長春電網(wǎng)配電自動化系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)

宋光焰,劉學(xué)飛,徐煒彬

(1．國網(wǎng)長春供電公司,長春 130021;2．國網(wǎng)白城供電公司,吉林 白城 137000)

配電自動化是對配電網(wǎng)上的設(shè)備進行遠方實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的一個集成系統(tǒng),是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展、建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的必然趨勢和組成部分。準(zhǔn)確完成各種復(fù)雜的倒閘操作和快速進行事故處理,尤其需要借助自動化手段才能有效解決問題,因此建設(shè)配電自動化系統(tǒng),不僅對國網(wǎng)長春供電公司完善配電網(wǎng),提高供電質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義,還對吉林省配電自動化工作的開展有很好的指導(dǎo)意義。本文在解析配電自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對配電自動化在長春電網(wǎng)的應(yīng)用情況進行了簡要的分析,并總結(jié)了長春配電自動化建設(shè)的成效。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其功能

配電自動化系統(tǒng)主要由配電主站、配電終端、通信通道組成。如圖1所示,配電自動化系統(tǒng)通過信息交互總線,與其他相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)互連,實現(xiàn)更多應(yīng)用功能。其中：FTU為配電饋線終端,DTU為數(shù)據(jù)傳輸終端,T TU為配電變壓器監(jiān)測終端。根據(jù)國網(wǎng)長春供電公司配電網(wǎng)的實際情況,配電自動化系統(tǒng)采用“主站+配電終端”的兩層結(jié)構(gòu),系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計采用分層、分布式架構(gòu)模式,遵從全開放式系統(tǒng)解決方案。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計面向配電網(wǎng)需求,以實現(xiàn)配電網(wǎng)能量流、信息流、業(yè)務(wù)流的雙向運作與高度整合為目標(biāo),充分考慮系統(tǒng)的功能和接入容量的擴展要求。

1．1 主站系統(tǒng)

配電自動化主站是實現(xiàn)配電網(wǎng)運行、調(diào)度、管理需求的主要載體。通過通信系統(tǒng)實時采集配電終端(FTU、DUT、T TU)的各項監(jiān)控數(shù)據(jù)實現(xiàn)配電監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集(SCADA)、饋線自動化等功能。通過信息交互總線和上一級調(diào)度自動化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)、95598、營銷管理等系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享和功能整合,實現(xiàn)停電管理應(yīng)用、用戶互動、分布式電源接入與控制等功能。

主站功能可分為基本功能和擴展功能。基本功能主要實現(xiàn)對配電終端(FTU、DUT、T TU)的各項監(jiān)控數(shù)據(jù)實現(xiàn)配電 SCADA和饋線故障處理功能;擴展功能則是根據(jù)各地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)模和應(yīng)用需求合理選擇的相關(guān)功能。根據(jù)國家電網(wǎng)公司文件要求[1-2],對于主站系統(tǒng)實時信息接人量小于 10萬點的區(qū)域,一般只采用“基本功能”構(gòu)架系統(tǒng),實現(xiàn)完整的配電 SCADA功能和饋線故障處理功能;對于主站系統(tǒng)實時信息接入量在10萬～ 50萬點的區(qū)域,采用建設(shè)中型主站系統(tǒng);對于主站系統(tǒng)實時信息接入量在 50萬點以上的區(qū)域,采用建設(shè)大型主站系統(tǒng),即“基本功能+擴展功能(配電應(yīng)用部分)和信息交互功能”構(gòu)建系統(tǒng);并通過信息交互總線實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的互連,實現(xiàn)基于配電網(wǎng)拓?fù)涞牟糠謹(jǐn)U展功能。

根據(jù)國網(wǎng)長春供電公司配網(wǎng)規(guī)模,主站系統(tǒng)具有接入 19．64萬實時信息點的大數(shù)據(jù)量處理能力,建成中型配電自動化主站系統(tǒng),本期按“基本功能+部分?jǐn)U展功能”構(gòu)建系統(tǒng)。目前已經(jīng)實現(xiàn)配電自動化主站系統(tǒng)基本功能和部分?jǐn)U展功能,即：應(yīng)用支撐平臺功能、基本配電 SCADA功能、饋線故障處理功能、配電仿真功能、配電網(wǎng)分析應(yīng)用功能(拓?fù)浞治?、?fù)荷轉(zhuǎn)供、負(fù)荷預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu))等。

圖1 配電自動化系統(tǒng)框架

1．2 配電終端

配電終端是指安裝在開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站、柱上斷路器、配電變壓器、配電線路等配電設(shè)備中的各種遠方監(jiān)測、控制單元的總稱。配電終端主要分為配電饋線終端(FTU)、配電變壓器監(jiān)測終端(TTU)、開關(guān)站和公用及用戶配電所的監(jiān)控終端(DTU)。

