配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

郭正鑫

（國(guó)網(wǎng)大連開(kāi)發(fā)區(qū)供電公司，遼寧 大連 116000）

1 配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)背景

自2010年起，遼寧省電力公司開(kāi)始選取配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)試點(diǎn)單位，對(duì)重點(diǎn)示范區(qū)域范圍內(nèi)涉及的供電企業(yè)實(shí)行配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)。

以實(shí)施情況較好的試點(diǎn)單位為例，2011—2013年，實(shí)現(xiàn)了首批共26座具備配網(wǎng)自動(dòng)化功能的開(kāi)關(guān)站改造，型號(hào)為南瑞PDZ800。該型號(hào)開(kāi)關(guān)站采用直流24 V電源為數(shù)據(jù)傳輸模塊供電，具備完善的信號(hào)采集、控制輸出、電流保護(hù)及告警、光纖通信等基礎(chǔ)配網(wǎng)自動(dòng)化終端功能，通過(guò)液晶面板實(shí)現(xiàn)保護(hù)定值輸入、故障信息查詢等調(diào)試操作。2018—2021年，完成了新一代共65座具備配網(wǎng)自動(dòng)化功能的開(kāi)關(guān)站改造，整體更換23座、改造42座。新建開(kāi)關(guān)站均具備配網(wǎng)自動(dòng)化功能，相比于上一代配網(wǎng)自動(dòng)化終端，其功能完備、升級(jí)明顯，工作電源和工作電壓采用直流220 V，通過(guò)高性能的32位四核處理器實(shí)現(xiàn)保護(hù)運(yùn)算和出口邏輯控制功能。此外，增加事件記錄、人機(jī)接口、后臺(tái)通信、故障錄波以及文件管理等功能，通信方式十分靈活，支持電力行業(yè)、通信行業(yè)等的通信規(guī)約。

截至目前，試點(diǎn)公司擁有具備配網(wǎng)自動(dòng)化功能的環(huán)網(wǎng)箱和開(kāi)關(guān)站站內(nèi)終端139臺(tái)、架空線路柱上饋線終端35臺(tái)、線路故障指示器49臺(tái)，自動(dòng)化覆蓋率達(dá)到72.85%，在線率達(dá)到91.54%。

2 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)造及內(nèi)部邏輯

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括主站層、通信層、終端層。

圖1 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）主站層。主站層是整個(gè)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，可以對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與處理。主站層設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信接口配線柜、系統(tǒng)服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)安全裝置以及專用不間斷電源等。

（2）通信層。通信層主要實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息傳輸，通信方式包括光纖專網(wǎng)、無(wú)線專網(wǎng)以及無(wú)線公網(wǎng)。目前，多數(shù)開(kāi)關(guān)站的終端采用光纖專網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)箱、架空線路上采用無(wú)線專網(wǎng)。

（3）終端層。終端層主要包括配電終端單元（Distribution Terminal Unit，DTU）、配電變壓器遠(yuǎn)方終端（Transformer Terminal Unit，TTU）、饋線遠(yuǎn)方終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）。其中，終端單元是配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)一次側(cè)的重要組成部分，通過(guò)自動(dòng)化終端實(shí)時(shí)采集配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)分合閘指示等運(yùn)行工況，利用有源或無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通信，傳輸信息、接收控制指令并使用配置的超級(jí)電容等后備電源實(shí)現(xiàn)不間斷供電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)箱、柱上斷路器以及配電變壓器等一次設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制及信息采集[1]。

3 配網(wǎng)自動(dòng)化的功能實(shí)現(xiàn)

3.1 前期規(guī)劃與設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)配電網(wǎng)規(guī)劃，將城區(qū)、鄉(xiāng)域等地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)分為A+、A、B、C、D以及E共6種類型。在不同供電區(qū)域的配電自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)中，應(yīng)在滿足配電自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)基本原則的前提下，充分考慮地域差異性，配置不同類型的終端設(shè)備。“三遙”（遙測(cè)、遙信、遙控）站所終端架構(gòu)如圖2所示。

圖2 “三遙”站所終端架構(gòu)

