宿遷地區(qū)配電自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施與進(jìn)展

徐靜　邱冬　張軼群

摘 要：本文介紹了宿遷地區(qū)配電自動(dòng)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)模式選擇與組建、配電自動(dòng)化終端的配置策略。在工程建設(shè)實(shí)施過(guò)程中，提出了依托35kV及以上電壓等級(jí)桿線為主干進(jìn)出變電所的光纜架設(shè)方案、選用不同顏色標(biāo)識(shí)的PT電纜和采用螺旋式航空插件連接PT等技術(shù)措施，保證了配電自動(dòng)化建設(shè)的可推廣性和實(shí)用性。最后在終端安全運(yùn)行管理和配電自動(dòng)化終端的配套PT能否用太陽(yáng)能電池板替代方面做了探討。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；主站；通信網(wǎng)；終端；智能繼電器；太陽(yáng)能電池板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.170

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)公司提出以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一建設(shè)的原則，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化，具有自主創(chuàng)新和國(guó)際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。

配電自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要組成之一，其利用現(xiàn)代現(xiàn)代電子設(shè)備、通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了基于IEC61968/61970綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)[1-2]。將配網(wǎng)一次設(shè)備的三遙數(shù)據(jù)、地理信息和配電網(wǎng)模型信息集成到一個(gè)平臺(tái)上，對(duì)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)保護(hù)與控制。同時(shí)充分利用信息交互總線實(shí)現(xiàn)了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)間的信息交互，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的科學(xué)管理，提高供電可靠性、經(jīng)濟(jì)效益和管理水平。

配電自動(dòng)化已在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展多年，其技術(shù)日趨成熟。2011年國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了一系列配電自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步促進(jìn)了配電自動(dòng)化的建設(shè)和運(yùn)行[3-8]。2013年10月江蘇省電力公司立項(xiàng)批準(zhǔn)在宿遷經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)和洋河新城區(qū)域開(kāi)展配電自動(dòng)化一期工程。配電自動(dòng)化一期工程規(guī)模為近20座110kV變電所，近100條10kV配電線路。安裝了200多臺(tái)柱上智能開(kāi)關(guān)、10多臺(tái)智能環(huán)網(wǎng)柜和幾十組二遙故障指示器，改造了近30座配電室和10多座開(kāi)關(guān)站，總計(jì)近300臺(tái)配電自動(dòng)化終端。

預(yù)計(jì)本期工程完工后，初步實(shí)現(xiàn)“營(yíng)配調(diào)一體化”管理的要求。建成以集成型為主的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，解決一期工程區(qū)域的盲調(diào)問(wèn)題、提高配電網(wǎng)故障的處理效率及減輕運(yùn)維人員的工作壓力。提升對(duì)用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量。

1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案

得益于現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展和強(qiáng)大的主站功能，已無(wú)需配電子站，配電終端可以通過(guò)IP直接與主站連接通信。因此配電自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用配電主站層和配電終端層的2層體系結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括配電主站、通信通道和配電終端組成，F(xiàn)TU表示柱上開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)終端，DTU表示環(huán)網(wǎng)柜、配電室或開(kāi)關(guān)站的數(shù)據(jù)終端，以及二遙故障指示器監(jiān)測(cè)終端。

宿遷配電自動(dòng)化主站具備完整的SCADA功能、集中式DA功能及與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)功能。SCADA功能實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)配電線路和設(shè)備的數(shù)據(jù)，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，主站啟動(dòng)集中式全自動(dòng)DA策略以快速切除故障區(qū)段和恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。避免了線路故障時(shí)導(dǎo)致整條線路停電的情況，不但縮小了故障查找的范圍，而且提高了故障的搶修效率。另外，宿遷供電公司主站充分利用自身系統(tǒng)資源，通過(guò)基于IEC61968標(biāo)準(zhǔn)的信息交互總線，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)PMS、地理信息系統(tǒng)GIS、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)EMS以及SCADA等相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)間的信息交互，外延業(yè)務(wù)流程，完善配電信息，從而擴(kuò)展并豐富配電自動(dòng)化系統(tǒng)的使用功能[9]。配電自動(dòng)化主站構(gòu)成如圖2所示。

