【摘要】文章通過工作實踐并結(jié)合相關(guān)資料,文對某城市配電自動化實施方案進(jìn)行研究探討。
【關(guān)鍵詞】配電自動化;配電網(wǎng)規(guī)劃;配電主站;配電終端;配電通信
一、引言
文章對某城市大型配電自動化實施方案進(jìn)行研究,針對配電網(wǎng)特點以及配電設(shè)備、電力通信和企業(yè)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的實際情況,設(shè)計配電自動化系統(tǒng)可行方案。結(jié)合實例展示其特點,包括先進(jìn)的設(shè)計理念、全面涵蓋的專業(yè)內(nèi)容、恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)路線,體現(xiàn)工程實際需求和配電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行檢修及調(diào)度監(jiān)控需求等方面。這對配電自動化規(guī)劃、建設(shè)及后續(xù)運(yùn)行具有很好的借鑒意義。
二、配電自動化規(guī)劃建設(shè)的主要要求
1.配電網(wǎng)基本條件
配電自動化規(guī)劃區(qū)域應(yīng)滿足一些基本條件,才能更經(jīng)濟(jì)和易于取得成功。包括:①配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)布局相對合理、成熟穩(wěn)定,供電可靠性指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到99.9%或更高;②規(guī)劃饋線自動化的區(qū)域,配電網(wǎng)線路滿足供電安全N-1準(zhǔn)則要求;③相關(guān)配電設(shè)備運(yùn)行工況良好;④擴(kuò)建配電網(wǎng)滿足配電自動化技術(shù)體系要求;⑤配電網(wǎng)站房節(jié)點能夠為規(guī)劃建設(shè)配電自動化和通信終端等設(shè)備提供足夠安裝和檢修空間。
2.配電主站規(guī)劃建設(shè)主要原則
主站系統(tǒng)設(shè)計原則一般應(yīng)包括:①建設(shè)規(guī)模具有一定前瞻性、與配電自動化規(guī)劃應(yīng)用以及配電網(wǎng)規(guī)劃階段性發(fā)展目標(biāo)相匹配;②主站支撐平臺宜一次性設(shè)計建設(shè),首先實現(xiàn)基本數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)和饋線自動化(FA)功能;③操作系統(tǒng)最好采用安全性較高的UNIX/Linux。主站規(guī)模和功能匹配可參考表1。
3.配電自動化終端規(guī)劃建設(shè)主要原則
配電終端設(shè)計主要原則包括:①模塊化、可擴(kuò)展、低功耗、高可靠性;②箱體結(jié)構(gòu)適應(yīng)現(xiàn)場安裝條件,滿足環(huán)境防潮防盜、抗高濕高溫電磁干擾要求;③機(jī)箱內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)合理;④支持DL/T 634.5-101,DL/T 634.5-104等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議;⑤支持多種供電模式,電壓等級滿足操作電源、通信電源和自身供電需求,后備電源容量滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)定;⑥具有就地人機(jī)聯(lián)系功能和必要的檢修操作防誤措施;⑦終端自診斷信息采集與上報。
4.配電通信規(guī)劃建設(shè)主要原則
配電網(wǎng)通信設(shè)計主要原則包括:①統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)籌兼顧配用電需求;②骨干通信優(yōu)先采用光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)、具備支持虛擬局域網(wǎng)(VPN)能力,滿足配電網(wǎng)規(guī)劃和配電自動化規(guī)劃布局和需求;③適時共享上聯(lián)電網(wǎng)骨干通信資源;④應(yīng)對控制指令使用基于非對稱密鑰的單向認(rèn)證加密技術(shù)進(jìn)行安全防護(hù);⑤統(tǒng)一配電通信網(wǎng)管平臺。
5.配套輔助設(shè)施輔助配套設(shè)施包括:電流互感器、電壓互感器、接地、通信設(shè)備外部配套、機(jī)房建設(shè)等。
三、配電自動化案例設(shè)計
1.案例特征
