安徽黃山配網自動化系統(tǒng)介紹

摘要 文章針對安徽黃山配網自動化項目，介紹其一次設備、通信設備、通信方案、饋線自動化方案以及主站結構和功能，以期對農網中實施配網自動化項目起到一定的參考作用。

關鍵詞 配網自動化 一次設備 二次設備 饋線自動化 通信系統(tǒng) 主站系統(tǒng)

1 概述

2006年初，中國電力科學院配電所針對安徽黃山實施配網自動化的實際情況進行考察了解，在深入研究國內外配網自動化主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、以及饋線自動化系統(tǒng)解決方案的基礎上，結合黃山配電網的現狀，確定采用就地方式的電壓一時間型負荷開關方案作為饋線自動化方案；光纜作為主要通信介質；配網主站獨立運行的模式進行系統(tǒng)建設。系統(tǒng)在穩(wěn)定運行一年后，隨著黃山電網的發(fā)展和用戶對供電可靠性要求的提高，在2007年，對配網自動化系統(tǒng)進行了全面升級，線路增加了自動化環(huán)網柜，饋線自動化方案也升級為就地和主站結合的控制方式。新的系統(tǒng)能更好的適應黃山地區(qū)經濟發(fā)展需要，使黃山供電公司在配電網的運行和管理方面有了很大的提高。

2 系統(tǒng)簡介

2.1一次設備

黃山配網自動化項目一次設備主要包括變電站出線開關、10kV線路上的負荷開關設備和環(huán)網柜設備。出線開關采用原有的自動重合器，投重合閘功能和線路保護功能，數據通過RTU利用調度主站和配網主站進行數據交換；負荷開關采用日本東芝VSP5電磁型負荷開關，主要用于10kV架空線路；自動化環(huán)網柜采用我單位生產的4單元HXGN型環(huán)網柜，4個單元均為負荷開關單元。環(huán)網柜及負荷開關的環(huán)網功能可做投退設置。

2.2二次設備

主要包括遠方終端單元(RTU)、饋線終端單元(FTU)以及環(huán)網柜終端單元DTU等，主要完成對各自對應的一次設備的監(jiān)視、控制及與配網主站系統(tǒng)的通訊。

2.3通信終端設備和通信系統(tǒng)

通信終端采用東土電信KODT2200-2S-FC系列數字光端機，該系列光端機利用成熟的光通信TDM技術，將串行數據打包封裝進行傳輸，能同時提供8個全雙工的串行通道，每個通道異步速率自適應0～115.2kbps。利用其雙光口備份保護功能，在線路終端設備和配網主站之間沿10kV線路敷設光纜組成雙纖自愈環(huán)網，在解決配網通信的同時也為以后的變臺監(jiān)控、遠程自動抄表等預留通道。

2.4主站系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)采用雙前置機、雙數據服務器、雙配調工作站的雙網結構，為保證系統(tǒng)的安全性，在配網系統(tǒng)和WEB服務器之間加裝正向型物理隔離設備；配網前置系統(tǒng)和調度前置系統(tǒng)組成一個獨立的網絡。變電站出現開關的數據通過該網絡轉發(fā)配網主站，配網主站的控制指令通過該網絡轉發(fā)調度系統(tǒng)，由調度系統(tǒng)完成對出現開關的控制。

軟件系統(tǒng)，采用我單位自主研發(fā)的EPID3000系統(tǒng)，利用Windows平臺，支持流行的商用數據庫系統(tǒng)ORACLE、SQL SERVER、SYBASE等，實現配網SCADA功能、WEB發(fā)布功能、饋線自動化功能以及配電管理等功能。隨著電網的發(fā)展和數據的積累，通過增加功能模塊即可實現配網的一些高級功能。

主站系統(tǒng)盡管和調度系統(tǒng)獨立運行，但配網主站從硬件系統(tǒng)到軟件系統(tǒng)均按配調一體化設計，具備升級到配調一體化主站的基礎。