3.2 站內(nèi)一次設(shè)備改造

3.2.1 改造原則

站所終端改造時(shí)，結(jié)合安全性和經(jīng)濟(jì)性原則，盡量避免對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行改造[2]。根據(jù)配網(wǎng)自動(dòng)化改造需要，加裝或更換電壓互感器（Potential Transformer，PT）時(shí)采用V-V接線，其額定容量需滿足設(shè)備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的操作功率要求。根據(jù)系統(tǒng)要求，需增加遙信上傳信號(hào)，例如開(kāi)關(guān)分合位、遠(yuǎn)方就地、保護(hù)過(guò)電流動(dòng)作等。除此之外，每個(gè)斷路器間隔需安裝至少A、C、零序三相電流互感器，用于信息采集和故障研判。

3.2.2 改造要點(diǎn)

（1）電流互感器安裝要點(diǎn)。在電流互感器改造過(guò)程中，要反復(fù)檢查其二次極性，確保極性接線正確，電流互感器（Current Transformer，CT）二次回路禁止開(kāi)路。

（2）電壓互感器安裝要點(diǎn)。在電壓互感器改造過(guò)程中，要反復(fù)檢查其二次接線是否短路。一旦接線錯(cuò)誤，將造成嚴(yán)重后果。

（3）斷路器電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)安裝要點(diǎn)。在原有的機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上加裝電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與DTU終端柜的配合，使主站能夠?qū)φ緝?nèi)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)“三遙”。

3.3 配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備安裝

對(duì)于配網(wǎng)自動(dòng)化終端柜體安裝，要求FTU、DTU、TTU等終端柜體外觀完好無(wú)損，沒(méi)有變形、油漆脫落、損傷性缺陷。DTU柜體正確接地，接地銅線及接地電阻滿足設(shè)計(jì)要求，接地線的線徑不小于4 mm2。DTU各空氣開(kāi)關(guān)標(biāo)識(shí)清晰、填寫(xiě)正確，DTU端子排單元、航空插頭、出口壓板、分合閘指示燈等相關(guān)重要元件標(biāo)識(shí)清晰[3]。

按照設(shè)計(jì)圖紙要求，合理選擇控制電纜規(guī)格型號(hào)、數(shù)量、長(zhǎng)短、走向等。DTU柜側(cè)航空插頭與經(jīng)校線后的電纜套入標(biāo)號(hào)管，標(biāo)號(hào)管上面注明對(duì)端編號(hào)或線路功能號(hào)，按照設(shè)計(jì)圖紙與施工手冊(cè)依次完成二次接線。在二次端子排壓接過(guò)程中，應(yīng)對(duì)二次電纜線芯預(yù)留足夠長(zhǎng)度，以確保接入端子排中。每個(gè)端子上最多壓接兩根二次電纜，而且要確保線芯壓緊壓實(shí)。

3.4 終端與主站聯(lián)調(diào)

“三遙”站所終端與主站聯(lián)調(diào)分為調(diào)試前準(zhǔn)備、建立通信連接、三遙核對(duì)試驗(yàn)3個(gè)環(huán)節(jié)，配網(wǎng)自動(dòng)化終端本地參數(shù)配置調(diào)試界面如圖3所示。

圖3 配網(wǎng)自動(dòng)化終端本地參數(shù)配置調(diào)試界面

調(diào)試前準(zhǔn)備包括終端設(shè)備驗(yàn)收、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）導(dǎo)圖、加密證書(shū)導(dǎo)入、點(diǎn)表與調(diào)試申請(qǐng)制作以及本地參數(shù)配置5個(gè)步驟。根據(jù)信通公司給定的IP地址，建立與主站的通信網(wǎng)絡(luò)[4]。在完成通信連接建立、本地參數(shù)傳輸?shù)那疤嵯拢髡具\(yùn)維人員與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員配合，完成主站信號(hào)、站所終端顯示狀態(tài)、開(kāi)關(guān)柜實(shí)際分合工作狀態(tài)的核對(duì)工作。

4 配網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用

4.1 配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施與管理

在實(shí)際應(yīng)用中，配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)嚴(yán)格的操作規(guī)程和管理制度，需要加強(qiáng)周、月作業(yè)計(jì)劃的剛性管理，嚴(yán)格報(bào)送停電范圍和停電時(shí)間。每周、每月組織各部門、班組對(duì)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行審批，確認(rèn)沒(méi)有任何問(wèn)題后，方可執(zhí)行作業(yè)計(jì)劃。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步優(yōu)化操作、許可流程，縮短停電操作時(shí)間，減少用戶停電時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)，安排專人負(fù)責(zé)配網(wǎng)自動(dòng)化終端與主站調(diào)試，確保開(kāi)關(guān)站配網(wǎng)自動(dòng)化改造后能夠正常使用[5]。為了保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)配網(wǎng)自動(dòng)化的成功應(yīng)用，還需要做到以下幾點(diǎn)。