在環(huán)網(wǎng)柜、柱上斷路器等現(xiàn)場設(shè)備附近裝設(shè)FTU,采集各斷路器所在線路的電氣參數(shù)(電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量、斷路器位置等),并將這些信息向上級系統(tǒng)傳輸;監(jiān)視線路運行狀況,當(dāng)線路發(fā)生故障時,及時將故障信息上報給上級系統(tǒng),等待上級系統(tǒng)發(fā)來指令進行斷路器分 /合控制及故障處理;執(zhí)行主站遙控命令,對斷路器進行分 /合閘操作。

在配電變壓器、箱變等變壓器設(shè)備旁裝設(shè)T TU,采集并處理配電變壓器低壓側(cè)的各種電氣參數(shù),并將這些參數(shù)信息向主站傳輸;監(jiān)視變壓器運行狀況,進行分臺區(qū)考核等,當(dāng)變壓器發(fā)生故障和非正常運行情況時,及時將這些信息上報給主站。

在開閉所內(nèi)設(shè)置開閉所監(jiān)控裝置 DTU,實現(xiàn)開閉所當(dāng)?shù)乇O(jiān)視和控制功能,完成開閉所的“三遙”及故障處理等功能。

1．3 配電通信系統(tǒng)

配電自動化系統(tǒng)需要借助于有效、安全的通信手段,將現(xiàn)場遠方終端采集的信息收集傳回控制中心,并將控制中心的控制命令準(zhǔn)確地傳送到裝配在現(xiàn)場的遠方終端執(zhí)行。這些都需要通過配電通信系統(tǒng)來完成、實現(xiàn)。

基于配電通信系統(tǒng)點多面廣、十分復(fù)雜的特點,配電通信系統(tǒng)通信方式可以利用專網(wǎng)和公網(wǎng)綜合通信。目前主要的通信方式有光纖專網(wǎng)、配電線載波、無線公網(wǎng)等。

配電自動化主站至變電站已建成電力通信骨干層,通信網(wǎng)絡(luò)選用已建成的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸配電自動化數(shù)據(jù)。遠期隨著智能用電等業(yè)務(wù)逐步推廣,數(shù)據(jù)流量迅速增長時,考慮建設(shè)高帶寬的配電專用通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。在配電通信接入網(wǎng)層,變電站至配電終端選擇以光纖通信 EPON(以太源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)為主、中壓電力線載波通信為輔、無線公網(wǎng) GPRS作為必要補充的通信技術(shù)。

2 系統(tǒng)應(yīng)用方案

國網(wǎng)長春供電公司配電自動化建設(shè)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分布實施、試點先行、逐步推廣”的建設(shè)原則,重點解決“配電盲調(diào)”、“信息孤島”等問題。系統(tǒng)建設(shè)面向長春整個配電網(wǎng)絡(luò),最終實現(xiàn)長春市區(qū)范圍內(nèi)配電自動化的全面覆蓋。目前已經(jīng)完成了長春市某區(qū)內(nèi)5座66 kV變電站送出的20條中壓配電線路的配電自動化建設(shè)。采用以EPON光纖通信方式為主、載波通信方式為輔,并兼有 GPRS方式等多元化通信方式建設(shè)配電通信網(wǎng),已經(jīng)建設(shè)區(qū)域形成以“三遙”為主的配電自動化模式。根據(jù)通信方式的不同,60%的環(huán)網(wǎng)柜采用光纖通信方式加裝DTU實現(xiàn)“三遙”;40%環(huán)網(wǎng)柜采用電力載波加裝 DTU實現(xiàn)“二遙”,自動化覆蓋率 100%;柱上斷路器加裝 FTU實現(xiàn)“三遙”,自動化覆蓋率100%。

2．1 一次網(wǎng)架線路和終端設(shè)備改造

結(jié)合“十二五”配電網(wǎng)規(guī)劃,重點從優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)出發(fā),解決配電網(wǎng)的互倒、互帶能力,滿足N-1線路負(fù)荷轉(zhuǎn)移需求,奠定繼續(xù)深入實施配電自動化的基礎(chǔ)。由于現(xiàn)有區(qū)域內(nèi)配電一次網(wǎng)架較為堅強,不需要進行大規(guī)模的改造,僅需要針對不具備配電自動化功能的設(shè)備進行更換,即從以下 3方面著手。