3 饋線自動化方案

3.1就地方案——電壓，時間型

圖1所示為2006年黃山配網自動化網架結構，112和115分別為城東站和城西站出線開關，采用自動重合器，城南1號為聯絡開關，其余為分段開關，聯絡和分段開關采用東芝型的VSP5電磁型負荷開關，聯絡開關的通常狀態(tài)為分閘，其余開關通常狀態(tài)為合閘，這樣把整個線路分成8個供電區(qū)段。其中①、②、③、④段由城東站供電，⑤、⑥、⑦、③段由城西站供電。在實現故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)段恢復供電的過程中，出線開關根據線路保護進行動作，并按整定的次數重合，分段和聯絡開關按照“失電分閘，來電延時合閘”的原則，完成規(guī)定的動作。

分段和聯絡開關的動作特征：分段開關兩側失壓，瞬時自動分閘；分段開關一側帶電，x秒延時后自動合閘。x整定為7n秒(n=1，2，3…)。分段開關合閘后，檢出帶電時間不小于y秒(y=5s)時，系統(tǒng)判定開關合閘于正常區(qū)段。帶電時間小y秒時，系統(tǒng)判定開關合閘于永久故障區(qū)段。再次失壓分閘后，將閉鎖本分段開關的合閘回路，以免再次合閘到故障區(qū)段；聯絡開關可手動或按整定的時間XL自動合閘；分段和聯絡開關具有檢測電壓短脈沖(脈沖電壓≥30％額定電壓、持續(xù)時間≥150ms)閉鎖合閘回路的功能。防止反向來電合閘于故障區(qū)段。

(1)送電過程

115線路出線開關合閘；隨后仙源東路2號開關一側帶電延時x秒合閘；隨后振興樓3號一側帶電延時x秒合閘；隨后武山4號開關延時x秒合閘，完成115號線路的正常供電。112線路供電過程和115線路供電過程相同。

(2)停電過程

115和112線路出線開關分閘；各分段開關兩側失電，瞬時自動分閘。

(3)瞬時性故障排除

①、②、③、④區(qū)段瞬時性故障發(fā)生時，由115線路出線開關重合閘動作恢復供電；⑤、⑥、⑦、③區(qū)段瞬時性故障發(fā)生時，由112線路出線開關重合閘動作恢復供電?；謴凸╇娺^程同送電過程。

(4)永久性故障排除

以③區(qū)段線路發(fā)生永久故障為例，當故障發(fā)生時，城東115線路出線開關保護動作跳閘，仙源東路2號、振興樓3號、武山4號開關兩側失電瞬時分閘，城南1號開關開始計時XL，故障后的狀態(tài)如圖2所示；城東115線路出線開關進行一次重合閘，仙源東路2號開關電源側來電，開始計時X，X計時結束合閘，計時Y開始，振興樓3號開關電源側來電，開始計時X，X計時結束合閘，計時Y開始；由于合閘到故障區(qū)段上，城東115線路出線開關后加速跳閘，仙源東路2號、振興樓3號再次失電瞬時分閘；振興樓3號的y計時內失電則分閘后閉鎖合閘回路，同時武山4號開關檢測到電壓短脈沖則閉鎖合閘回路，完成故障3區(qū)段的隔離；城東115線路出線開關進行二次重合閘，仙源東路2號開關電源側感知來電，開始計時X，X計時結束合閘，恢復①、②區(qū)段(非故障區(qū)段)的供電；城南1號開關計時XL結束則合閘，恢復④區(qū)段(非故障區(qū)段)的供電。饋線自動化完成后狀態(tài)如圖3所示。

由永久性故障的排除過程，可以發(fā)現該方案的優(yōu)點：沒有復雜的繼電保護整定配合；不需要建設通信系統(tǒng)和主站(子站)系統(tǒng)，投資較省，如有主站系統(tǒng)，則主站在故障處理過程中起到監(jiān)視和故障告警作用，使配調人員實時了解故障的處理過程。同時也存在缺點：即沿線各分段開關動作次數較多，恢復供電的時間相對較長；開關的瞬間動作較多，對線路和設備的沖擊較大；仍然存在時間上的配合，難以適應更為復雜的網架結構。