2 宿遷配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信方案

由于配電終端數(shù)量眾多，地點(diǎn)分散且分布區(qū)域較廣，甚至部分終端運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。但為了保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，必須實(shí)時(shí)采集配電終端的數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確定位故障區(qū)域和隔離故障區(qū)域、成功遙控終端及轉(zhuǎn)移負(fù)荷。目前在已運(yùn)行的10kV架空和電纜的混合線路沒(méi)有同線敷設(shè)光纜或預(yù)留管道，因此無(wú)法在已建成的配電線路區(qū)域采用全光纖通信網(wǎng)。

分析目前的各類(lèi)通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)合終端類(lèi)型對(duì)通信的要求及具體地理環(huán)境等因素，一期工程采用了以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）和GPRS無(wú)線公網(wǎng)組合的通信方式。綜合利用上述兩種通信方式的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)主站系統(tǒng)接入層網(wǎng)絡(luò)的通信全覆蓋。

3 配電終端設(shè)備改造

考慮到現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備的運(yùn)行年限、機(jī)構(gòu)配置等情況，公司配電自動(dòng)化一期工程區(qū)域的一次設(shè)備改造遵循以下基本原則。環(huán)網(wǎng)柜和柱上開(kāi)關(guān)采用更換的方式進(jìn)行改造，配電室和開(kāi)閉所采用改造的方式進(jìn)行改造。共更換200多臺(tái)柱開(kāi)，選用帶有自動(dòng)化接口的真空斷路器、裝設(shè)兩組單相PT、加裝FTU和通信通道。更換10多臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜，選用預(yù)留自動(dòng)化接口、加裝DTU、裝設(shè)ONU和光配等通信設(shè)備。改造近30座配電室和10多座開(kāi)關(guān)站，加裝三相CT、DTU、ONU和光纖配通信設(shè)備。依此方案改造后，才能實(shí)現(xiàn)配電終端數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控和集中式DA等功能。

在終端功能配置方面，一是對(duì)選用光纖通信的開(kāi)發(fā)區(qū)變所轄線路上的柱開(kāi)、部分環(huán)網(wǎng)柜和全部開(kāi)關(guān)站，采用100%的遙測(cè)、遙信和遙控的全覆蓋。二是對(duì)選用GPRS通信的其余柱開(kāi)和全部配電室，采用100%的遙測(cè)和遙信全覆蓋。在改造過(guò)程中，對(duì)沒(méi)有備用觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)設(shè)備二次倉(cāng)內(nèi)增設(shè)4常開(kāi) 和4常閉備用觸點(diǎn)，對(duì)沒(méi)有測(cè)量或保護(hù)CT的開(kāi)關(guān)柜間隔電纜頭處加裝三相開(kāi)啟穿入式電流互感器。

4 建設(shè)和運(yùn)維過(guò)程中的技術(shù)亮點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)

4.1 光纜架設(shè)問(wèn)題

配電自動(dòng)化一期工程的光纜方案問(wèn)題主要存在以下兩方面：

一是設(shè)計(jì)院的初期光纜架設(shè)方案設(shè)計(jì)不合理，其以配網(wǎng)線路為單位來(lái)部署光纜，造成同桿四回線路要架設(shè)4根光纜，不僅浪費(fèi)，而且實(shí)施難度極大。已將其優(yōu)化為只架設(shè)2根光纜，充分利用了光纜的24纖芯；

二是光纜入地處地段較多且敷設(shè)難度大。因本期工程大部分位于城區(qū)，不但架空和電纜的混合線路較多，而且已建成投運(yùn)的電纜段處沒(méi)有預(yù)留管道，造成需要政處的地段較多、成本較高和光纜通道建設(shè)周期長(zhǎng)。為利于光纜后期施工，在對(duì)開(kāi)發(fā)區(qū)范圍內(nèi)的所有路徑重新進(jìn)行了勘察，對(duì)原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。將原來(lái)全部由10kV桿線架設(shè)的光纜調(diào)整為依托35kV及以上電壓等級(jí)桿線為主干進(jìn)出變電所，至10kV線路比鄰處跨接部署。不僅解決了架設(shè)通道、纜芯配置和熔接方案、降低了光纜架設(shè)施工成本、縮短施工工期和提高光纜走廊的靈活性等問(wèn)題，更是將原有的近四十處政處點(diǎn)縮減到幾處。此方案不但優(yōu)化了光纜架設(shè)路徑，而且光纖主干通道固定、變化小。

