新农村配网自动化典型建设模式的研究

社会主义新农村配网自动化典型建设模式的研究第1页共16页1研究内容配电自动化是提高配电网运行水平、管理水平和降低损耗的一个重要手段。近年来，全国许多县市在进行社会主义新农村电气化建设过程中，在不同层次规模上对配网自动化工作进行试点，对不同的农网配网自动化模式进行了认真探讨，并积累了不少经验和教训。配网自动化作为提高供电可靠性的重要技术手段得到了电力企业的认可和重视。根据我国县级城镇（乡）配网结构、通信条件、系统规模等因素及特点，提出相应的配网自动化典型模式，制定适宜的配网自动化技术方案，这是目前社会主义新农村配网自动化建设的重要课题。第2页共16页2配网自动化系统典型模式研究农村配网自动化系统模式的选择必须全面考虑方案的可行性、合理性及经济性。农村配网自动化模式选择应考虑以下几方面内容：网架结构、馈线故障处理（FA）、配网自动化系统模式、配网自动化通信模式、一次设备的选择以及配网自动化项目实施后想要实现的功能。2．1远方集中式控制配网自动化系统2．1．1控制原理：本模式通常又称为电流型集中控制模式。根据配网自动化终端（FTU）采集的馈线故障信息，传送到配网自动化主（子）站，由配网自动化主（子）站FA软件根据网络拓扑结构，集中进行故障分析、诊断和定位，通过远方控制命令完成故障自动隔离，和网络优化重构功能。它可以实现配网自动化分层处理功能，即主站层配网自动化功能和子站层配网自动化功能。这种模式需要有快速可靠的通信系统。FTU实时检测馈线故障电流，当线路发生故障时，将故障信息集中到配电自动化主（子）站，比较线路相关开关故障状态，由主（子）站确定故障区域，发出遥控命令隔离相应开关；隔离成功后，系统进行网络重构，恢复健全区供电。2．1．2控制特点：电流型集中控制方式，需要建立主（子）站、终端FTU、通信系统；FTU需要不间断电源，一般采用浮充+蓄电池，并提供一次开关直流操作电源（24V或48V）。远方控制模式的优点：DA可以分层处理，主站DA功能，子站DA功能；故障处理快速可靠；可以实现优化重构方案；开关动作次数少；简单、复杂的一次网络均适用；可识别多种馈线故障类型：单相/相间故障、瞬时/永久故障；具有常规SCADA功能第3页共16页缺点：DA基于可靠通信网，需要建立快速可靠的通信系统；需要建立配网自动化主站（子站）；要求一次开关必须是直流操作电源；必需配置蓄电池；投资较大2．1．3系统要求：开关技术要求：能提供电流、电压采集接口具有电动分合闸的智能开关。开关操作电源为直流电源，可以有FTU中的蓄电池提供。具有独立储能回路的开关，其储能电源建议采用220V交流，由PT提供。开关类型可以为负荷开关或断路器。通信系统技术要求：在采用远方集中式控制模式下，通信系统需要高可靠性和快速响应性，建议采用光纤通信。系统结构技术要求：远方集中式控制配网自动化系统从系统层次上可以分为：三层模式：配电自动化主站层、配电自动化子站层、配电自动化终端层两层模式：配电自动化主站层、配电自动化终端层配网自动化系统根据规模可以分为小、中、大型配置（详见《Q/GDW126-2005国家电网公司农村电网自动化及通信系统技术导则》）。配网自动化主站系统根据配电自动化系统与调度自动化系统结合方式和信息共享方式，可分为两种模式：调配一体化配网自动化主站系统、独立配网自动化主站系统。（1）调配一体化配网自动化主站系统调配一体自动化系统是在一体化支撑平台上，灵活扩展和集成调度自动化（SCADA）、配网馈线自动化（FA）、集控站监控、电网分析软件（PAS）、配变监测、电能量信息采集、调度管理（DMIS）、配网管理（DMS）、地理信息系统（DMS）等应用功能，并通过安全隔离措施向MIS网段提供安全的信息浏览和数据发布功能，实现配网自动化和调度自动化各应用功能、数据、信息共享，并以此为基础，构建电力企业实时信息综合处理统计分析平台，为电力企业辅助决策管理系统的实现提供基础数据和支撑手段。