3.2主站與就地結合的控制方案

2007年隨著黃山經濟的飛速發(fā)展，用戶對供電可靠性要求提高，電網的網架結構也逐步向網格化發(fā)展，單純的就地方式的故障處理已經不能滿足較為復雜的網架結構。黃山供電公司面對現狀，及時的對配電網進行全面的升級，在重要分支處加裝能夠開斷故障電流的斷路器或重合器，在電纜線路加裝環(huán)網柜設備，重要負荷區(qū)段實現多電源供電，故障處理方式也升級為主站參與，以彌補單純就地方式的不足，使電網的運行和供電方式更加靈活。故障處理的時間大大縮減，供電可靠性得到很大的提高。以圖4為例，說明主站方式的故障處理過程。

圖4和圖1相比，在重要分支線路開始處加裝能開斷故障電流的重合器，這里稱為分支重合器，通常處于合閘狀態(tài)。

要求：分支重合器及變電站出線開關投一次重合閘功能，在重合時間整定上分支重合器服從變電站出線開關，即分支線路發(fā)生故障時，分支重合器先動作，而不影響主干線路；線路分段開關投電壓時間型環(huán)網功能；聯絡開關環(huán)網功能退出；分段和聯絡開關都能夠感知故障信息并上報。在這種情況下送電過程、停電過程以及主干線路瞬時性故障處理同就地方式。

(1)主站判斷故障發(fā)生的條件

主站在同一時間，收到變電站出線開關(包括分支重合器)線路保護動作信號和開關的跳閘信號，即認為是由于開關的線路保護動作引起開關的跳閘(故障發(fā)生)。

(2)分支線路瞬時性故障排除

通過分支重合器一次重合閘成功，排除瞬時性故障。

(3)分支線路永久性故障排除

通過分支重合器一次重合閘不成功，實現快速的故障隔離，而不影響主干線路的正常運行，主站系統(tǒng)對故障信息進行打印、聲音告警和保存的同時，還進行告警器告警，提醒及時進行線路維修。

(4)主干線路永久性故障排除

由于VSP5開關的電氣特性，在線路失電的情況下，分段開關全部處于分閘狀態(tài)，同時各個分段開關感知的故障信息也丟失，主站無法根據故障后的狀態(tài)判斷故障位置。因此，要求主站能對線路故障前的開合狀態(tài)及感知的故障信號進行記憶，從而根據故障前有關信息判斷故障位置。仍以③區(qū)段發(fā)生永久故障為例：

故障前的狀態(tài)：城南1號開關處于分閘位置，所有分段開關處于合閘位置，分支重合器處于合閘位置，只有仙源東路2號和振興樓3號開關感知有故障信息流過，115線路出線開關有線路保護信號上報。

分析供電路徑：根據故障前狀態(tài)，分析整個電網的所有供電路徑，針對圖4有3個供電路徑分別是：①②③④、⑧⑦⑥⑤和⑧⑦⑨區(qū)段。

確定故障位置：根據在供電路徑上故障點的上游開關都有故障信息流過，下游開關均沒有故障信息這一原理。分析每條供電路徑可以確定故障點在③區(qū)段，由于在故障發(fā)生后115線路出線開關進行過一次重合閘動作，故障點周圍開關已經處于合閘閉鎖狀態(tài)(故障點已經隔離)，這一點可以作為驗證找到的故障點是否可靠，主站需要配合的只是完成重構過程。

非故障區(qū)域恢復供電：在確定故障位置的同時還得到兩種類型的孤立島，一種是有源孤立島：①、②區(qū)段；一種是無源孤立島：④區(qū)段，只需控制有源孤立島中電源開關合閘和無源孤立島中聯絡開關合閘即完成非故障區(qū)域的恢復供電(網絡重構)。

4 結束語

黃山在實施配網自動化系統(tǒng)后，縮小了正常檢修的停電范圍，在發(fā)生故障時，能夠快速的進行故障定位、故障隔離與非故障區(qū)域的恢復供電。降低了運行人員的勞動強度，提高勞動效率，使運行人員對配電網絡的運行狀況掌握得更全面更快捷。

黃山配網自動化的實施，改變了配電網傳統(tǒng)的運行管理方式，對運行人員提出了更高的要求。即鍛煉了隊伍，也提高了素質。