障可以定位到分支和區(qū)段；②但大多數(shù)場合不需要改造現(xiàn)有一次設(shè)備，經(jīng)濟性好；③故障處理以就地為主、主站為后備，可靠性高；④只在關(guān)鍵位置實施三遙，投資不大；⑤主站根據(jù)需要選擇功能、決定規(guī)模，投資小、實用，也滿足調(diào)度自動化要求。

上述幾種自動化方案既可以獨立實施，也可以組合實施，各單位根據(jù)自己的實際情況選擇。通信通道也可以根據(jù)需要選擇，比如在只需要一遙和兩遙的地方使用GSM/GPRS通信，在需要三遙的地方使用光纖通信。

5 實用的配電自動化系統(tǒng)的終端設(shè)備要求

（1）配電自動化終端是自動化系統(tǒng)中的末端設(shè)備，負責(zé)信息的上傳和接收。由于自動化方案的不同，故可以根據(jù)需求不同選擇配置不同功能的終端，以滿足實用的要求。

（2）終端設(shè)備應(yīng)采用的模塊化的設(shè)計要求，以方便維護、更換、升級。

（3）終端設(shè)備的電源解決方案。

1）沒有交流電源的問題

一般三遙終端需要進行開關(guān)的電動操作，因此需要的電源功率相對較大，在沒有 220V交流電源的場合，可以使用 PT供電，由于只需要幾十伏安的功率，所以一般 PT即可以滿足電源要求，同時也可以作為電壓測量信號使用。

對于只需要一遙系統(tǒng)的場合，終端可以使用低功耗的設(shè)計技術(shù)，從而可以使用CT作為主供電源，尤其是電纜系統(tǒng)中安裝開口的套管CT很容易實現(xiàn)。而在架空系統(tǒng)中外加套管 CT不容易實現(xiàn)，可以使用太陽能電池作為主供電源。

2）后備電源的問題

一般使用蓄電池作為后備電源，但蓄電池壽命有限，尤其是戶外，因此存在定期維護的問題。對于不需要交流停電后長時間工作的場合，都可以使用其他替代方案（如超級電容），以最大程度的減少維護工作量。

（4）終端設(shè)備的其他要求

終端設(shè)備還應(yīng)該滿足通常防雨、防潮、耐低溫、耐高溫、防振、防撞等要求。

滿足電快速瞬變干擾、脈沖群干擾、浪涌沖擊、靜電放電、工頻電磁場、輻射電磁場干擾等 EMC試驗要求，同時所有對外接口都有較好的防雷電、高壓沖擊等安規(guī)措施。

袁欽成（1959-），1985年獲中國電力科學(xué)研究院工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為中國電力科學(xué)研究院教授級高工、北京科銳配電自動化股份有限公司技術(shù)總監(jiān)，主要從事配電自動化技術(shù)及配電系統(tǒng)故障檢測技術(shù)的研究，在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文三十多篇。