配電自動化工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與實用化探討

羅 興，馬洲俊，李慶寧

(國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019)

配電自動化工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與實用化探討

羅 興，馬洲俊，李慶寧

(國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019)

作為建設(shè)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，配電自動化承擔(dān)智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)建設(shè)的重要角色。介紹了配電自動化工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，分析了配電自動化系統(tǒng)運(yùn)維管理流程，探討了配電自動化的實用化，以促進(jìn)管理模式的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，提高配網(wǎng)生產(chǎn)管理的質(zhì)量和效率。

智能配電網(wǎng)；配電自動化；信息化；精細(xì)化

0 引言

智能電網(wǎng)涵蓋電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，而配電環(huán)節(jié)建設(shè)是建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分。為了滿足國民經(jīng)濟(jì)對優(yōu)質(zhì)高效供電的要求，南京供電公司按照國家電網(wǎng)公司“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”的原則，以網(wǎng)架完善、配網(wǎng)自動化建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)集成、分布式電源接入為目標(biāo)，按照“一強(qiáng)”和“三化”(堅強(qiáng)電網(wǎng)及信息化、自動化、互動化)的要求，積極推進(jìn)配電自動化試點工程建設(shè)。

以下介紹南京配電自動化工程建設(shè)過程中的主站建設(shè)、信息交互總線建設(shè)、配電終端和子站建設(shè)以及通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等關(guān)鍵性技術(shù)，并闡述南京供電公司在推進(jìn)配電自動化、實用化過程中的亮點和特色，以期為配電自動化的全面推廣建設(shè)和長期有效運(yùn)維提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 配電自動化工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

南京配電自動化工程以集成型系統(tǒng)為最終建成模式，對試點區(qū)域和建設(shè)區(qū)域的原配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不做大幅度修改。通過對相關(guān)配電設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造，完成相關(guān)配電線路的光纖通信全鋪開，實現(xiàn)全部配電SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))功能，實現(xiàn)所有改造的環(huán)網(wǎng)柜、開閉所及柱上開關(guān)全“三遙”(遙測、遙信和遙控功能)，以期所有改造配電線路饋線自動化全覆蓋。

1.1 主站建設(shè)

南京配電自動化工程采用國電南瑞科技股份有限公司研發(fā)的OPEN-3200型主站系統(tǒng)，能夠全面實現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、配電SCADA、配電網(wǎng)建模、停電管理、饋線自動化、故障研判、分布式能源接入、電網(wǎng)全景式潮流圖自動布局等應(yīng)用功能，適應(yīng)智能配電網(wǎng)應(yīng)用需求。

1.2 信息交互總線建設(shè)

南京配電自動化工程建設(shè)了1套基于IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn)的集成配電信息交互總線，可實現(xiàn)調(diào)度主流系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)和信息共享，全面提升了配電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行和管理水平，具體交互方式如圖1所示。

1.3 配電終端及子站建設(shè)

南京配電自動化工程對試點區(qū)域內(nèi)64條10 kV線路進(jìn)行自動化建設(shè)與改造，共在25座開閉所、106座環(huán)網(wǎng)柜、88臺柱上開關(guān)處加裝共計238套配電終端。該工程一次設(shè)備以改造為主，無法改造的少數(shù)老舊設(shè)備全部更換。在配電子站方面，按配電自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用3層結(jié)構(gòu)，配電自動化系統(tǒng)子站選擇通信匯集型子站模式，配置各種通信接口及協(xié)議轉(zhuǎn)換功能軟件。

1.4 通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

圖1 基于信息交互總線的各相關(guān)系統(tǒng)交互方式

該工程新建通信一體化管理平臺，采用基于SDH(同步數(shù)字體系)以太網(wǎng)共享環(huán)方式構(gòu)建配電自動化專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，對配電通信系統(tǒng)中EPON(以太無光源光網(wǎng)絡(luò))、數(shù)據(jù)網(wǎng)中采集到的配置、故障、告警等實時數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理、展示與管理。主站至變電站的配電通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖傳輸網(wǎng)方式，對變電站原有SDH設(shè)備進(jìn)程進(jìn)行擴(kuò)容，并增加路由器設(shè)備。變電站至通信終端的通信網(wǎng)絡(luò)采用EPON技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為“手拉手”型。