案例城市主要特征:100萬人口城市、面積06萬km2(其中主城區(qū)近85km2,包含其中的城市核心區(qū)7km2)。城區(qū)電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控、生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)主要靠人工和經(jīng)驗,沒有相應(yīng)的配電自動化手段,迫切需要建設(shè)。
2.設(shè)計水平年和規(guī)模規(guī)劃
1)設(shè)計水平年:5a;遠(yuǎn)景年:10a。
2)設(shè)計規(guī)模和目標(biāo):①新建配電自動化主站系統(tǒng)、信息交互總線;②改造配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜箱體、柱上開關(guān)加裝電操機(jī)構(gòu)、配套電流和電壓互感器等輔助設(shè)備,勾通分支箱外接電源;③新建配電自動化終端、配電通信系統(tǒng),在主城區(qū)實現(xiàn)配電自動化遙測、遙信和遙控功能;④在此基礎(chǔ)上,核心區(qū)實現(xiàn)饋線自動化。工程統(tǒng)一規(guī)劃分步實施,原則上實施和運(yùn)行同步。實現(xiàn)建設(shè)配電調(diào)度指揮及配電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行檢修管理統(tǒng)一技術(shù)支持體系的目標(biāo)。
3)工程覆蓋城市主城區(qū)域所有配電網(wǎng)支撐電源(變電站)及以下配電網(wǎng)。區(qū)域內(nèi)開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、用戶分界隔離裝置全部實現(xiàn)遙測、遙信和遙控(以下簡稱三遙);電纜分支箱實現(xiàn)遙測和遙信(以下簡稱二遙)。信息交互滿足配電網(wǎng)信息集成化綜合管理、生產(chǎn)運(yùn)行檢修管理、配電調(diào)控一體化管理機(jī)制等運(yùn)行需要,包括交互營銷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)關(guān)于配電變壓器相關(guān)電氣信息的應(yīng)用。
3.主站系統(tǒng)
(1)信息量規(guī)劃
第1階段,“十二五”初期配電自動化主站系統(tǒng)實時接入和處理信息量60萬點;第2階段,根據(jù)城市配電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃,中期主站實時接入和處理信息量80萬點;第3階段“十二五”末期達(dá)到100萬點。
(2)規(guī)??刂?/p>
按第3階段需求一次性建成,系統(tǒng)選型和配置滿足3萬個配電自動化終端信息量的接入要求;主站系統(tǒng)支撐調(diào)控一體化模式和生產(chǎn)運(yùn)行檢修指揮系統(tǒng)運(yùn)行;具有多種通信方式的接入能力,包括光纖通信、無線專網(wǎng)、公網(wǎng)通信;具有對所轄區(qū)域無人值班變電站的后備監(jiān)控能力??紤]運(yùn)行需求,主站(包括信息交互)系統(tǒng)機(jī)房異地部署。配電網(wǎng)調(diào)控和生產(chǎn)運(yùn)行檢修值班工作站采用遠(yuǎn)方工作站子網(wǎng)形式部署。
(3)技術(shù)要求
系統(tǒng)軟硬件按照標(biāo)準(zhǔn)化、實用化要求設(shè)計,體現(xiàn)可靠、可擴(kuò)展、安全、先進(jìn)原則,充分發(fā)揮平臺的作用。具體技術(shù)要求如下。
1)按照IEC 61970/IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)系統(tǒng)互聯(lián)互通、信息共享。
2)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點采用UNIX/Linux操作系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件支撐平臺采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),充分利用成熟的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫中間件、面向服務(wù)的體系架構(gòu)(SOA),遵循公共信息模型(CIM)和組件接口規(guī)范(CIS),在基本SCADA應(yīng)用的基礎(chǔ)上,滿足配電自動化總體建設(shè)目標(biāo)。
