試論配網自動化體系結構

王雪鋒

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州511400）

0 引言

由于配網自動化建設和改造的發展時間比較晚，以及受到計算機網絡、技術標準和規范、實踐經驗等因素的影響，我國在配網自動化方面的建設工作還存在故障檢測能力弱、系統集成程度低、環網聯絡結構復雜、應用水平低等問題。分析配網自動化的體系結構是實現系統各項功能，增強系統集成性和靈活性的基礎工作。

1 配網自動化的概念和整體功能目標

1.1 配網自動化概述

配網自動化是為了充分提升輸電質量和系統可靠性，同時在建設過程中綜合利用電子信息技術、通信技術、系統集成技術等以實現故障自動隔離、有效供電管理、設備管理和實時狀態監控等功能目標。配網自動化相對于一般意義上的電能輸送過程而言具有系統監控、綜合管理和自動控制等優點，其技術性意義主要在于：在系統正常工作情況下，能夠實時監控電網的運行狀態，優化配網的無功負荷和運行方式；在系統發生故障的情況下，能夠通過快速故障定位和自動隔離將故障區段的影響范圍降到最小；在供電企業的日常管理中，配網自動化也可以實現遠程抄表計費過程的自動化，提升供電企業的服務效率和工作準確性。

1.2 配網自動化的實施原則

在實施配網自動化改造以及系統設計的過程中，必須遵循以下基本原則：第一，系統性原則。從系統架構的角度出發，增強方案設計的系統性和統一性，從整體上對數據資源、硬件資源和系統功能分配進行有效把握。第二，適用性原則。增強配網自動化系統的可維護性以及長期改造目標的適用性，通過提升主站系統、配電網網架、FTU/TTU 等設備的協調性提升系統的供電質量，滿足技術規范和技術標準。第三，安全性原則。系統的安全性和可靠性直接影響配網自動化改造后的日常使用和供電能力。因此，充分研究配網系統的結構特點和物理特點，通過冗余設計、分散性設計、一體化設計可以提升系統的可靠性和安全保障能力。

1.3 配網自動化整體功能目標

在考慮配網自動化的系統結構時，首先要確定整體的功能目標：第一，通過饋線自動化的改造和建設以及輸電線路的合理調整，保證城鎮地區供電質量，減小故障線路的影響范圍。第二，通過配電自動化對電力負荷設備及其狀態的實時監控、配電負荷的動態優化，減少配網的綜合線損并滿足供電安全準則。第三，增強配網自動化系統在配電SCADA 系統以及配電GIS系統支持下的集成性、數據資源傳輸的安全性以及可維護性。第四，采用多層次和分布式的自動化架構方式，保證系統具有一定的可擴充性，保證采用分期建設和分階段改造方式的可能性，靈活選用系統可擴展的軟硬件方案。第五，采用雙網、雙機等冗余設計結構增強配網自動化系統的故障排查能力和系統可靠性，減小電網故障區段的影響范圍。

2 配網自動化體系結構

2.1 配網自動化主站系統

配網主站系統具有非常重要的地位，在配網自動化系統中發揮核心的功能。其體系結構主要分為硬件體系結構和軟件體系結構。硬件體系結構包括SCADA 系統、配電工作管理系統、用電管理系統以及支撐保障硬件系統等，其中各個部分通過主干網絡以及局域網絡進行連接，完成數據采集、數據接口、數據交換、通信傳輸和系統維護等功能。由于主站的數據處理量大，實時性要求比較高，所以主站系統必須有非常高的硬件質量來完成巨大的數據交換和存儲任務，通常采用高速三層交換機、具有較快數據傳輸接口的交換機以及計算性能超強的計算機等。同時，在硬件設備的選型方面，為了充分滿足配網自動化的擴展性要求，SCADA 服務器一般采用小型機并通過傳輸速度較快的光纖網絡或千兆以太網連接雙網和雙機處理架構，提升系統的綜合監控能力。