1.5 安全防護(hù)建設(shè)

配電自動化安全防護(hù)建設(shè)必須遵循國家和國家電網(wǎng)公司制定的相關(guān)規(guī)定，比如國家電網(wǎng)168文(2011)《中低壓配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)安全防護(hù)補(bǔ)充規(guī)定》規(guī)定，應(yīng)按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的要求，配套縱深安全防護(hù)機(jī)制。

1.5.1 安全防護(hù)

在網(wǎng)絡(luò)安全Ⅰ，Ⅱ區(qū)(生產(chǎn)控制大區(qū))和安全Ⅲ，Ⅳ區(qū)(信息管理大區(qū))之間加入正、反向的物理隔離設(shè)備，實現(xiàn)多個平臺之間的信息及數(shù)據(jù)共享。

1.5.2 基于非對稱加密的數(shù)字證書單向身份

主站和子站都強(qiáng)制性采用硬加密的方式，采取指令簽名等訪問控制措施，分別實現(xiàn)子站對主站及終端對子站的身份鑒別與報文完整性保護(hù)。南京配網(wǎng)自動化系統(tǒng)支持基于非對稱密鑰技術(shù)的單向認(rèn)證功能，終端設(shè)備配置安全加密模塊，與子站配合，對帶有基于調(diào)度證書的數(shù)字簽名的控制命令采取安全鑒定和數(shù)據(jù)完整性驗證。

2 配電自動化系統(tǒng)運(yùn)維管理

南京配電自動化系統(tǒng)自運(yùn)行以來，已成為公司配電網(wǎng)生產(chǎn)活動的最重要的工作平臺，擔(dān)負(fù)著配電網(wǎng)調(diào)度管理、運(yùn)行管理等重要工作任務(wù)，在配電網(wǎng)日常管理中發(fā)揮著重要作用。

配電自動化主站系統(tǒng)運(yùn)維職責(zé)由自動化運(yùn)維班承擔(dān)。自動化運(yùn)維班負(fù)責(zé)做好配電自動化主站系統(tǒng)硬件、軟件的運(yùn)維工作，完成配網(wǎng)圖形、數(shù)據(jù)的維護(hù)，確保系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，保障配網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)的正常開展。

配電自動化通信系統(tǒng)和子站運(yùn)維職責(zé)由信通公司承擔(dān)。通信系統(tǒng)維護(hù)1班負(fù)責(zé)配電自動化通信系統(tǒng)變電站設(shè)備和子站設(shè)備的日常巡視檢查、檢修、故障消缺等工作；通信系統(tǒng)維護(hù)2班負(fù)責(zé)配電自動化通信系統(tǒng)的主站設(shè)備與網(wǎng)管日常巡視檢查、檢修、故障消缺等工作；通信系統(tǒng)維護(hù)3班負(fù)責(zé)配電自動化通信系統(tǒng)通信線路(包括光纜線路與光纜交接箱)的日常巡視檢查、檢修、故障消缺等工作。

3 配電自動化系統(tǒng)的實踐

3.1 統(tǒng)一配調(diào)技術(shù)支持系統(tǒng)