县级调配一体化综合自动化系统，高效整合县级调度自动化系统、变电站集控系统、城区第4页共16页配电自动化系统、农网自动化系统、电能量采集系统和配电地理信息系统，实现资源共享，减少设备冗余、保证了数据一致性，具有较高的性价比。对于新建或改造的县级调度自动化系统，应当综合考虑配网自动化和集中抄表系统的功能需求，优先选择能够实现调度自动化和配网自动化两方面功能的一体化主站系统。（2）独立配网自动化主站系统在此模式中，配网自动化系统自组成独立系统，与调度自动化系统分立。配网自动化系统集成配网数据采集与监控系统（D-SCADA）、配网馈线自动化（FA）功能、配电管理（DMS）功能，并通过高速网络与调度自动化系统进行信息交互。独立配网自动化主站系统适应于：已经建立了县级调度自动化系统，并在功能上已经满足地方经济3～5年发展的需要，而又不具备配网自动化系统功能的，可以单独建立一套配网自动化系统，两个独立系统之间通过网络实现数据共享。独立配网自动化主站系统可以根据当地经济发展、网架结构及规模，建设相适应规模的配网自动化系统。2．2配网故障采集系统2．2．1控制原理：本模式中，在分段开关安装故障采集终端，监测分段开关的电流、电压及开关状态，并实时传递到信息主站。主站可以动态监测线路运行指标和故障信息，快速进行远程故障定位，但需要安排人工到现场进行故障隔离和恢复供电。2．2．2控制特点：本模式中，终端需要采集功能和远方通信功能，不需要带控制功能。系统可以在主站侧进行远程监视分段开关，并准确进行故障定位。需要人工现场进行故障隔离和恢复供电。配网故障采集模式优点：不需要进行一次设备改造；故障定位快速可靠；简单、复杂的一次网络均适用；缺点：需要建立可靠通信系统；需要建立配网自动化主站；第5页共16页故障隔离和恢复供电时间较长2．2．3系统要求：开关技术要求本模式中，由于需要隔离和健全区恢复供电需要安排人工现场操作，因此，对开关没有特别要求。通信系统技术要求：本模式中，由于不考虑控制功能，因此，可以因地制宜采用电力企业常用的所有通信方式。系统结构技术要求可以根据采集系统规模，按照远方集中式控制配网自动化系统主站系统结构技术要求进行配置，或将此系统纳入已有的远方集中式控制配网自动化系统系统中统一管理。在技术及经济条件允许的条件下，可以考虑增加开关的远方操作功能，通过采集系统故障定位，用人工遥控的方式实现故障的隔离及其健全区恢复供电。这种方式缩短了故障处理时间，却不要求建立快速通信系统，如可以采用载波通信或无线公网的通信方式。2．3就地控制馈线自动化系统由一次设备开关和智能开关控制器或配网自动化终端（FTU）构成，就地判断故障点位置，并独立完成故障隔离和网络重构功能，不需要通讯与主站系统的参与。智能开关控制器主要采用重合器、分段器。就地控制模式主要有以下两种类型：电压时间型、重合器型、计故障电流次数的自动分段器型、故障信号差动保护型。2．3．1电压时间型就地控制模式3．3．1．1控制原理：采用电压型开关作为馈线分段器，通过实时监测分段器两侧馈线是否失压、并通过时序配合和线路首端开关重合器动作，共同完成故障定位、故障隔离和恢复供电。电压型开关是一种具有两侧失压时自动分闸、电源侧来电时延时合闸功能的单稳态开关。3．3．1．2控制特点：电压时间型就地控制模式，控制简单，易实现，不需要通信，投子省，电压型开关采用交流操作电源，不需要蓄电池，开关操作可靠，在农网中得到应用。