主站系統的軟件配置方案主要有數據庫管理系統、網絡任務監控和管理系統、GIS 應用平臺以及圖像界面管理系統、DAMMI框架和支撐平臺等。主要完成實時數據和歷史數據的管理和維護、網絡任務監控和管理、地理信息系統顯示和報表處理、配電管理、用電管理以及其他高級應用等。

2.2 配網自動化變電站分站系統

變電站分站系統主要完成的功能是局部狀態監控、分站數據匯集、數據預處理、主站通訊、故障定位和恢復等。其硬件配置的關鍵為連接智能多串口卡的工控CPU 主板。利用ODT2200自愈式光端機可將分站和光纖通道端點進行連接。同時分站系統必須采用RS－232以及RJ－45網絡接口和主站完成監控數據的實時通訊，完成局部狀態監控的功能和任務。在對變電站分站系統進行方案設計時有必要強調配網輸電能力和輸電質量的根本需求，分站自動化建設和改造必須在滿足電網基本需求的基礎上進行。

2.3 饋線自動化和通訊系統

饋線自動化也叫配電線路自動化，通過饋線自動化過程能夠完成故障定位和故障隔離、配電線路的電壓和電流實時監控等功能，在系統正常供電和出現故障時都能夠實現實時監控、提升供電質量的目標。當前采用比較多的饋線自動化方式主要是基于FTU 的饋線自動化系統，和基于通信網絡的饋線自動化相比具有運行方式優化、信息化程度高、自動化更強等優點。FTU為饋線自動化的核心設備，主要通過對電壓、電流、儲能信息等進行實時采集的功能實現信息傳輸和狀態監控任務，通過配電自動化用電控制系統可對FTU 的傳輸信息進行動態實時處理，確定系統的供電狀態以及線路發生故障的位置。其中FTU 又包括柱上FTU、環網柜FTU 以及DTU 等類型。通訊系統或者說是通信系統將主站、子站、功能單元等以物理方式進行連接，相對完整的配電自動化通信方案包括主站和變電站分站之間的通訊連接、變電站分站和現場功能單元之間的通訊連接。由于和實際的系統規模大小、地域情況以及局部配網自動化建設的技術水平有非常大的關系，因此通訊系統的建設有非常大的靈活性，且難度較高。目前采用較多的有光纖、有線電纜等方式。一般來說，對于通信傳輸要求比較高的干線多采用光纖傳輸方式，而對于通信要求較低的支線主要采用電纜傳輸方式。采用光纖傳輸通信時，主站需要配有專用接口的光端機。

3 配網自動化的實施以及關鍵問題

實施配網自動化改造和建設能夠產生非常明顯的經濟效益、管理效益和社會效益，為了完成這些效益目標，我們需要對配網自動化實施過程中的關鍵問題進行分析。第一，在《電力二次系統安全防護總體方案》公布實施以后，在配網自動化的建設和改造中，要突出安全認證和訪問控制等安全防護措施，包括縱向的安全防護以及橫向的安全防護等。第二，系統改造建設項目要與實際的技術要求相對應，尤其是考慮到實際設備在戶外運行時要保證一系列的安全技術指標，如抗風化、濕度指標等，以此加強安全設計中硬件方案的合理性。第三，在系統性建設方面，要加強整體的設計和規劃，避免出現標準不統一、硬件兼容性差、資源共享程度低等問題。第四，在技術層面上，要綜合考慮各種建設方案的優缺點。如在優化饋線自動化時要綜合考慮分布智能模式、重合器模式等不同模式的優缺點，合理選擇與使用。

4 結語

從配電自動化體系結構中我們可以看出配電自動化建設是一項綜合性、技術性、系統性和復雜性兼具的整體工程，涉及諸多電路設備、通信網絡以及配網架構等技術性問題。所以在實際的方案設計中必須符合統一規范的技術標準，必須和實際的環境條件和功能目標相一致，以提升配網自動化系統設計的合理性和規范性。

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