淺析配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)

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　　摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化提出了更高的要求，配電網(wǎng)自動(dòng)化也是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。技術(shù)在發(fā)展，需求也在提高，應(yīng)參照發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮近期與遠(yuǎn)期、全局與局部、主要與次要的關(guān)系，進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)出先進(jìn)、通用、標(biāo)準(zhǔn)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)電力市場的發(fā)展具有重要意義。文章主要對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行探討，并提出配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施中的注意問題等。

　　關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動(dòng)化；線損；技術(shù)；供電質(zhì)量；配電管理系統(tǒng)

　　一、配網(wǎng)自動(dòng)化的基本問題

　　盡管中國的配網(wǎng)自動(dòng)化工作已進(jìn)入了試點(diǎn)實(shí)施階段，但對(duì)于配網(wǎng)自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)仍然眾說紛紜，下面僅對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的概念、范圍、任務(wù)、可靠性原則進(jìn)行闡述。

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　　配網(wǎng)自動(dòng)化：利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的檢測、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。

　　（二）范圍

　　110kV及以下電力網(wǎng)絡(luò)屬于配電網(wǎng)絡(luò)，它包括高、中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)，要討論的配網(wǎng)自動(dòng)化特指10kV中壓配電網(wǎng)自動(dòng)化。

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　　1．使整個(gè)配電網(wǎng)線損降至最小，提供優(yōu)質(zhì)的供電質(zhì)量。

　　2．在整個(gè)配電網(wǎng)事故情況下，系統(tǒng)能適時(shí)分析確定事故原因，排除因瞬間故障造成的不必要的停電事故；對(duì)于永久性故障，系統(tǒng)將及時(shí)分隔故障段，進(jìn)行電網(wǎng)重構(gòu)，保障非事故線路段盡快恢復(fù)供電。

　　（四）可靠性原則

　　實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化的首要目標(biāo)是提高配電網(wǎng)的供電可靠性，實(shí)現(xiàn)高度可靠的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)要遵循原則：

　　（1）具有可靠的電源點(diǎn)；

　　（2）具有可靠的配電網(wǎng)網(wǎng)架（規(guī)劃、布局、線路）；

　　（3）具有可靠的設(shè)備（一次智能化開關(guān)、二次戶外FTU、TTU等）；

　?。?）具有可靠的通信系統(tǒng)（通信介質(zhì)、設(shè)備）；

　?。?）具有可靠的主站、子站系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)）。

　　二、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成

　　配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它大致可分為三個(gè)子系統(tǒng)：配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)；配網(wǎng)自動(dòng)化子站系統(tǒng)；配網(wǎng)自動(dòng)化終端。

　　（一）配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)

　　主站系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成：配電SCADA主站系統(tǒng)；配電故障診斷恢復(fù)和配網(wǎng)應(yīng)用軟件子系統(tǒng)DAS；配電AM/FM/GIS應(yīng)用子系統(tǒng)DMS構(gòu)成

　　1．配電SCADA主站系統(tǒng)由前置機(jī)服務(wù)器（RTU服務(wù)器）、SCADA服務(wù)器、調(diào)度員工作站（MMI）、報(bào)表工作站、DA服務(wù)器、GIS服務(wù)器等組成。前置機(jī)服務(wù)器：它包括若干臺(tái)前置機(jī)服務(wù)器。其中一臺(tái)為主前置機(jī)服務(wù)器，當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，從前置機(jī)服務(wù)器中的一臺(tái)自動(dòng)成為主前置機(jī)服務(wù)器，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是由nap來完成的。主前置機(jī)服務(wù)器通過dater接收子站通過交換機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，由vcterm經(jīng)過規(guī)約解釋存入當(dāng)?shù)貎?nèi)存，形成生數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享內(nèi)存。主前置機(jī)服務(wù)器通過rawd向若干從前置機(jī)服務(wù)器發(fā)送生數(shù)據(jù)，各從前置機(jī)服務(wù)器通過datsrv接收主前置機(jī)服務(wù)器發(fā)送來的生數(shù)據(jù)形成自己的生數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享內(nèi)存。