4.2 PT電纜標(biāo)識(shí)和PT處連接方式問(wèn)題

由于從柱上開(kāi)關(guān)和兩只PT引出到下方FTU中的三根二次電纜穿入在一根保護(hù)管中，而且電纜外觀都為黑色，因此運(yùn)維人員在地面處分辨不出二次電纜相連接的一次設(shè)備。尤其當(dāng)回路信號(hào)異?；蛟O(shè)備故障時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障的回路和相應(yīng)的一次設(shè)備。為了便于日后檢修，要求在控制電纜及二次PT電纜線的顏色全部按照藍(lán)紅兩色在線纜的兩端做同一標(biāo)識(shí)。

另外，一期工程中二次電纜與PT連接處采用經(jīng)接線端子連接，存在接錯(cuò)和造成PT短路的情況，提出PT與二次線纜采用螺旋式航空插件的形式進(jìn)行連接，提高了PT的運(yùn)行安全性。

5 配電自動(dòng)化未來(lái)提升探討

5.1 終端運(yùn)行安全性提升

由于配電終端數(shù)量眾多、地點(diǎn)分散且分布區(qū)域較廣，同時(shí)為了方便人工操作和維護(hù)，F(xiàn)TU的高度一般距地面2.5米至3米。因此存在外部暴力打開(kāi)FTU箱門(mén)，從而直接控制操作面板的按鈕對(duì)設(shè)備進(jìn)行就地操作，影響配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

在后期的配電自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)中，提出在就地操作的二次回路中只增加一個(gè)智能繼電器。其內(nèi)置智能芯片和控制核心，不但能從技術(shù)上控制就地操作回路的開(kāi)斷，也可以記錄操作人的私秘鑰、數(shù)字簽名證書(shū)、開(kāi)啟就地操作的時(shí)間等信息。同時(shí)運(yùn)行人員配備便攜式智能鎖芯硬件，以存儲(chǔ)秘鑰等認(rèn)證信息，與智能繼電器通過(guò)USB接口或者無(wú)線傳輸認(rèn)證秘鑰，以獲得操作權(quán)限。保證配電自動(dòng)化終端和配電網(wǎng)安全運(yùn)行。

5.2 配電自動(dòng)化終端配套PT的替代性分析

為了給FTU供電和采集線路的電壓，每臺(tái)配電自動(dòng)化終端需停電后安裝兩支單相PT。目前，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)采集了電源側(cè)電壓，營(yíng)銷(xiāo)用采系統(tǒng)也采集了配變側(cè)用戶(hù)電壓，從饋線自動(dòng)化應(yīng)用的角度看，如果無(wú)必要采集配電線路中間環(huán)節(jié)的電壓，從而解決了電壓再次采集的問(wèn)題。利用太陽(yáng)能電池板和蓄電池容量的合理組合不間斷的給終端供電。從而對(duì)配電自動(dòng)化終端進(jìn)行不停電改造和更換，不僅提高了建設(shè)效率和降低建設(shè)成本，而且提高了供電可靠性和運(yùn)維效率。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了宿遷地區(qū)配電自動(dòng)化系統(tǒng)一期工程的主站系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通信網(wǎng)模式選擇與組建及配電自動(dòng)化終端的改造方案。建成后優(yōu)先實(shí)現(xiàn)了DSCADA功能和集中式DA等功能，能夠快速進(jìn)行故障區(qū)段判斷、隔離和非故障區(qū)段的恢復(fù)送電。不但提高了宿遷配電網(wǎng)的供電可靠性和運(yùn)維人員的工作效率，也降低了企業(yè)成本和減輕了運(yùn)維人員的工作量。

解決了實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題，采用依托35kV及以上電壓等級(jí)桿線為主干進(jìn)出變電所的光纜架設(shè)方案、選用不同顏色標(biāo)識(shí)的PT電纜和采用螺旋式航空插件連接PT等技術(shù)措施，從而加快了工程的建設(shè)進(jìn)度、方便日后檢修及保證了配電自動(dòng)化建設(shè)的可推廣性。探討了終端就地操作回路開(kāi)斷的智能管理和配電自動(dòng)化終端的配套PT使用太陽(yáng)能電池板替代的可行性，提高了終端運(yùn)行安全性和降低了建設(shè)成本。

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作者簡(jiǎn)介：徐靜，男，碩士研究生，工程師，主要從事配電運(yùn)檢、配電自動(dòng)化運(yùn)維管理工作。