配網(wǎng)自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)

凌峰

摘 要：盡管我國(guó)的配電網(wǎng)自動(dòng)化工作目前已進(jìn)入試點(diǎn)實(shí)施階段，但對(duì)于配電自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)說(shuō)法不同，下面是本人對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的概念、目標(biāo)、范圍闡述的觀(guān)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動(dòng)化；體系結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)技術(shù)

1、配網(wǎng)自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)

(1)配網(wǎng)自動(dòng)化的基本問(wèn)題 ：

盡管我國(guó)的配電網(wǎng)自動(dòng)化工作目前已進(jìn)入試點(diǎn)實(shí)施階段，但對(duì)于配電自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)說(shuō)法不同，下面是本人對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的概念、目標(biāo)、范圍闡述的觀(guān)點(diǎn)：

a．概念：配電網(wǎng)自動(dòng)化首先表現(xiàn)為一種集成化自動(dòng)化系統(tǒng)，它在在線(xiàn)(實(shí)時(shí))狀態(tài)下，能夠監(jiān)控、協(xié)調(diào)、管理配電網(wǎng)各環(huán)節(jié)設(shè)備與整個(gè)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行。

b．目標(biāo)：提高供電可靠性、改善電能質(zhì)量和提高運(yùn)行管理效率(經(jīng)濟(jì)運(yùn)行)。

c．范圍：以10kV干線(xiàn)饋線(xiàn)自動(dòng)化為主，覆蓋了400V低壓配電臺(tái)區(qū)自動(dòng)化，延伸到用戶(hù)集中抄表系統(tǒng)。

(2)配網(wǎng)自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)：

配網(wǎng)自動(dòng)化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，完整的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)包含了四個(gè)主要環(huán)節(jié)：供電 網(wǎng)絡(luò) 、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、主站網(wǎng)絡(luò)。目前存在的誤區(qū)之一：過(guò)分強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化及軟件功能，忽略電網(wǎng)的根本需求。

(3)實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化的技術(shù)原則：

a．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)要遵循以下原則：①具有可靠的電源點(diǎn)(雙電源進(jìn)線(xiàn)、備自投、變電所自動(dòng)化)②具有可靠的配電網(wǎng)網(wǎng)架(規(guī)劃、布局、線(xiàn)路)。③具有可靠的設(shè)備(一次智能化開(kāi)關(guān)、二次戶(hù)外FTU、TTU)。④具有可靠的通信系統(tǒng)(通信介質(zhì)、設(shè)備)。⑤具有可靠的主站系統(tǒng)( 計(jì)算 機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò))。

b．分散性原則：①由于配電網(wǎng)的地域分布性特點(diǎn)，建立配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)希望功能分散、危險(xiǎn)分散，采用具有智能的一次設(shè)備(如重合器)，故障就地解決。對(duì)于縣級(jí)規(guī)模的配電網(wǎng)，復(fù)雜性并不高，提高可靠性供電，通常雙電源即能滿(mǎn)足實(shí)際要求，推薦重合器方案，并且在10kV干線(xiàn)適當(dāng)配置開(kāi)關(guān)數(shù)量，使保護(hù)配合能夠?qū)崿F(xiàn)。②為進(jìn)一步提高整體系統(tǒng)的安全可靠性，主站軟件功能分散，以SCADA為主體的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能獨(dú)立運(yùn)行，以GIS(地理信息系統(tǒng))為主體的在線(xiàn)管理功能獨(dú)立運(yùn)行，電網(wǎng) 分析 計(jì)算功能獨(dú)立運(yùn)行，各功能間內(nèi)核(數(shù)據(jù)庫(kù)、微內(nèi)核調(diào)度等)一體化設(shè)計(jì)，保證信息的可靠、高效、優(yōu)質(zhì)共享。 在實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化工程中，存在著另一誤區(qū)：以GIS代SCADA(如ARCINFO)，實(shí)時(shí)處理圖形，增加了計(jì)算機(jī)工作負(fù)擔(dān)，人為地降低了系統(tǒng)安全可靠性。以提高供電可靠性為第一目標(biāo)的架空網(wǎng)，SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控為重點(diǎn)，確保主站信息處理及時(shí)，GIS在線(xiàn)管理為次；而以運(yùn)行管理為主要目標(biāo)的電纜網(wǎng)，應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