第6页共16页开关多次重合，停电次数增加，对系统有冲击；不能识别单相接地和断相故障；残压闭锁有死区，造成故障范围扩大；对于多电源的电力环路，难以实现就地网络重构；故障处理时间长，且分段越多时间越长。2．3．2重合器型就地控制模式3．3．2．1控制原理：采用具有开断与关合短路电流能力的重合器，通过重合器的时序配合来实现就地的故障隔离与恢复。3．3．2．2控制特点：这种模式不需要通信，隔离故障快速、简单、易实现。重合器本身带有保护，通过时限来保证重合器保护动作的选择性，因此馈线分段越多，保护之间的级差就越难配合；重合器投资较大。2．3．3过流脉冲计数型分段器就地控制模式3．3．3．1控制原理：采用负荷开关和智能控制器组成自动分段器，馈线首端开关采用重合器。通过整定分段器记录故障电流次数进行动作，来实现就地故障隔离与恢复。3．3．3．2控制特点：首端开关一般最多3次重合闸，自动分段器最多分为3级。控制模式简单，易实现，不需要通信，投资省；但是只能自动隔离故障，不能实现网络重构；自动分段器的级数受首端开关重合闸次数的约束，因此，这种模式大多应用于辐射型的配电网络或重要支线。2．3．4故障信号差动保护方式3．3．4．1控制原理：采用FTU与首端开关重合闸配合，完成就地控制。此种方式需要分段开关的FTU互连，通过比较相邻FTU之间故障状态信号是否相同，以及诊断故障所在区段差动保护启动跳开故障区段两侧开关，完成隔离功能。3．3．4．2控制特点：此种控制模式的最大优点是隔离故障快速，，但需要提供通信方式，对差动保护通道的可靠性要求较高。第7页共16页2．3．5就地馈线自动化控制模式比较表2：就地控制方式馈线自动化各模式比较模式项目电压时间型重合器型过流脉冲计数型故障信号差动保护通信无无无有（光纤）出线开关是否跳闸是可以（根据定值设置）是否保护整定一般困难困难容易出现开关重合次数2多次多次0对设备冲击较多多多少设备要求负荷开关重合器重合器＋负荷开关断路器＋FTU网架结构要求辐射型，简单手拉手，分段少辐射型，简单手拉手，分段少辐射型，简单手拉手，分段少辐射型，简单环网网络故障隔离时间长较长较长短后备电源否有有有投资成本一般一般一般大2．4配网故障指示系统2．4．1控制原理：通过安装故障指示器、故障报警器等装置，在配网线路发生故障时，需要通过人工巡视，确定故障区域。2．4．2控制特点：故障指示模式一般不具备通信功能，故障发生后，需要人工沿线巡检，人工手动进行故障隔离和健全区恢复供电。3．配网自动化典型案例3．1陕西西安户县城网及农网配电自动化建设城网馈线自动化方案采用远方集中控制模式。农网馈线自动化方案采用馈线故障采集系统模第8页共16页式，可以通过人工遥控的方式实现故障的隔离及其健全区恢复供电。城网FTU、TTU采用光纤自愈环通信系统。农网FTU通信系统采用GPRS通信方式。主站系统采用ON2000调配一体化主站系统。3．2上海小区配网自动化建设系统采用三层结构，并以小区集控站为单位建立配电子站，监控小区内的配电终端、实现区域内远方集中控制模式。主站采用独立配网自动化主站系统模式，通过主干光纤连通各配电子站，实现小区配电自动化统筹监管。主站与子站间通信方式采用2M光纤主干网，子站与终端采用了光纤方式和中压电力载波方式。3．3北京奥运场馆配电自动化本案例是在北京奥运多个场馆的电缆分界室安装FTU，采用故障信息采集系统模式，实时监测场馆开闭站配网运行状态，及时上送馈线故障报警信号，并快速采取应急机制进行人工遥控操作，隔离故障区域，恢复健全区供电，确保奥运保电安全万无一失。通信系统采用光纤以太网，保证网络通信质量可靠、高速。3．4浙江桐乡配网自动化建设桐乡配网自动化系统主站系统采用调配一体化综合自动化系统，实现了实时信息采集和故障监视功能。系统通讯方式采用光纤以太网和无线GPRS两种方式。