城市配電自動(dòng)化技術(shù)方案研究

王 偉

大連電力建設(shè)集團(tuán)有限公司配電分公司，遼寧大連 116021

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，對(duì)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(guò)程中所追求的重要目標(biāo)之一，因此，城市配電自動(dòng)化技術(shù)作為保證電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)化以配電系統(tǒng)的電能傳輸、用電過(guò)程為主要研究對(duì)象，集自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等于一體，涵蓋監(jiān)控系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌乩硇畔D等多個(gè)模塊。雖說(shuō)近些年，我國(guó)城市配電自動(dòng)化技術(shù)得到了長(zhǎng)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(guó)城市配電自動(dòng)化水平還比較低，有必要城市配電自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)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(dòng)化等方面提出配電自動(dòng)化整體技術(shù)方案，具有一定的實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。

1 城市配電自動(dòng)化體系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案

考慮城市配電自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)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(wú)線通信等多種選擇方式，可根據(jù)城市現(xiàn)有條件進(jìn)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(duì)“三遙”監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行監(jiān)控、集中式饋線自動(dòng)化、運(yùn)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(shí)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(duì)于方便安裝采集及測(cè)控信息裝置，有就近交流電源的戶內(nèi)配電結(jié)點(diǎn)，配電終端為DTU 裝置。而對(duì)于無(wú)法安裝較大采集和測(cè)控裝置，亦無(wú)就近交流電源的戶外結(jié)點(diǎn)，通過(guò)多功能故障指示器來(lái)采集相關(guān)信息。

4）通信網(wǎng)絡(luò)

目前城市10kV 線路普遍沒(méi)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(shí)的，可采用了EPON 與載波、EPON 與ZigBe 無(wú)線專網(wǎng)相結(jié)合的綜合通信方案，以實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)接入層網(wǎng)絡(luò)通信全覆蓋。

2 城市配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)方案

城市配電自動(dòng)化配電主站系統(tǒng)方案可以按以下原則設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)配電SCADA、饋線自動(dòng)化、信息發(fā)布、報(bào)表管理、配電仿真、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒊绷鞣治觥顟B(tài)估計(jì)等多項(xiàng)功能。

1）集中采集維護(hù)，分層分區(qū)域應(yīng)用

在區(qū)供電局遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站上，實(shí)現(xiàn)基于各個(gè)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(duì)配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)平臺(tái)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(tái)應(yīng)能夠滿足城市電網(wǎng)未來(lái)8a ～10a 的發(fā)展需要。

3）靈活擴(kuò)展

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

4）集成互聯(lián)

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)必須采取有效的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、大用戶負(fù)荷管理及配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、GIS 系統(tǒng)、配電MIS 系統(tǒng)、營(yíng)銷管理系統(tǒng)、電能量計(jì)量遙測(cè)系統(tǒng)及實(shí)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)初期，要首先實(shí)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(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)及圖形共享的首要條件。

5）集成平臺(tái)數(shù)據(jù)源唯一

集成平臺(tái)上采用的信息都來(lái)自于各應(yīng)用系統(tǒng)，如用戶信息來(lái)自于營(yíng)銷ERP 和計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)自于配網(wǎng)SCADA、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心等。基于EAI 實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行管理平臺(tái)的集成，逐步運(yùn)用SOA 的集成技術(shù)，對(duì)已存在的應(yīng)用系統(tǒng)有計(jì)劃的推進(jìn)架構(gòu)的改進(jìn)，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(dòng)化終端方案

城市配電自動(dòng)化的終端選點(diǎn)是關(guān)鍵，節(jié)點(diǎn)“一遙”、“兩遙”、“三遙”點(diǎn)需根據(jù)不同供電區(qū)域可靠性分類、用戶負(fù)荷等級(jí)類型及一次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)條件的優(yōu)劣來(lái)確定，其中“三遙”為遙控、遙測(cè)、遙信；“二遙”為遙測(cè)、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(diǎn)

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

2）“二遙”選點(diǎn)原則

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

3）“三遙”選點(diǎn)

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

4 城市配電自動(dòng)化饋線自動(dòng)化方案

城市配電自動(dòng)化的建設(shè)要取得良好的運(yùn)行效果，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的饋線自動(dòng)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(diǎn)，在此重點(diǎn)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(dòng)化方案，在以架空線路為主的區(qū)域采用就地式饋線自動(dòng)化方案。

4.1 集中式饋線自動(dòng)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(dòng)化方案，實(shí)現(xiàn)“三遙（遙信、遙測(cè)、遙控）+遠(yuǎn)程遙控隔離故障復(fù)電”功能。配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)根據(jù)各配電終端設(shè)備上傳的故障信號(hào)，結(jié)合10kV 出線的保護(hù)跳閘信號(hào)，啟動(dòng)故障處理程序，進(jìn)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(diǎn)可全部選作“三遙點(diǎn)”，關(guān)鍵配電節(jié)點(diǎn)選取原則如下：主干線上分段點(diǎn)及聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，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(shí)際運(yùn)行需求，綜合考慮負(fù)荷重要程度、負(fù)荷密度、線路長(zhǎng)度選取三遙點(diǎn)，用于遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)故障隔離，綜合考慮投資，每一分段選取三遙點(diǎn)不宜超過(guò)3 個(gè)；一次設(shè)備無(wú)需進(jìn)行改造即可實(shí)施的配電節(jié)點(diǎn)；供電重要用戶或重要設(shè)備所在的配電節(jié)點(diǎn)。

4.2 就地式饋線自動(dòng)化方案

在集中式饋線自動(dòng)化方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)饋線主干線路實(shí)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(kāi)關(guān)（看門狗），自動(dòng)隔離用戶側(cè)單相接地故障。通過(guò)合理配置保護(hù)裝置，在分段斷路器后段發(fā)生的故障，變電站出線開(kāi)關(guān)將不會(huì)跳閘，有效減少非故障區(qū)域的停電時(shí)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(kāi)關(guān)FS、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)LS、分支分界開(kāi)關(guān)PS，如圖1 所示。

1）當(dāng)線路某區(qū)段發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)CB 或者FB 保護(hù)動(dòng)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(hào)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(hào)定位故障區(qū)段，遙控分閘故障區(qū)段上下游的開(kāi)關(guān)，成功隔離故障；

2）通過(guò)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(kāi)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(guò)配網(wǎng)主站遙控合閘故障區(qū)段上下游的智能開(kāi)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(dòng)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(zhǎng)度和負(fù)荷密度宜設(shè)置1～3個(gè)分段斷路器；分支線用戶超過(guò)2 個(gè)或變壓器超過(guò)3 臺(tái)時(shí)，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(guò)2 個(gè)；新接入用戶宜在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)裝設(shè)分界斷路器。

5 結(jié)論

文章所提出的城市配電自動(dòng)化整體方案來(lái)源于對(duì)我國(guó)多個(gè)配電自動(dòng)化程度較高城市的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，實(shí)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(yùn)行的穩(wěn)定性，還提高了電力企業(yè)的經(jīng)、社會(huì)效益，可為我國(guó)多數(shù)城市的配電自動(dòng)化建設(shè)提供借鑒。

[1]彭暉.城市配電網(wǎng)自動(dòng)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(dòng)化的幾種實(shí)現(xiàn)模式[J].供用電，2000(4).