　　SCADA服務(wù)器：它包括若干臺(tái)SCADA服務(wù)器。其中一臺(tái)為主SCADA服務(wù)器，當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，從SCADA服務(wù)器中的一臺(tái)自動(dòng)成為主SCADA服務(wù)器，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是由nsp來完成的。主SCADA服務(wù)器通過datsrv接收主前置機(jī)服務(wù)器發(fā)送來的生數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理形成熟數(shù)據(jù)。將形成的熟數(shù)據(jù)存入內(nèi)存，形成實(shí)時(shí)庫。同時(shí)將形成的熟數(shù)據(jù)存入硬盤，形成歷史庫，歷史庫全系統(tǒng)唯一只有一個(gè)。需要?dú)v史數(shù)據(jù)時(shí)，從歷史庫取數(shù)據(jù)。取數(shù)據(jù)的方式有：polling方式；stream方式；sql方式。整個(gè)主站系統(tǒng)為一個(gè)局域網(wǎng)，通過交換機(jī)或HUB連接在一起。

　　2．為保證配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)投運(yùn)后，能夠完全滿足本系統(tǒng)的技術(shù)要求，必須對(duì)本系統(tǒng)起至關(guān)重要作用的配電故障診斷和恢復(fù)功能（即DA功能）進(jìn)行聯(lián)調(diào)測試。在進(jìn)行DA聯(lián)調(diào)測試前，必須保證以下條件完整無誤：

　?。?）主站置庫完畢并經(jīng)反復(fù)檢查無誤；

　?。?）主站、子站和FTU之間的通訊正常；

　?。?）對(duì)要進(jìn)行DA測試的FTU進(jìn)行遙測、遙控、遙信調(diào)試，并保證其功能正常；

　?。?）恢復(fù)無故障區(qū)段的供電時(shí)，必然涉及到變電站出口斷路器，因此要對(duì)變電站的出口斷路器進(jìn)行遙控測試。另外，在DA測試中采用繼電保護(hù)測試儀模擬故障引起開關(guān)跳閘的方式啟動(dòng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的DA功能，完成一次設(shè)備的實(shí)際動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)隔離、非故障區(qū)段的恢復(fù)可以采取多種方法，取決于自動(dòng)化裝置的技術(shù)特點(diǎn)和整體方案。一般有就地控制和主站遠(yuǎn)方控制兩種方式。就地控制以饋線終端單元（FTU）之間的配合為主，不需要通信通道，通過對(duì)線路過流或過壓的檢測，以及對(duì)開關(guān)分合閘的邏輯控制實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)；主站遠(yuǎn)方控制方式需要有可靠的通信通道，通過主站軟件對(duì)FTU上傳信息的分析判斷，制定合理的隔離策略和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略，遠(yuǎn)方控制配電開關(guān)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。

　　3．配電管理系統(tǒng)DMS。

　?。?）從輸電系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展來看，中國目前已普及了以SCADA功能為主的地調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，但作為更高層次的能量管理系統(tǒng)（EMS）卻尚未全面達(dá)到，盡管如此，輸電系統(tǒng)SCADA已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用。由于配電系統(tǒng)較輸電網(wǎng)更復(fù)雜、更分散，實(shí)現(xiàn)綜合管理系統(tǒng)水平的配電管理系統(tǒng)（DMS）的難度也就更大。因此，應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)輸電系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，在使用中不斷提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平。