3)充分考慮未來業(yè)務(wù)發(fā)展過程中可能出現(xiàn)的新增需求,計算機(jī)軟硬件平臺、數(shù)據(jù)庫滿足集中采集、分層應(yīng)用管理模式以及可擴(kuò)展性和互操作性的要求。
4)系統(tǒng)部署在信息安全Ⅰ區(qū)獨(dú)立運(yùn)行,與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)通過信息交互總線(IEB)進(jìn)行互聯(lián),實現(xiàn)Ⅲ區(qū)Web功能,IEB和Web部署符合電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案要求。完善權(quán)限管理機(jī)制,保證數(shù)據(jù)、信息安全;杜絕可能來自公網(wǎng)通信路徑竄入的非法信息,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系。
(4)體系結(jié)構(gòu)
按照基礎(chǔ)平臺、支撐平臺、應(yīng)用功能分層構(gòu)筑主站軟件體系。模塊化設(shè)計如圖1所示。
(5)功能
按照七大模塊設(shè)計,包括系統(tǒng)支撐平臺、SCADA應(yīng)用、FA應(yīng)用、安全部署與Web發(fā)布、配電網(wǎng)監(jiān)控與運(yùn)行維護(hù)應(yīng)用、配電網(wǎng)擴(kuò)展應(yīng)用、配電網(wǎng)仿真與多態(tài)應(yīng)用。
4.信息交互
(1)信息交互架構(gòu)
IEB作為企業(yè)信息集成的公共交互平臺,為配電自動化、企業(yè)其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間信息共享提供服務(wù)。IEB實現(xiàn)Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)各系統(tǒng)之間對動態(tài)數(shù)據(jù)、圖模數(shù)據(jù)及臺賬等信息的交互應(yīng)用,實現(xiàn)企業(yè)各類資源信息共享的目標(biāo)??傮w架構(gòu)及系統(tǒng)邊界關(guān)系分別如圖2和圖3所示。
(2)信息交互和信息集成
IEB具備易用、可維護(hù)、可擴(kuò)展、安全等基本特征。而信息集成要求數(shù)據(jù)“源端維護(hù)、全局共享”。
IEB對各應(yīng)用系統(tǒng)采用松耦合集成應(yīng)用方式,在總線上注冊的應(yīng)用和服務(wù)做到數(shù)據(jù)共享、消息互通。主要技術(shù)規(guī)范包括:采用IEC61970/IEC61968公共信息模型,將電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化設(shè)計和統(tǒng)一建模;實時/準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)的信息交互,采用發(fā)布/訂閱的方式;跨越Ⅰ/Ⅲ安全隔離區(qū)的信息交互,采用發(fā)布/訂閱的異步應(yīng)答方式;消息體使用UTF-8編碼進(jìn)行交互;消息體封裝使用資源描述框架(RDF)格式等。
5.配電自動化終端
一期基本規(guī)模:主城區(qū)公網(wǎng)開關(guān)站25座、環(huán)網(wǎng)柜250座、柱上開關(guān)200臺、柱上分界開關(guān)20臺、電纜分支箱100臺、主城區(qū)線路150條。其中,核心區(qū)域配電線路35條。配電變壓器信息采集根據(jù)營銷部署的數(shù)據(jù)終端通過IEB實現(xiàn)覆蓋。
實際設(shè)計考慮輔助配套設(shè)施以及對配電網(wǎng)N-1運(yùn)行方式研究等。部署雙電壓互感器、組合式電流互感器-電壓互感器、保護(hù)和測量電流互感器獨(dú)立部署等。
6.配電通信系統(tǒng)
(1)規(guī)劃設(shè)計目標(biāo)
以智能配用電需求為導(dǎo)向,建設(shè)高速、雙向、規(guī)范、具有良好擴(kuò)展能力的配用電通信系統(tǒng)。
(2)通信技術(shù)選擇和設(shè)計
配電通信網(wǎng)選擇以光纖通信以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)技術(shù)為主,變電站上聯(lián)以太網(wǎng)交換機(jī)或利用同步數(shù)字體系/多業(yè)務(wù)傳送平臺(SDH/MSTP)資源,根據(jù)需要適度利用和共享部分電力骨干通信網(wǎng)光纜資源。滿足主城區(qū)配電自動化“三遙”功能對通信提出的高要求。極個別光纜敷設(shè)困難的配電終端采用中壓電力線通信。配變采集終端通信保留營銷體系部署的通用分組無線電業(yè)務(wù)(GPRS)方式。