在“大運(yùn)行”體系建設(shè)基礎(chǔ)上，南京供電公司將配電自動化試點區(qū)域內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控業(yè)務(wù)納入配網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)范圍，解決異構(gòu)系統(tǒng)信息交互難題，實現(xiàn)與EMS(網(wǎng)元管理)系統(tǒng)圖模及實時數(shù)據(jù)的同步更新，在國內(nèi)率先將配調(diào)技術(shù)支持系統(tǒng)統(tǒng)一。該系統(tǒng)全面覆蓋變電站站內(nèi)直至中壓配變的所有配調(diào)管轄設(shè)備，實現(xiàn)站內(nèi)圖、聯(lián)絡(luò)圖、單線圖的多維多屏全方位電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息展示，并基于可靠、完善的圖模信息實現(xiàn)不同維度監(jiān)視圖形的實時切換，快速、準(zhǔn)確、靈活地展示所有調(diào)控設(shè)備的邏輯關(guān)系及試點區(qū)域內(nèi)設(shè)備的實時運(yùn)行情況，成為配網(wǎng)調(diào)控人員開展日常業(yè)務(wù)的重要工具，顯著增強(qiáng)對超大規(guī)模配電網(wǎng)的駕馭能力，全面提升了調(diào)控運(yùn)行管理水平。

3.2 突破營、配、調(diào)信息壁壘

通過加強(qiáng)信息交互總線建設(shè)，運(yùn)用多平臺之間的信息交互，消除了營銷系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的信息壁壘。營銷系統(tǒng)新上或變更用戶信息，將通過系統(tǒng)流程一一送至PMS(工程生產(chǎn)管理)系統(tǒng)，再由PMS系統(tǒng)流程提交至調(diào)度審核，確保用戶設(shè)備投退的閉環(huán)管理；PMS系統(tǒng)中配網(wǎng)的變化經(jīng)調(diào)度審核后，系統(tǒng)自動同步至營銷系統(tǒng)，確保營銷系統(tǒng)中用戶及臺區(qū)掛接關(guān)系的實時、準(zhǔn)確。

南京供電公司基于國網(wǎng)GIS(地理系統(tǒng))、PMS及營銷相關(guān)系統(tǒng)，以電網(wǎng)信息源端唯一、資源共享的原則，通過對各類電網(wǎng)信息的梳理，實現(xiàn)營、配、調(diào)信息的有機(jī)集成，為配電網(wǎng)業(yè)務(wù)奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.3 常態(tài)開展全網(wǎng)設(shè)備異動更新

針對配電網(wǎng)建設(shè)和改造頻繁的情況，基于信息交互總線建立配網(wǎng)設(shè)備圖模的流程化管理機(jī)制(又稱紅黑圖機(jī)制)。紅黑圖機(jī)制反映配電網(wǎng)模型的動態(tài)變化過程和追憶，解決現(xiàn)實模型(黑圖)和未來模型(紅圖)的實時切換和更新，實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)與GIS/PMS系統(tǒng)間的流程化業(yè)務(wù)管理，提升配電網(wǎng)圖管理水平。針對配電網(wǎng)變動多、聯(lián)絡(luò)圖維護(hù)工作量大的問題，南京供電公司通過開展自動布局布線技術(shù)研究，基于可靠配電網(wǎng)模型，通過各變電站的GIS坐標(biāo)，實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)絡(luò)圖和環(huán)網(wǎng)圖的自動生成。根據(jù)測試結(jié)果，通過自動布局布線應(yīng)用，原近2 h維護(hù)的潮流圖工作可縮減至20 s，有效加強(qiáng)了聯(lián)絡(luò)圖圖模的準(zhǔn)確性和調(diào)控人員應(yīng)用界面的直觀性，提升了系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)圖及環(huán)網(wǎng)圖的運(yùn)維效率。

3.4 強(qiáng)化系統(tǒng)功能應(yīng)用

由于南京配電自動化系統(tǒng)信息集成面廣，與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息交互頻繁，系統(tǒng)建模完全按照外部導(dǎo)入后的拼接方式進(jìn)行，且系統(tǒng)規(guī)模大。設(shè)備運(yùn)維人員通過日常運(yùn)維工作與系統(tǒng)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)主配網(wǎng)模型拼接、系統(tǒng)運(yùn)行資源配置、終端告警方式等方面存在問題，經(jīng)過多次與廠家開發(fā)人員共同分析論證，制定解決問題的技術(shù)方案，進(jìn)行多項技術(shù)升級。主網(wǎng)模型拓?fù)渥兏?，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣油剑瑸榕渚W(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整和饋線自動化運(yùn)行提供正確的決策依據(jù)；根據(jù)實際運(yùn)行情況不斷優(yōu)化運(yùn)行資源參數(shù)配置，確保系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行；根據(jù)調(diào)度監(jiān)控規(guī)程，對終端告警程序進(jìn)行功能升級。