　?。?）DF9100配電主站系統(tǒng)中的AM/FM/GIS是配電管理系統(tǒng)的重要功能之一。它是將地理學(xué)空間數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合，為獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示電力設(shè)備的空間定位資料和屬性資料而建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其中AM為自動(dòng)繪圖，F(xiàn)M為設(shè)備管理，GIS是地理信息系統(tǒng)，AM/FM/GIS是配電管理系統(tǒng)DMS的基本平臺(tái)。利用AM/FM/GIS集成DMS系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的DMS數(shù)據(jù)庫，為各子系統(tǒng)提供共享資料，從而減少資料的冗余度，保證資料的一致性，提供良好的全圖形化的人機(jī)界面。地理信息系統(tǒng)GIS的引入為電力系統(tǒng)應(yīng)用提供了全新的表達(dá)形式，更具有現(xiàn)實(shí)性，更直觀易用，并對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展，使其具備空間管理、運(yùn)用能力，實(shí)現(xiàn)更高一級(jí)的管理。

　?。?）配電地理信息系統(tǒng)GIS與配電SCADA系統(tǒng)互聯(lián)，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在地理信息圖上顯示并為GIS的空間分析子過程提供數(shù)據(jù)，該局配網(wǎng)GIS與SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。配網(wǎng)GIS系統(tǒng)本身就支持SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示，但由于GIS系統(tǒng)運(yùn)行在該局辦公自動(dòng)化10網(wǎng)段上，而SCAD系統(tǒng)運(yùn)行在191網(wǎng)段上，目前為了實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示，利用WEBSRV（雙網(wǎng)卡設(shè)置191和10段IP）機(jī)器作為CADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，10段的GISSRV（10網(wǎng)段的SCADA服務(wù)器）作為SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接受服務(wù)器，利用轉(zhuǎn)發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)不同網(wǎng)段的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。

　?。ǘ┡渚W(wǎng)自動(dòng)化子站系統(tǒng)

　　因?yàn)榕渚W(wǎng)監(jiān)控設(shè)備點(diǎn)多面廣，配電SCADA系統(tǒng)的系統(tǒng)測控對(duì)象既包含較大容量的開閉所、環(huán)網(wǎng)柜，又包含數(shù)量較多、分布較廣的柱上開關(guān)，不可能把所有的站端監(jiān)控設(shè)備直接連接到配電主站，因此必須增設(shè)中間一級(jí)，稱為配電子站（SUB-STATION），由其管理其附近的柱上開關(guān)、開閉所、配電站端監(jiān)控設(shè)備，完成“數(shù)據(jù)采集器”、饋線監(jiān)控、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控及饋線重合閘的功能；并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送配電主站通信處理器，這樣既能節(jié)約主干通道又使得配電自動(dòng)化主站SCADA網(wǎng)絡(luò)可以繼承輸電網(wǎng)自動(dòng)化的成熟成果。

　?。ㄈ┡渚W(wǎng)自動(dòng)化終端

　　城市配網(wǎng)自動(dòng)化終端負(fù)責(zé)對(duì)城域所轄的柱上開關(guān)、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電變壓器等進(jìn)行監(jiān)控，既要實(shí)現(xiàn)FTU、TTU等的三遙功能，又要實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的識(shí)別和控制功能，從而配合配網(wǎng)自動(dòng)化主站及子站實(shí)現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)運(yùn)行中的工況檢測、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、優(yōu)化運(yùn)行以及網(wǎng)故障時(shí)的故障隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。

　　為本系統(tǒng)配套的WPZD-110型FTU，其容量為9路遙測量，8路遙信量，4路遙控量，具有與上級(jí)站通訊的RS-232接口，也有與下級(jí)站通訊的RS-485接口。其主要功能有：數(shù)據(jù)采集和處理，遠(yuǎn)方控制與當(dāng)?shù)乜刂?，故障識(shí)別、故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移，接受遠(yuǎn)方指令及轉(zhuǎn)發(fā)采集的數(shù)據(jù)信息，具備相適應(yīng)的通信功能等。該市城局配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電源取自饋線的不同母線，按閉環(huán)方式運(yùn)行。配電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成有電纜和架空線路兩種方式。其中架空線路雙電源手拉手供電是以往最基本的形式。線路主干線分段的數(shù)量取決于對(duì)供電可靠性要求的選擇。理論上講，分段越多，故障停電的范圍越小，但同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的方案也越復(fù)雜。那么要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)各段的故障能夠自動(dòng)準(zhǔn)確識(shí)別并切除，且最大限度縮短非故障區(qū)域的停電時(shí)間的愿望，也就更有難度。