（1）統(tǒng)籌管理，梳理、分解工程。組織相關(guān)部門召開(kāi)配網(wǎng)自動(dòng)化工程推進(jìn)會(huì)，明確職責(zé)。作業(yè)人員攜帶施工圖紙進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，分析作業(yè)難度和危險(xiǎn)點(diǎn)，做到“一現(xiàn)場(chǎng)、一方案”。

（2）加強(qiáng)過(guò)程管控，提高工程質(zhì)量。合理安排作業(yè)計(jì)劃，堅(jiān)決杜絕為了趕工期連軸加班，做到勞逸結(jié)合，避免人員疲勞作業(yè)，防止出現(xiàn)操作事故。落實(shí)工作票審核會(huì)簽制度，落實(shí)好重點(diǎn)違章整治和預(yù)防措施，規(guī)范作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格監(jiān)督安全措施落實(shí)和到崗到位監(jiān)督。

（3）強(qiáng)化信息交互，及時(shí)解決問(wèn)題。針對(duì)光纖通道存在的問(wèn)題，積極與信通專業(yè)溝通，現(xiàn)場(chǎng)勘查并召開(kāi)專題會(huì)議，建立健全溝通渠道，實(shí)現(xiàn)緊密配合。

（4）結(jié)合作業(yè)時(shí)機(jī)，培養(yǎng)骨干力量。結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化改造作業(yè)時(shí)機(jī)，開(kāi)展架空線路基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)、電纜中間頭制作實(shí)操培訓(xùn)、電網(wǎng)運(yùn)行方式及事故處理專項(xiàng)培訓(xùn)。

4.2 典型終端缺陷的異常處理

4.2.1 DTU通道異常處理

DTU通道異常會(huì)直接導(dǎo)致終端設(shè)備不在線，自動(dòng)化在線率指標(biāo)下降，通常表現(xiàn)為配電主站ping不通配電終端裝置，配電主站無(wú)法進(jìn)行有效監(jiān)視，遠(yuǎn)方監(jiān)控完全癱瘓，從而使配電站自動(dòng)化系統(tǒng)失去作用。

配電終端主要通過(guò)主備通道切換模式向配電主站上送數(shù)據(jù)，當(dāng)通道切換不正常時(shí)，會(huì)造成通道異常問(wèn)題。此外，還可能出現(xiàn)物理通道異常，例如通信裝置失電、光纖水晶頭損壞、光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）通信裝置故障[6]。當(dāng)傳輸通道異常時(shí)，需要判斷通信裝置的IP地址配置是否正確、是否與其他終端的子網(wǎng)掩碼發(fā)生沖突。如果配置正確，則檢查通信網(wǎng)絡(luò)光纖接頭或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等硬件設(shè)備是否故障。當(dāng)串口通道異常時(shí)，先檢查通信接線是否正常，然后檢查收發(fā)線纜是否存在斷路的情況。

4.2.2 24 V電池模塊和UPS裝置異常

一般情況下，充電電流太大、充電電壓過(guò)大、局部放電或是內(nèi)部短路等問(wèn)題均會(huì)造成24 V電池模塊和不間斷電源（(Uninterruptible Power Supply，UPS）裝置異常。利用萬(wàn)用表測(cè)量電源各組輸出電壓，如果某組電壓異常，則需要更換裝置電源模件。如果裝置前端空開(kāi)或端子電壓正常，則證明系統(tǒng)裝置內(nèi)部出現(xiàn)故障。

5 結(jié) 論

綜上所述，配網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用日趨廣泛，由于存在早期配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備與主站不兼容、終端不在線等問(wèn)題，因此提高配網(wǎng)自動(dòng)化在線率及實(shí)用化管理水平將是日后工作與研究的重點(diǎn)。通過(guò)將作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與智能化終端有機(jī)結(jié)合，充分考慮不同地區(qū)、不同設(shè)備的狀況采取合理方案，從而更好地提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、安全性。