3.5 實現(xiàn)消缺工作全過程閉環(huán)管理

南京供電公司結(jié)合配網(wǎng)運(yùn)行管理需求及配電自動化應(yīng)用功能特點，根據(jù)“配電自動化設(shè)備消缺流程”，依托信息化管理工具，實現(xiàn)對主站、子站、通信及終端缺陷的全過程閉環(huán)管理和考核，并在日常工作中積極開展配電自動化終端的遙控工作，密切監(jiān)視系統(tǒng)遙控使用率、遙信動作正確率等實用化關(guān)鍵指標(biāo)，全面提升配電自動化系統(tǒng)的實用化水平。

3.6 規(guī)范配網(wǎng)工程建設(shè)與設(shè)計要求

隨著南京城市配電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，城區(qū)配電設(shè)備也在不斷改造和新增，如果配網(wǎng)建設(shè)還按照舊的模式開展，這些設(shè)備將成為城市配電網(wǎng)的信息孤島，勢必造成未來二次改造。今后，配網(wǎng)建設(shè)模式將結(jié)合配電自動化和通信系統(tǒng)同步設(shè)計同步施工。目前，南京供電公司已對新上配網(wǎng)項目作出新規(guī)范，要求所有新上配電設(shè)備必須具備配電自動化功能，也對相關(guān)設(shè)備的設(shè)計和技術(shù)作出了規(guī)范。同時，該公司正在開展試點工程，即居配工程及大型變電站出線工程相關(guān)一次設(shè)計和配電自動化通信系統(tǒng)同步設(shè)計同步施工，為今后配網(wǎng)工程設(shè)計、建設(shè)模式以及相關(guān)管理模式的轉(zhuǎn)變做好鋪墊。

4 配電自動化系統(tǒng)的效益與問題

通過南京配電自動化工程建設(shè)，提高了試點范圍內(nèi)的配網(wǎng)供電可靠性，同時也減少了線損，降低了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，提升了服務(wù)質(zhì)量。

(1) 通過配電自動化建設(shè)，能夠顯著提高供電可靠性和電能質(zhì)量，同時也減少了線損。通過對計劃停電的科學(xué)合理安排，能夠避免重復(fù)停電；通過實施饋線自動化，可以對遠(yuǎn)方開關(guān)進(jìn)行遙控操縱，實現(xiàn)快速隔離故障以及非故障段的恢復(fù)供電，將故障隔離在最小范圍內(nèi)，縮短停電時間；通過配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、合理控制負(fù)荷、調(diào)整運(yùn)行方式，可以有效降低配電網(wǎng)線損。南京配電自動化試點工程建設(shè)完成之后，試點范圍內(nèi)供電可靠率由99.98 %提高到99.99 %。

(2) 通過配電自動化建設(shè)，減少停電，提高供電可靠性，進(jìn)一步提升供電服務(wù)質(zhì)量，提高政府和老百姓對電力行業(yè)的滿意率，是提高公司的優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平、提升社會效益的最主要手段，也是南京地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的最重要保障。通過配電自動化試點工程建設(shè)，試點范圍內(nèi)的客戶滿意率由95.28 %提高到99.50 %。

(3) 建設(shè)基于“調(diào)控一體化”的配電自動化系統(tǒng)，顯著提升了配網(wǎng)管控能力，提高了配電網(wǎng)集約化、精益化管理水平。調(diào)度員能夠更方便快捷地處理電網(wǎng)事故、調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，縮短了事故處理時間；同時也大大減輕了人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。