　　三、通信

　　配網(wǎng)自動(dòng)化的通信包括主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場終端、子站對(duì)現(xiàn)場終端、子站之間、現(xiàn)場終端之間的通信等廣義的范圍。通信是實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，通信方案也多種多樣，主要有光纖、有線電纜、電力載波、微波、擴(kuò)頻等，但就目前配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)不夠成熟的情況下，采用混合通信方案是比較符合實(shí)際的原則。

　　四、配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施中應(yīng)注意的問題

　　配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施涉及的部門多，投資大，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此配網(wǎng)自動(dòng)化的規(guī)劃是必不可少的，必須結(jié)合當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，制定詳細(xì)的配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施計(jì)劃，整體考慮，分期分批實(shí)施，同時(shí)要和供電企業(yè)內(nèi)部信息化建設(shè)相協(xié)調(diào)。另外，從供電局的實(shí)際需要和發(fā)展需求出發(fā)，目前的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)配（網(wǎng)）調(diào)（度）合一的設(shè)計(jì)，技術(shù)上統(tǒng)一平臺(tái)，管理上易于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)上節(jié)約資金，同時(shí)也奠定了將來電力企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。在實(shí)施過程中，注重已有的調(diào)度自動(dòng)化的升級(jí)改造與建設(shè)配網(wǎng)自動(dòng)化統(tǒng)一考慮，新上調(diào)度自動(dòng)化與建設(shè)配網(wǎng)自動(dòng)化統(tǒng)一考慮。

　　配電線路設(shè)備的戶外運(yùn)行環(huán)境，對(duì)開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備等提出了更高的要求，必須考慮雷擊過電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、腐蝕、風(fēng)沙、振動(dòng)、電磁干擾等因素的影響，在開關(guān)的外絕緣材料、電子設(shè)備的設(shè)計(jì)、元器件的篩選等方面應(yīng)綜合考慮其性價(jià)比。

　　此外，配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的站端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方控制的頻繁程度比輸電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)要高得多，因此要求配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的站端設(shè)備具有更高的可靠性。

　　配電終端設(shè)備中的電源用于控制開關(guān)動(dòng)作，正常情況下從線路中取得，線路失電后的后備電源應(yīng)具有較高的可靠性。

　　在實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化后，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率，使運(yùn)行人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況掌握得更全面更快捷，為供電企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施，改變了配電網(wǎng)傳統(tǒng)的運(yùn)行管理方式，但對(duì)運(yùn)行人員提出了較高的要求。

　　五、結(jié)語

　　經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化提出了更高的要求，配電網(wǎng)自動(dòng)化也是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。技術(shù)在發(fā)展，需求也在提高，最終目的都是為了擴(kuò)大供電能力，提高供電可靠性，優(yōu)化電力服務(wù)。從目前的應(yīng)用情況，有些內(nèi)容只限于開發(fā)、研制和試用階段，因此，應(yīng)本著從實(shí)際出發(fā)，統(tǒng)籌安排，循序漸進(jìn)的原則，綜合考慮近期與遠(yuǎn)期、全局與局部、主要與次要的關(guān)系，進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)出先進(jìn)、通用、標(biāo)準(zhǔn)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)電力市場的發(fā)展具有重要意義。

　　作者簡介：李興明（1978－），男，廣東電網(wǎng)湛江吳川供電局助理工程師，研究方向：電力配網(wǎng)管理。