供電企業配網自動化改造方法的分析

錢 堃

(廣東電網公司佛山供電局,518000)

近年來，隨著經濟迅猛增長，珠三角地區城鎮化進程加劇，城區面積快速擴張，城市配電網網絡日益龐大，為了完善10kV 配電網的運行管理，做到及時處理各種缺陷，更快更好的進行搶修復電，提高供電可靠性，提高配網自動化水平，迫在眉急。

1 城市配電網現狀

珠三角地區城市化進程快，部分政府的城市規劃多是以“項目”為主導的區域規劃，缺乏整體性，前瞻性。而與之配套的配電網系統發展起步晚，水平低，早期建設缺乏合理的規劃，導致技術落后，自動化水平低，可靠性低的局面。

2 10kV 架空線路配網自動化改造方法

部分地區10kV 架空線路供電半徑大，支線較多，所處地形復雜，供電企業運行人員有限，給尋找故障點帶為極大不便，嚴重制約了消缺效率。當出現線路末端故障時，往往需要全線停電，擴大了停電范圍，造成不合理性及資源浪費。

在原有10kV 架空線路上加裝真空自動配電開關，進行合理布點，可在投資相對較小的情況下，短期內組成配網自動化系統，可大大減輕上述問題給配電網運行帶來的影響。真空自動配電開關具有手動、自動操作功能，采用真空滅弧，SF6 氣體絕緣。配有RTU控制器、電源變壓器（PT）配套安裝，可以實現10kV 配電線路的故障區段自動隔離、正常區段的快速供電恢復，達到饋線自動化。

當線路單電源運行時，真空自動配電開關可以切斷故障點后段線路，故障點前段線路繼續運行，大大縮短了停電范圍。而由RTU 控制器發出的信號可以使搶修人員清楚知道停電的區間，使搶修的工作量大為減少，有效地縮短停電時間，也能保證變電站的斷路器能在故障跳閘后重合成功，降低10kV 線路的故障跳閘率。

一般線路主線采用三分段安裝真空自動配電開關，根據線路長度、負荷分部情況、用電性質等因素進行安裝，酌情加裝，另每條支線安裝一臺真空自動配電開關。

3 10kV 電纜線路配網自動化改造方法

而城區10kV 電纜配電網絡的自動化程度直接影響著千家萬戶的日常生活水平，安裝一套經濟實用的自動化設備就可達到掌控線路負荷和運行情況,例如，線路電流大小、電壓水平，線路停電，絕緣下降，設備被盜，導線超溫等。可以幫助巡線人員快速找到故障點位置,例如短路故障點、接地故障點、過負荷區段、雷擊區段、停電區段、絕緣下降區段等。確保實時掌控網絡狀況，分析網絡缺陷，及時找到處理故障點的問題2。

按照標準的配網自動化模式，監控一個點至少需要花2 萬元，包括高壓互感器（0.3 萬元），配電終端（1.3 萬元），無線終端（0.2 萬元），安裝調試（0.2 萬元），再加上開關電動改造，實施一個點的費用需要4 萬元左右，主站設備（含軟件）至少要投資30萬元才能實現縣區級最基本的SCADA/FA 和GIS 管理功能，如果規劃100 個監控點，則需花200 多萬。而且要實施配網自動化，首先要對開關進行改造，開關改造主要包括加裝電動機構、開關位置、一次CT 和一次PT。如果開關改不了電動或者停不了電，則無法實現“遙控”；如果開關位置輔助觸點引不出來，則無法實現“遙信”；對于沒有預裝CT 的開關，需加裝戶內套管CT 或者開啟式CT。為解決開關操作電源和FTU、通訊等工作電源，一般需要加裝PT，并做好防雷和諧振短路保護。如果不能停電安裝PT，或者空間不夠，則無法實現“遙測”。很多開關設備沒有預留FTU 安裝位置和電氣接口，則無法實現配網自動化。對于沒有安裝開關的線路，因無法安裝一次CT、PT 和FTU，也無法實現配網自動化。而歷史遺留了非常多舊電房、舊電柜空間狹小，還存在部分線路因有重要用戶而無法實現停電改造，現實中還有諸多問題限制著自動化改造進程。

而運用電力線路故障定位與在線監測系統可以很好的解決上述問題。其主要包括四部分：數字化的故障指示器、數據采集器（GPRS 通訊終端）、主站前置機（現場監控點大于100 個點的時候才需設立）、主站SCADA/GIS 軟件。系統工作原理如下：

故障指示器←短距離無線調頻通訊→數據采集器。當指標檢測短路,接地故障后立即當地指令,指示方式有雙卡或LED 閃爍,通過短距離無線通信方法將調頻信號、測量數據的送到附近的安裝數據終端3。數據收集器將定期召喚100——1000 米范圍內的數字故障指示器,只有線路電流、電壓、溫度測量數據。1臺通信終端的指標數量最好不要超過30 只,否則輪詢周期會更長。指示器的無線通訊能量主要來自感應電線,所以通信的負載電流大線(如超過10)頻率和通信質量是更好的。