經(jīng)過南京配電自動化工程的建設(shè)，南京配電自動化已取得了一定的成果，配電自動化技術(shù)的推廣及各項高級功能的應(yīng)用已初步實現(xiàn)。在實踐的過程中，也暴露了目前國內(nèi)配電自動化建設(shè)存在的普遍性問題，除了當(dāng)前進(jìn)行的配電自動化改造試點線路外，南京城區(qū)還有部分配電線路設(shè)備仍處于“盲調(diào)”狀態(tài)，對配電自動化系統(tǒng)的高級應(yīng)用支撐力度不夠。在配電自動化系統(tǒng)試運(yùn)行過程中，大部分的終端缺陷和故障是由自動化二次設(shè)備及其附屬設(shè)備引起的。配網(wǎng)一次設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境較差，不能和廠站自動化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境相比；配電自動化終端二次部分應(yīng)用類似廠站內(nèi)的二次系統(tǒng)方式，采用大量的二次接線和端子排，且產(chǎn)品質(zhì)量無法達(dá)到抵御惡劣環(huán)境和外部影響的要求，容易引起終端缺陷。此外，配電運(yùn)檢工區(qū)現(xiàn)有人員技術(shù)力量薄弱，人員結(jié)構(gòu)老化。隨著今后配電自動化終端的不斷接入，技術(shù)人員力量與設(shè)備數(shù)量的匹配將產(chǎn)生矛盾。

5 結(jié)語

根據(jù)配電網(wǎng)“十三五”規(guī)劃和各地配電網(wǎng)實際情況，全國電網(wǎng)都將積極規(guī)劃并開展配電自動化的大規(guī)模建設(shè)。按照“總體規(guī)劃、分批實施”的建設(shè)原則，南京將逐步建成覆蓋城市江南8區(qū)功能完善的配電自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)所有配電線路及設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，逐步建成以“信息化、自動化、互動化”為特征的智能配電網(wǎng)。

試點建設(shè)工程的關(guān)鍵技術(shù)的研究，為后續(xù)大規(guī)模配電自動化建設(shè)及運(yùn)維過程中完善主站系統(tǒng)功能，終端數(shù)據(jù)大規(guī)模的接入后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，配電網(wǎng)在線風(fēng)險評估與管理等應(yīng)用功能提供了經(jīng)驗。此外，在深入優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行管理、檢修管理等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步探討了配電自動化的實用化，以促進(jìn)管理模式的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，全面發(fā)揮配電自動化系統(tǒng)的技術(shù)支撐作用，提高配網(wǎng)生產(chǎn)管理的質(zhì)量和效率。

1 丘必養(yǎng)．提高配電網(wǎng)工程建設(shè)中的供電可靠率[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(12):64-65.

2 鄧華寅，張仕焜，汪頌軍，等．配電自動化終端建設(shè)探討[J]．重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2016，21(1):43-46.

3 王加臣．基于項目管理的蘇州配網(wǎng)自動化工程規(guī)劃與建設(shè)[D]．上海：上海交通大學(xué)，2012.

4 吳 琳，郭兆成，張大?。疅o線專網(wǎng)通信在大連配電自動化中的應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)通信，2012，33(1):107-111.

5 郭松偉．變電站綜合自動化改造中的風(fēng)險控制措施[J]．電力安全技術(shù)，2012，14(6):12-15.

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7 IEC 61968:Application Integration at Electric Utilities, System Interfaces for Distribution Management:Part 1 Interface Architecture and General Requrrements[S]．2003．

2016-08-12。

羅 興(1983-)，男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行與管理工作，email:lxxl_1983@126.com。

馬洲俊(1986-)，男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行與電網(wǎng)規(guī)劃工作。

李慶寧(1964-)，男，工程師，主要從事配電網(wǎng)計劃方式管理工作。