城市電網中配網自動化系統的實施原則及基礎研究

摘 要：本文介紹了配網自動化系統的構成及內容，進而從多個方面分析了配網自動化系統的實施原則。最后，結合義烏市配電網現狀研究了城市電網配網自動化的實施基礎，對于城市配網自動化系統的實施有很好的指導意義。

關鍵詞：電網；配網自動化；實施；原則

中圖分類號： U665.12 文獻標識碼：A

1 配網自動化系統的構成及內容

作為城市電網規劃建設的重要內容，配網自動化系統的實施與應用必須與城市電網網架的規劃和建設相結合。配網自動化系統（DMS）的構成及內容如下：

1.1 配網自動化系統的構成

①數據采集及監控系統（SCADA）。又被稱為配電網調度自動化系統，通過該系統，電網調度人員可以對配電網進行監視、控制和協調。此外，其還是各種配電網運行自動化高級應用功能實現的基本平臺。

②變電所自動化系統（SA）。該系統主要完成變電所保護、監控以及遠動功能，其向SCADA系統提供變電所實時運行信息，并接受遠程控制調節命令。

③饋線自動化系統（FA）。該系統作用在于實現中壓電網的自動故障定位、隔離及恢復供電等，其是以SCADA監控功能為基礎的。

④負荷管理系統（LM）。其主要完成負荷管理功能，也是基于SCADA的監控功能。

⑤自動讀表系統（AMR）。目前AMR系統往往是作為一個獨立的系統來建設，但SCADA系統能夠從其中獲取電力用戶負荷運行狀態的數據，以避免重復建設。

⑥自動繪圖／設備管理／地理信息系統。該系統以GIS為平臺來對某一個區域的配電網進行管理，其既可以獨立運行，也可以與SCADA系統進行數據交換，實現更為全面的配網自動化功能。

⑦用戶信息系統（CIS）。又稱為用電管理系統，能夠完成各種用電管理功能。

⑧停電管理系統（OMS）。該系統主要實現了故障管理以及停電計劃管理。

1.2 配網自動化系統的內容

①饋線自動化，即配電線路自動化。其主要完成饋電線路的監測、故障診斷與隔離、控制、以及網絡重構。

②變電站自動化。作為配網自動化的重點，變電站自動化主要包括了站內各種電氣設備的監測，以及與上級控制中心和其他系統的通信等。

③用戶自動化。其主要功能有負荷管理以及用戶管理兩大部分。

④配電管理自動化。其主要是指通過計算機以及現代通信技術等對配電網的運行進行管理。

⑤配電系統自動化的通信系統。其主要是實現從饋線自動化到全方面的配網自動化。

2 配網自動化系統實施原則

2.1 要統一規劃并分步實施

由于配網自動化系統的投入很大，因此應根據地區經濟發展水平來對配網自動化的建設進行規劃，要注重投入與產出的效益。此外，配網自動化系統的建設必須基于良好的城市配電網規劃，要做好統一規劃并分步實施，逐步完善各項功能和擴展應用范圍。

2.2 經濟效益的原則

配網饋線的分段數以及分段開關的選擇、調度主站以及通信通道方式的選擇等都會影響到配網自動化系統的經濟效益，因此需要在詳細技術經濟比較的基礎上來制定建設方案。例如10kV配網中，饋線應合理分段，饋線分段并不是越多越好，過多的分段將使供電成本急劇增加，而供電可靠性則不成比例地提高。一般應按負荷密度的高低、線路長度、每多供1kwh電量的收益及開關單價經過統計計算比較，按區段上負荷大小基本相等的原則來決定分段數，其中該方法對饋線的開、閉環網均可進行有效的效益統計分析來決定分段數；其中，分段開關宜采用真空或SF6滅弧，SF6氣體絕緣的負荷開關，并選擇相應配套的配網自動化系統分段開關的遠程監控終端。另外，配電網實時信息的采集對于主站規模以及軟件功能的設計有直接影響，因此對投資影響的敏感度最高，

2.3 關于系統選型

配網自動化系統主要基于SCADA平臺和GIS平臺，因此加強基礎數據的收集和整理至關重要。為了適應配電網及其用戶數據更新頻率很快的特點，平臺應有一個統一的數據環境，設置專門人員對配電網系統進行更新，這樣即能保證數據維護、修改和更新保持唯一性、精確性，尤其能保證調度操作的安全、現場檢修施工作業的安全、用戶業擴報裝的準確和及時以及配電網管理工作效率的提高。