數據采集器←GPRS（CDMA）/SMS →主站前置機。數據收集器將收集的信息和實時測量數據的根據標準規范(DNP CDT,101、102、101,網絡通訊協議等),包裝,通過GPRS 或CDMA)和短信的方式發送到主站前置機、可以在任何地方通過GPRS 或CDMA)和短信的檢查數據收集器。因為數據收集器可以白天取到電能,所以使用GPRS 和CDMA 通信在白天,晚上可以改SMS 方式。如果后備可充電鋰電池容量足夠大(大于10 Ah),可以考慮繼續采用GPRS 通信,但這個時候主要根據數據收集器太陽能充電電壓和電池電壓大小來決定GPRS 通信之間的時間間隔,以減少電池磨損。

主站前置機←（TCP/IP）→主站SCADA/GIS 系統。主站前置機通常安裝在主控制中心,和調度主站SCADA/GIS 系統主要使用一個網絡連接,數據接口方式可以是TCP/IP 協議、數據庫或文本文件。主站收集所有故障信息和實時測量數據,通過配電線路的網絡拓撲關系,能比較容易找出故障點的位置,一邊閃爍指示,可以一邊通過手機短信、語音通知調度人員。當現場安裝數據收集器（現場監控點）數量不到100 臺,主站前置機可以和主站SCADA / GIS 軟件在一起,,主要為了減少設備投資。

此系統的技術核心是采用數字化的故障指示器來替代價格較貴的FTU、一次PT、CT 和電動開關，并大大減少停電施工費用，監控一個點只需6、7 千元就能做下來。數字化的故障指示器主要分為兩種：一種是掛在高壓線路上，A、B、C 三相共掛3 只，具有最基本的遙測（線路負荷電流、線路對地電壓）和遙信（短路故障狀態、接地故障狀態）功能；另一種掛在開關支架上，僅掛一只，具有單路雙點遙信（開關位置）輸入和雙路遙控（開關合、分閘）輸出功能。數字化的故障指示器通過內部短距離低功耗RF 模塊與附近安裝的數據采集器（GPRS 通訊終端）進行雙向數據通訊，一臺數據采集器一般負責周邊1-30 只數字化的故障指示器，每3-4 只數字化的故障指示器合為一組，作為一個監控點，一臺GPRS 通訊終端可監控1-5 個點，每個監控點的費用最低可降至0.3 萬元，最高也僅為0.8 萬元，遠遠低于傳統模式的2 萬元。

其可實現以下功能：

遙測：數字化的故障指示器掛在線路上，實時采集線路負荷電流、故障電流、接地暫態電流和系統電壓（電場），在線路出現短路、接地故障時給出指示并上傳故障報警信息。

遙信：利用線路電流、電壓綜合判斷開關是在合位還是分位，或者掛在開關支架上直接采集開關位置輔助觸點。

遙控：掛在開關支架上，可直接與開關的電動機構連接，實現開關的合分閘操作。還可以遙控調整數字化故障指示器的動作參數。

通訊：短距離用無線調頻通訊，通訊能量主要取自導線電流感應取電（掛在線路上的數字化指示器）或者CT 二次電流取電（掛在開關支架上的數字化指示器）。遠距離用GPRS 通訊，通訊能量主要來自太陽能電池板（架空線路）或者特制取電CT（電纜線路），和大容量備用鋰電池。如果架空線路在陰雨天氣很久時間，不能保證GPRS 實時在線工作電源要求（至少100mA/5V），則自動切換到低功耗運行方式：平時以20-50%全天候定時上線。

檢測到故障動作信息以后立即上線。如果電纜線路長期處于5A 以下負荷電流，也自動切換到低功耗運行方式：平時以20-50%全天候定時上線，檢測到故障動作信息以后立即上線。如果希望在所有的電纜線路實現實時在線通訊，還有一種解決方案，即使用電纜屏蔽層或者鋪設帶屏蔽的音頻雙絞線來做FSK 載波通訊，負荷電流在1A 以上（相當于1 臺變壓器的空載損耗電流）就可以提供FSK 載波通訊電源，FSK 音頻線把10 公里范圍以內的數字化故障指示器數據送到負荷電流大的地方，再轉換成GPRS 通訊方式即可。FSK 載波特點是低功耗，音頻隔離，本質安全（不怕通訊線短路、接地、斷線），負載輕，傳輸距離遠，掛接節點多，數據透明，抗干擾能力強。

[1] 唐怡雯.配網自動化的研究與實現[J].科技資訊. 2011(03)

[2] 郭文強.試論配網自動化的重要性[J].沿海企業與科技. 2010(03)

[3] 區文海.供電局配網自動化建設的設想[J].電氣時代. 2010(03)