2、配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

(1)供電方式及一次設(shè)備：

受地域與經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素的影響 ，我國(guó)的配電網(wǎng)在管理上劃分為城市電網(wǎng)(大中城市)與農(nóng)村 電網(wǎng)(鄉(xiāng)村、縣城)，城市電網(wǎng)以電纜網(wǎng)方式為主，農(nóng)村電網(wǎng)以架空線(xiàn)方式為主。 配電網(wǎng)的供電方式由電源點(diǎn)、線(xiàn)路開(kāi)關(guān)設(shè)備、網(wǎng)架(線(xiàn)路聯(lián)結(jié))三部分決定，電源點(diǎn)、網(wǎng)架的不同方式組合，架構(gòu)了多種多樣的供電方式，如單電源輻射狀供電、雙(多)電源互備供電、雙(多)電源環(huán)網(wǎng)供電、網(wǎng)格狀供電等，而線(xiàn)路開(kāi)關(guān)設(shè)備如環(huán)網(wǎng)柜、重合器、分段器、斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等提供了功能各異的供電配合方案。城市電纜網(wǎng)多采用環(huán)網(wǎng)柜(配負(fù)荷開(kāi)關(guān)、真空斷路器、SF6斷路器等)作為配電線(xiàn)路主設(shè)備，農(nóng)電架空線(xiàn)網(wǎng)多采用重合器、分段器、斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等作為配電線(xiàn)路主設(shè)備。以線(xiàn)路開(kāi)關(guān)設(shè)備區(qū)分的供電方案主要有：電纜環(huán)網(wǎng)柜方案、架空重合器方案、分段器(自動(dòng)配電開(kāi)關(guān))方案、斷路器方案、負(fù)荷開(kāi)關(guān)方案等。限于篇幅，本文不再仔細(xì)比較各方案的優(yōu)劣，下面僅說(shuō)明幾個(gè)重要問(wèn)題：

①評(píng)價(jià)架空網(wǎng)配網(wǎng)自動(dòng)化供電方案優(yōu)劣的首要依據(jù)是供電可靠性，包括故障下停電范圍、停電次數(shù)、停電時(shí)間、恢復(fù)供電時(shí)間。

②在架空線(xiàn)網(wǎng)中，重合器方案具有現(xiàn)實(shí)的和技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)際中，架空線(xiàn)路故障的80%是瞬間故障，采用重合器隔離瞬間故障，能大幅度提高供電可靠性；由于強(qiáng)電的危險(xiǎn)性，線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，希望現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題就地解決，不宜擴(kuò)大，減少人為復(fù)雜化；重合器的智能化程度高，使供電網(wǎng)絡(luò)能獨(dú)立運(yùn)行，不依賴(lài)于通信系統(tǒng)、主站系統(tǒng)，同時(shí)可以統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施；由于故障多發(fā)生在分支線(xiàn)低壓臺(tái)區(qū)，支線(xiàn)可以用智能分段器與干線(xiàn)重合器保護(hù)配合。

③縣級(jí)城市配電網(wǎng)的特點(diǎn)是架空線(xiàn)網(wǎng)、供電半徑在5km以?xún)?nèi)，推薦雙電源環(huán)網(wǎng)供電，并采用三開(kāi)關(guān)四分段重合器方案。

④無(wú)論是依靠智能開(kāi)關(guān)設(shè)備保護(hù)配合隔離故障還是通過(guò)通信、主站軟件隔離故障，均希望簡(jiǎn)化電網(wǎng)聯(lián)結(jié)的復(fù)雜性，對(duì)一般的城區(qū)和農(nóng)網(wǎng)，采用雙電源環(huán)網(wǎng)供電，完全能滿(mǎn)足用戶(hù)的供電可靠性要求。

(2)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及二次設(shè)備：

配電自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)FTU、TTU對(duì)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)、配電臺(tái)區(qū)(變壓器)的監(jiān)控。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性功能主要包括保護(hù)動(dòng)作、環(huán)網(wǎng)控制、遠(yuǎn)方控制、就地手動(dòng)等四方面。配電自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要問(wèn)題是線(xiàn)路電源(儀表與操作電源)和傳輸規(guī)約，設(shè)計(jì)適用于戶(hù)外環(huán)境的、可靠的不間斷電源是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的一個(gè)難題。由于配電線(xiàn)路設(shè)備的地理分布性，目前變電所采用的CDT、POLLING規(guī)約，均不適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)，新的101規(guī)約得到了一定程度的 應(yīng)用 ，它能否作為配電自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，尚難評(píng)定，目前IEC正在制定新的傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

(3)通信方案及設(shè)備：

配電自動(dòng)化的通信方案包括主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站之間、現(xiàn)場(chǎng)單元之間的通信等廣義的范圍。目前實(shí)施的完整配電自動(dòng)化試點(diǎn)工程系統(tǒng)的通信方案指主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元的通信。通信是配電網(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：光纖、電力載波、有線(xiàn)電纜、微波、擴(kuò)頻等，但總的來(lái)看，采用混合通信方案是比較符合實(shí)際的原則，通信干線(xiàn)(指10kV線(xiàn)路)用光纖(城市供電半徑較短，同樣有較好的性能價(jià)格比)，支線(xiàn)(指低壓配電臺(tái)區(qū))采用別的通信方式(根據(jù)距離干線(xiàn)遠(yuǎn)近、傳輸要求高低決定)，遠(yuǎn)距離孤立點(diǎn)采用無(wú)線(xiàn)傳輸。需要說(shuō)明的是，配網(wǎng)自動(dòng)化光纖通信通常傳輸一路數(shù)據(jù)，帶寬在幾十K即可，需采用專(zhuān)用光端機(jī)。配電載波技術(shù)是有著巨大前景的配電網(wǎng)通信技術(shù)，目前尚未達(dá)到實(shí)用化。