(3)EPON組網(wǎng)設(shè)計
組網(wǎng)設(shè)計采用接入層、匯聚層、核心層3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。接入層主要是EPON通信接入設(shè)備光節(jié)點(ONU)、光配線網(wǎng)絡(luò)(ODN)和光線路終端(OLT)之間通信;匯聚層主要設(shè)備為EPON的OLT及4個區(qū)域供電單位匯聚以太網(wǎng)交換機(jī)或站端SDH/MSTP之間通信;核心層主要設(shè)備為匯聚以太網(wǎng)交換機(jī)與核心路由器組網(wǎng)或局端SDH/MSTP之間通信。
(4)配電通信組網(wǎng)拓?fù)?/p>
EPON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用ONU雙向手拉手保護(hù)拓?fù)?、雙向環(huán)形保護(hù)拓?fù)洹㈦p光芯同光纜環(huán)網(wǎng)保護(hù)拓?fù)?、單向無保護(hù)放射形拓?fù)涞榷喾N方案。變電站OLT采用星形拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)浜汀靶切?環(huán)形”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
(5)光纜設(shè)計
配電通信充分利用主網(wǎng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)資源,在相關(guān)變電站之間完善光纜形成雙路徑環(huán)網(wǎng)。架空和部分下地或全架空段采用24芯全介質(zhì)自承式光纜;全程下地部分采用24
芯普通非金屬阻燃光纜。光芯路徑設(shè)計考慮施工工藝的限制和今后擴(kuò)展預(yù)留,單條線路光纜總?cè)劢哟螖?shù)不超過10次/芯。
四、初步成果
按照上述規(guī)劃設(shè)計,該大型案例已經(jīng)付諸試點建設(shè)。取得的主要成果包括:①統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計符合實際需求的配電自動化且一次性建成投運(yùn)含600余個配電自動化終端規(guī)模;②建成IEB并為能量管理系統(tǒng)(EMS)等多業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立了必要的信息集成條件;③運(yùn)行1000km配電通信光纜,100km2部署FA并投運(yùn),自動模式下FA動作全過程時間最快僅為30s。系統(tǒng)應(yīng)用為調(diào)度和生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)中心提供了良好的技術(shù)支撐,達(dá)到了設(shè)計目標(biāo),現(xiàn)已通過相關(guān)機(jī)構(gòu)和專家驗收,應(yīng)用良好。3個月基本運(yùn)行統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。
五、結(jié)語
總之,城市實施配電自動化需考慮如下原則:①規(guī)劃設(shè)計階段需明確適應(yīng)自身條件的定位建設(shè)目標(biāo),并與主配電網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃相結(jié)合;②明確調(diào)度和生產(chǎn)運(yùn)行檢修應(yīng)用主體需求內(nèi)容并與規(guī)劃目標(biāo)條件相匹配,需求為先;③權(quán)衡主站和終端功能配置以及FA,從小到大建設(shè),建議利用企業(yè)統(tǒng)一部署的用電信息采集終端采集配電變壓器(含公共變壓器)運(yùn)行信息;④以EPON技術(shù)并利用電力骨干通信網(wǎng)或獨(dú)立組建配電通信系統(tǒng),公網(wǎng)通信可作為配電網(wǎng)特別是配電變壓器通信的輔助手段;⑤遵循IEC61970/IEC 61968標(biāo)準(zhǔn)、采用統(tǒng)一的設(shè)備編碼體系標(biāo)準(zhǔn),按電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)要求部署主站和信息交互總線,消除信息孤島;⑥配套完善調(diào)度、配電網(wǎng)運(yùn)行檢修管理機(jī)制,與配電自動化各專業(yè)運(yùn)行維護(hù)機(jī)制及工程建設(shè)同步發(fā)展。
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