城市配電自動化技術(shù)方案研究

王 偉

大連電力建設(shè)集團有限公司配電分公司，遼寧大連 116021

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，對供電質(zhì)量提出了更高的要求，提高供電可靠性成為了電力企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過程中所追求的重要目標(biāo)之一，因此，城市配電自動化技術(shù)作為保證電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵技術(shù)受到了深入的研究和廣泛的應(yīng)用。城市配電自動化以配電系統(tǒng)的電能傳輸、用電過程為主要研究對象，集自動化技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)等于一體，涵蓋監(jiān)控系統(tǒng)、饋線自動化、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、地理信息圖等多個模塊。雖說近些年，我國城市配電自動化技術(shù)得到了長足的發(fā)展，但由于城市配電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，目前我國城市配電自動化水平還比較低，有必要城市配電自動化技術(shù)進行更加深入的研究，文章主要從城市配電系統(tǒng)現(xiàn)狀出發(fā)，從總體結(jié)構(gòu)、主站系統(tǒng)、終端、饋線自動化等方面提出配電自動化整體技術(shù)方案，具有一定的實際應(yīng)用參考價值。

1 城市配電自動化體系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案

考慮城市配電自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性，宜采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要包括主站層、子站層、終端層三層結(jié)構(gòu)。在通信方式方面有光纖通信、載波通信、無線通信等多種選擇方式，可根據(jù)城市現(xiàn)有條件進行選擇。

1）主站層

城市主站系統(tǒng)可采用“集中采集，分區(qū)應(yīng)用”的模式，在城市供電局調(diào)度大樓安裝主站系統(tǒng)，擬采集全市范圍內(nèi)配電設(shè)備的信息，并對“三遙”監(jiān)控點進行控制，實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡(luò)的運行監(jiān)控、集中式饋線自動化、運行方式優(yōu)化等功能。

2）子站層

配電子站可采用網(wǎng)絡(luò)型分布式子站，由數(shù)據(jù)處理器單元和監(jiān)控單元組成。配電子站主要實現(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)。

3）終端層

對于方便安裝采集及測控信息裝置，有就近交流電源的戶內(nèi)配電結(jié)點，配電終端為DTU 裝置。而對于無法安裝較大采集和測控裝置，亦無就近交流電源的戶外結(jié)點，通過多功能故障指示器來采集相關(guān)信息。

4）通信網(wǎng)絡(luò)

目前城市10kV 線路普遍沒有同線鋪設(shè)光纜，因此，若全部采用光纖通信網(wǎng)絡(luò)是不現(xiàn)實的，可采用了EPON 與載波、EPON 與ZigBe 無線專網(wǎng)相結(jié)合的綜合通信方案，以實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)接入層網(wǎng)絡(luò)通信全覆蓋。

2 城市配電自動化主站系統(tǒng)方案

城市配電自動化配電主站系統(tǒng)方案可以按以下原則設(shè)計，以實現(xiàn)配電SCADA、饋線自動化、信息發(fā)布、報表管理、配電仿真、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、潮流分析、狀態(tài)估計等多項功能。

1）集中采集維護，分層分區(qū)域應(yīng)用

在區(qū)供電局遠程監(jiān)控工作站上，實現(xiàn)基于各個供電區(qū)域的信息監(jiān)視、操作管理和設(shè)備控制。

2）大數(shù)據(jù)量處理

隨著城市的不斷發(fā)展，對配電自動化主站系統(tǒng)平臺穩(wěn)定性和大數(shù)據(jù)量處理能力提出了較高的要求，軟件系統(tǒng)支撐平臺應(yīng)能夠滿足城市電網(wǎng)未來8a ～10a 的發(fā)展需要。

3）靈活擴展

隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市電網(wǎng)處于高速發(fā)展階段。配電自動化主站系統(tǒng)必須考慮將來配網(wǎng)監(jiān)控模式改變的可能性，支持?jǐn)U展配網(wǎng)二級監(jiān)控主站的技術(shù)能力。

4）集成互聯(lián)

配電自動化主站系統(tǒng)必須采取有效的技術(shù)措施實現(xiàn)與調(diào)度自動化系統(tǒng)、大用戶負(fù)荷管理及配變監(jiān)測系統(tǒng)、GIS 系統(tǒng)、配電MIS 系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)、電能量計量遙測系統(tǒng)及實時數(shù)據(jù)中心的信息交互、共享，保證配網(wǎng)設(shè)備參數(shù)模型的唯一性。充分利用現(xiàn)有配電GIS 系統(tǒng)，按照IEC61968/61970 標(biāo)準(zhǔn)，從配電GIS 系統(tǒng)導(dǎo)入配網(wǎng)設(shè)備參數(shù)和模型參數(shù)，統(tǒng)一建模并確保數(shù)據(jù)的唯一性。在配電自動化系統(tǒng)建設(shè)初期，要首先實現(xiàn)配電GIS 系統(tǒng)與配電SCADA 系統(tǒng)的參數(shù)模型統(tǒng)一，這是后期實現(xiàn)二者數(shù)據(jù)及圖形共享的首要條件。

5）集成平臺數(shù)據(jù)源唯一

集成平臺上采用的信息都來自于各應(yīng)用系統(tǒng)，如用戶信息來自于營銷ERP 和計量自動化系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)來自于配網(wǎng)SCADA、實時數(shù)據(jù)中心等?；贓AI 實現(xiàn)配網(wǎng)運行管理平臺的集成，逐步運用SOA 的集成技術(shù)，對已存在的應(yīng)用系統(tǒng)有計劃的推進架構(gòu)的改進，形成提供各類業(yè)務(wù)服務(wù)的業(yè)務(wù)總線。