在系統開放性方面，要采用標準的TCP/IP網絡協議，支持多種RTU（FTU）規約，采用API應用程序接口，具備用戶應用軟件的開發環境等。

2.4 做好相應的通信通道規劃和建設

配網自動化系統的實施建設必須要有一個完善的通訊規劃。因此，通信通道規劃和建設應歸屬于配網自動化系統建設的一個重要組成部分。音頻通信電纜、無線通信、光纖通信、載波通信等都是可供選擇的通信方式，應根據所需要傳送的信息量多少、可靠性、傳輸速率以及抗干擾能力等要求，并經過技術經濟比較來綜合確定。一般情況下都是采用混合方式，同時提倡通信通道的綜合利用以避免重復投資。配電網通信通道具有以下特點：

①配網的通信網節點不僅多，而且分散、交叉。

②各節點的距離較近。

③每個監控點的信息量不多，應具有主動上報的功能。

④通訊路由的選擇要多樣化以適應城市配電網網架結構的變化。

3 城市電網配網自動化的實施基礎

一個網架結構合理的城市配電網是配網自動化系統實施的基礎。因此，在建設配網自動化系統之前，必須對城市配電網進行改造，解決網架不合理、饋線負荷分布均勻等現狀問題[3]。

3.1 城市配電網現狀存在的問題

以義烏配電網為例，目前在義烏市進行配網自動化系統建設過程中存在以下問題：

①配電網供電能力不足、饋線負載率偏高。由于上級變電站布點不足，出線受限，線路負載率偏高，有47條10kV線路負載率超過80%。主城區中壓配網線路供電能力略顯不足，線路負載率超標線路較多，應加快變電站布點。國際商貿城、蘇溪工業園區、城西生產資料市場區塊、經濟開發區四期作為未來負荷主要增長點，應加快配網建設，提高配網供電能力。

②供電可靠性有待提高。可轉供率偏低。有209條饋線在故障情況下不能轉供負荷，占總線路的47%。分段數偏少，分段不合理。分段容量大于3000kVA或分段裝接配變數過多的線路共計139條，占總線路的32%，其中主城區的線路問題較嚴重。

③其它問題。主干長度超過5 km的線路有46條，其中義西南和義東北的問題突出。存在重載小截面主干線路4條，均處于義西南和義東北分區，影響中壓線路輸送能力；且部分線路主干型號多樣，造成線路卡脖子。共計18條線路的綜合配變負載率在80%以上，處于高負荷運行狀態。

3.2 城市配電網改造的實施

在遵循配網自動化系統實施原則下，按國家電網配電網技術導則要求，在城市滿足配電網供電電源的情況下，可以按以下方式來實現：建設架空線單條線路合理分段、相鄰線路“手拉手”的單環供電模式；電纜線路單環網、雙環網、雙輻射進線開關站、三路進線開關站供電模式。其中，單環網適用于負荷密度不高、三類用戶較為密集、一般可靠性要求的區域；雙射網適用于負荷密度較高、二類用戶較為密集、可靠性要求較高，但開發尚不成熟的區域；雙環網適用于負荷密度較高、二類用戶較為密集、可靠性要求較高，開發比較成熟的區域；三雙：適用于負荷密度較高、二類用戶密集、可靠性要求高，開發成熟的區域。該接線方式通常對雙環網接線方式進行擴展改造而成；而開關站接線則適用于負荷密度較高、二類用戶集中、可靠性要求較高的區域，特別適合報裝容量較大、位置集中的工業或商業用戶。

結語

城市配網自動化系統的實施與建設是電力系統現代化發展的必然趨勢。技術在發展，需求也在提高，我們應致力于對配網自動化實施原則的研究，結合實際情況，特別是與當地配電網網架的規劃和建設相結合，以建設成先進、通用和標準的配網自動化系統，這樣對電力市場的發展具有重要意義。

參考文獻

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[5] GB 50613 -2010城市配電網規劃設計規范[S]. 中國電力企業聯合會，2010 ，9：23-24