(4)主站網(wǎng)絡(luò)與軟件功能：

配電網(wǎng)自動(dòng)化的主站功能包括SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控、GIS(地理信息系統(tǒng))在線(xiàn)管理、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析等，主站框架要突破傳統(tǒng)的單一調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)C/S模式，以P-P-C/S-B/S一體化架構(gòu)，充分體現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)的管控一體的綜合集成系統(tǒng)特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與軟件平臺(tái)技術(shù)充分體現(xiàn)功能與開(kāi)放，并提供與異構(gòu)系統(tǒng)跨平臺(tái)接口，與調(diào)度、負(fù)控、MIS、CIS等自動(dòng)化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。從供電局的實(shí)際需要和發(fā)展需求出發(fā)，目前的配電自動(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)(考慮到尤其是縣級(jí)供電局自動(dòng)化技術(shù)力量不足的實(shí)際困難)，經(jīng)濟(jì)上節(jié)約資金(包括節(jié)約建設(shè)資金和維護(hù)費(fèi)用)，同時(shí)也奠定了將來(lái)電力 企業(yè) 信息化的基礎(chǔ)。在做法上，重視已有的調(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。需要說(shuō)明的是，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理一體化，在技術(shù)上體現(xiàn)在信息的高效共享，而不僅是通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的松散聯(lián)網(wǎng)。GIS應(yīng)與CIS、CRM管理密切結(jié)合，設(shè)計(jì)要分布式、網(wǎng)絡(luò)化，引入GPS定位系統(tǒng)，提高供用電維護(hù)、檢修等自動(dòng)化水平，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

3、實(shí)施模式

為提高配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的效率、降低技術(shù)難度，依據(jù)配電網(wǎng)規(guī)模的大小，配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施模式主要區(qū)分為縣級(jí)城市、大中城市兩種情況：縣級(jí)城市等小規(guī)模配電網(wǎng)可以集中管控，一個(gè)配網(wǎng)主站、一級(jí)通信 網(wǎng)絡(luò) ；而對(duì)大中城市，以小區(qū)化建設(shè)，類(lèi)似調(diào)度自動(dòng)化方式，以小區(qū)設(shè)備群為單元，實(shí)施"單元化終端-分布式結(jié)構(gòu)-分層網(wǎng)絡(luò)-功能集成-多級(jí)管控"的配電調(diào)度系統(tǒng)模式，解決信息瓶頸，提高系統(tǒng)總體監(jiān)控/管理效率。

4、突出的問(wèn)題

(1)戶(hù)外運(yùn)行：配電線(xiàn)路設(shè)備的戶(hù)外運(yùn)行環(huán)境，對(duì)開(kāi)關(guān)主設(shè)備、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備、通信終端設(shè)備等提出了更高的要求，主要是保證溫度、濕度、抗凝露、抗老化、抗風(fēng)沙等指標(biāo)，在開(kāi)關(guān)的外絕緣材料、 電子 設(shè)備的設(shè)計(jì)、元器件篩選等方面特殊考慮。

(2)通信可靠性：配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)著實(shí)時(shí)監(jiān)控配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的職能，電網(wǎng)的供電可靠性首先由供電方案決定，在線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的自動(dòng)化、智能化程度較低的配電網(wǎng)中，整個(gè)系統(tǒng)性能對(duì)主站與通信的依賴(lài)性強(qiáng)，而配電網(wǎng)的廣域地理分布性，使通信傳輸?shù)目煽啃猿蔀榻ㄔO(shè)可靠的配電網(wǎng)自動(dòng)化的難點(diǎn)之一。對(duì)于供電網(wǎng)絡(luò)采用重合器方案，解決了對(duì)通信的強(qiáng)依賴(lài)性問(wèn)題。

(3)電源：配電線(xiàn)路上的電源用于提供開(kāi)關(guān)、監(jiān)控單元的工作動(dòng)力，其來(lái)源有二：在線(xiàn)路正常供電條件下，由電源變壓器從線(xiàn)路取電；線(xiàn)路失電時(shí)，啟動(dòng)后備電源(UPS)供電，對(duì)于操作開(kāi)關(guān)的大電流可通過(guò)大電容儲(chǔ)能放電提供動(dòng)力。存在的難題是不間斷電源(UPS)戶(hù)外運(yùn)行問(wèn)題，尤其高低溫對(duì)蓄電池工作的影響 。