a．環(huán)網(wǎng)柜改造：環(huán)網(wǎng)柜增設(shè)電壓互感器柜及站所終端(DTU)箱體,改造 3座,所有站點進行防潮、防塵處理。 M1線環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)安裝 2套電動操作機構(gòu)、2套三相電流互感器、5套斷路器輔助接點;M2線環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)安裝2套三相電流互感器、5套斷路器輔助接點。

b．柱上斷路器改造：柱上分段斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器均為手動斷路器,不具備電動操作機構(gòu),部分?jǐn)嗦菲鞔嬖谑褂媚晗揲L、自動化接口損壞等情況,不滿足配電自動化要求,因此對主干線路及分支線路 61臺柱上斷路器進行更換,另新增 15臺分段柱上斷路器,使線路分段更加合理化。為實現(xiàn)柱上斷路器的“三遙”功能,柱上斷路器配置電壓互感器為配電終端提供工作電源。

c．故障尋址器改造：更換及新建 59組故障尋址器,具備 GPRS通信模塊,實現(xiàn)“一遙”功能。

重置分段點后,增加了分段斷路器和分支斷路器,對部分存在裸導(dǎo)線的線路進行絕緣線改造,使線路之間的負(fù)荷分布均衡,連接和分段方式達到最優(yōu),從而提高線路的供電可靠性。

2．2 饋線自動化建設(shè)

現(xiàn)在建設(shè)的區(qū)域?qū)儆陂L春市重要負(fù)荷地區(qū),集中了金融、商業(yè)中心和政府機構(gòu),對供電可靠性要求高。建設(shè)區(qū)域中,配電主站與配電終端之間具備主從通信條件,且開關(guān)設(shè)備均具備電動操動機構(gòu),因此采用集中方式,完成配電網(wǎng)的監(jiān)控、測量和饋線的故障定位、隔離和恢復(fù)供電,即：架空、電纜混合線路采用“集中型全自動化”方式;電纜線路采用“集中型半自動化”方式;架空線路用戶分界處安裝帶通信功能的故障指示器方式,實現(xiàn)故障點的精確定位。

2．3 配電通信技術(shù)選擇

在長春市該區(qū)配電自動化建設(shè)中,各配電站點配電通信技術(shù)的選擇方案如下：19條架空線路上的環(huán)網(wǎng)柜、柱上斷路器,通信網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性要求很高,采用 EPON通信技術(shù)實現(xiàn)“三遙”;1條電纜線路上的環(huán)網(wǎng)柜,通信網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性要求較高,但光纜通道條件較差,敷設(shè)光纜難度較大、采用中壓電力線載波通信方式實現(xiàn)“二遙”;對于實現(xiàn)“一遙”功能的故障尋址器及“二遙”功能的 T TU,通信網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性要求一般,采用無線公網(wǎng) GPRS通信技術(shù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

a．減少了線路停送電時間,提高了供電可靠性。通過饋線自動化的實施,大幅度減少了建設(shè)區(qū)域內(nèi)非故障線段供電恢復(fù)時間及故障查找時間。非故障線段供電恢復(fù)時間由原來平均 90 min縮短至3 min以內(nèi),故障查找時間由原來平均 75 min縮短至30 min。通過調(diào)控一體化管理,大幅度減少線路停送電時間,預(yù)計平均線路停送電時間可由 30 min減少至3 min,計劃停電時戶數(shù)由1430時?戶降至286時?戶。建設(shè)區(qū)域的供電可靠性(RS-3)將從 99．96%提高到99．99%。

b．降低了綜合線損,提高了電壓合格率。通過一次網(wǎng)架優(yōu)化和改造,縮短線路供電半徑,降低了線路理論線損;通過配電網(wǎng)自動化信息的實時監(jiān)測,合理調(diào)整負(fù)荷側(cè)設(shè)備的運行方式,優(yōu)化配電線路負(fù)荷,實現(xiàn)配電網(wǎng)經(jīng)濟運行。依據(jù)線路理論線損模型,控制實際線損向理論線損靠攏,建設(shè)區(qū)域的 10 kV線損由 5．11%降低到 4．98%,電壓合格率由 99．923%提高到 99．935%。

4 結(jié)束語

長春電網(wǎng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè),對提高配電網(wǎng)的運行可靠性和管理水平,對城市經(jīng)濟建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。在長春4個供電轄區(qū)內(nèi)各建設(shè)20條10 kV配電線路,形成基本覆蓋長春市主城區(qū)的配電自動化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同時,有序地建設(shè)配電通信網(wǎng)絡(luò),完善配電通信監(jiān)控系統(tǒng)。

[1]Q/GDW625,配電自動化建設(shè)與改造標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計技術(shù)規(guī)定 [S]．

[2]Q/GDW 370,城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則 [S]．