3 城市配電自動化終端方案

城市配電自動化的終端選點是關(guān)鍵，節(jié)點“一遙”、“兩遙”、“三遙”點需根據(jù)不同供電區(qū)域可靠性分類、用戶負(fù)荷等級類型及一次設(shè)備現(xiàn)場條件的優(yōu)劣來確定，其中“三遙”為遙控、遙測、遙信；“二遙”為遙測、遙信；“一遙”為故障指示器的故障定位等遙信信息。

1）“一遙”選點

除“二、三遙”外的有助于故障定位的節(jié)點；一次設(shè)備無法進行“二、三遙”改造節(jié)點。

2）“二遙”選點原則

主干線路上的重要節(jié)點，以后可能升級為三遙點；綜合考慮環(huán)網(wǎng)節(jié)點、負(fù)荷大小、線路距離等因素，合理選點；能使主站全面觀察到配電網(wǎng)絡(luò)的基本信息的節(jié)點。

3）“三遙”選點

能顯著提高其供電可靠性的重要用戶的節(jié)點；具備快速轉(zhuǎn)供電條件及轉(zhuǎn)供電能力的節(jié)點；具備實施條件及技術(shù)經(jīng)濟合理的節(jié)點。

4 城市配電自動化饋線自動化方案

城市配電自動化的建設(shè)要取得良好的運行效果，配電自動化系統(tǒng)的饋線自動化技術(shù)方案是非常重要的，而此部分往往又是系統(tǒng)建設(shè)的難點，在此重點分析。目前城市配電網(wǎng)絡(luò)以電纜為主，架空線為輔，在以電纜網(wǎng)為主的區(qū)域可采用集中式饋線自動化方案，在以架空線路為主的區(qū)域采用就地式饋線自動化方案。

4.1 集中式饋線自動化方案

具備可靠通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，宜選取集中式饋線自動化方案，實現(xiàn)“三遙（遙信、遙測、遙控）+遠程遙控隔離故障復(fù)電”功能。配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)根據(jù)各配電終端設(shè)備上傳的故障信號，結(jié)合10kV 出線的保護跳閘信號，啟動故障處理程序，進行故障定位，提供故障隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電的方案，供調(diào)度員選擇最優(yōu)化的方案執(zhí)行。

所選的配網(wǎng)線路主干線上的關(guān)鍵配電節(jié)點可全部選作“三遙點”，關(guān)鍵配電節(jié)點選取原則如下：主干線上分段點及聯(lián)絡(luò)點，用于故障后的轉(zhuǎn)供電；主干線上每一分段中，結(jié)合配電網(wǎng)實際運行需求，綜合考慮負(fù)荷重要程度、負(fù)荷密度、線路長度選取三遙點，用于遠程遙控實現(xiàn)故障隔離，綜合考慮投資，每一分段選取三遙點不宜超過3 個；一次設(shè)備無需進行改造即可實施的配電節(jié)點；供電重要用戶或重要設(shè)備所在的配電節(jié)點。

4.2 就地式饋線自動化方案

在集中式饋線自動化方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)饋線主干線路實際情況合理地逐步加裝分段斷路器、在分支線上設(shè)置用戶分界負(fù)荷開關(guān)（看門狗），自動隔離用戶側(cè)單相接地故障。通過合理配置保護裝置，在分段斷路器后段發(fā)生的故障，變電站出線開關(guān)將不會跳閘，有效減少非故障區(qū)域的停電時間。本方案涉及的主要設(shè)備為配電主站系統(tǒng)、饋線出線斷路器FCB、分段斷路器FB、分段負(fù)荷開關(guān)FS、聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS、分支分界開關(guān)PS，如圖1 所示。

1）當(dāng)線路某區(qū)段發(fā)生故障時，F(xiàn)CB 或者FB 保護動作，線路失壓；線路上的各智能設(shè)備FB、FS 等立即將故障信號上傳配網(wǎng)主站；配網(wǎng)主站根據(jù)線路上智能設(shè)備上送的故障信號定位故障區(qū)段，遙控分閘故障區(qū)段上下游的開關(guān)，成功隔離故障；

2）通過配網(wǎng)主站令FCB 或者FB 合閘，恢復(fù)故障區(qū)段電源側(cè)非故障區(qū)段的供電；再遙控合閘聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS，恢復(fù)故障區(qū)段負(fù)荷側(cè)非故障區(qū)段的供電；

3）故障檢修完畢，通過配網(wǎng)主站遙控合閘故障區(qū)段上下游的智能開關(guān)，恢復(fù)因線路故障而停電區(qū)段的供電。

圖1 就地饋線自動化

該方案中要特別注意分段斷路器和分界斷路器的裝設(shè)，主干線根據(jù)線路線路長度和負(fù)荷密度宜設(shè)置1～3個分段斷路器；分支線用戶超過2 個或變壓器超過3 臺時，在支線首端裝設(shè)分界斷路器；主干線每一分段內(nèi)分界斷路器不超過2 個；新接入用戶宜在產(chǎn)權(quán)分界點裝設(shè)分界斷路器。

5 結(jié)論

文章所提出的城市配電自動化整體方案來源于對我國多個配電自動化程度較高城市的經(jīng)驗總結(jié)，實踐證明，該方案的應(yīng)用不僅保證了配電網(wǎng)生產(chǎn)、調(diào)度、運行的穩(wěn)定性，還提高了電力企業(yè)的經(jīng)、社會效益，可為我國多數(shù)城市的配電自動化建設(shè)提供借鑒。

[1]彭暉.城市配電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)功能研究[D].廈門:廈門大學(xué)，2009.

[2]汪童志.饋線自動化的幾種實現(xiàn)模式[J].供用電，2000(4).