北京地区配网自动化建设的典型工程案例

北京地区配网自动化建设的典型工程案例徐艳（北京市电力公司电力工程管理中心，北京100062）摘要本文以一个新建住宅小区为例，从终端的设备配置、所实现的监控功能、通信通道的构建等方面，详细阐述了该工程配网自动化功能的接入方案，以点盖面地反映出现阶段北京市电力公司在配网自动化建设方面的整体思路和做法。关键词：DTU；现场总线；光纤以太网；视频终端ACaseStudyofaDistrictDistributionAutomationProjectinBeijingXuYan（ElectricEngineeringManageCenter,BeijingElectricPowerCompany,Beijing100062)AbstractThepresentpaperaimstoexploreadistrictdistributionautomationprojectbyconductingacasestudyinanewly-builtresidence.Theexplorationintotheprojectincludesthecontrolofterminaldevices,therealizationofmonitoringfunctionsandthebuildingofcommunicationchannels.ThiscasestudyisatypicalrepresentationofthegeneralapproachandrealizationinstrumentsemployedbyBeijingElectricPowerCompanyinthepresentstage.Keywords：DTU；fieldbus；ethernetnetwork；videoterminal1引言近年来，北京作为2008年奥运会的主办城市，在社会经济、城市建设和居民文化生活等方面都有了突飞猛进的发展，与此相适应，要保证优质的电力供应，电网建设必然不容滞后。其中，在优化电网结构和设备的同时，加强配网自动化系统的建设，实现配网系统的远程监视和故障的快速处理，是提高供电质量、管理水平和服务效率的不可或缺的手段。北京市电力公司本着“经济、实用、可靠、有效、简练”的配网自动化建设方针，经过多年的探索和实践，目前已经在市区范围内初步建成了由点到面、分层分布式的两级配网自动化体系及其通信网络。2工程概述某大型高档住宅小区项目建于北京市朝阳区，建成后可为居住者提供集居住、休闲、餐饮、娱乐于一体的全方位周到服务。该小区总建筑面积约60多万平方米，分南北两区，全部为高层建筑。为满足小区的用电需求，新建纯开闭站（不带变压器和低压）1座，小区配电室11座，会所配电室（电缆分界室）3座。开闭站电源由附近110kV变电站的10kV不同母线段双路电缆引入，开闭站至配电室、配电室至电缆分界室为依次串接的双路辐射式供电。开闭站接线为单母线分段带联络，正常情况下，母联开关断开，两路电源并列运行；配电室和电缆分界室为单母线分段运行。具体示意如图1。图1供电线路示意图3配电终端设备的配置及所实现的功能依照“统一规划，分步实施”的配网自动化建设原则，现阶段北京市电力公司自动化体系分为主站和终端两个层次（具备扩展为三个层次的能力），已建成电力公司级和各属地电力公司级两级主站监视平台，通过主站对终端的直接通信，实现对城市中心区所有开闭站和重要配电室的远程监视。本小区中的开闭站、配电室和电缆分界室作为自动化系统的终端站，在设计中应根据各自的建设规模和接入信息量的不同，合理配置对应的终端设备。终端设备和一次设备是分不开的，一次设备为自动化功能的实现提供接口条件；终端设备监测一次设备的运行状况。二者应统一考虑，一体化设计。所有终端设备单独组屏，自动化柜与直流屏或环网柜统一尺寸，这样布置减少了二次电缆长度，方便现场施工、管理、使用和维护[1]。3.1开闭站（1）设备配置开闭站设备选用GZS型中置式手车开关柜，高压开关为VD4型真空断路器；直流电源系统采用高频开关充电模块，配置一组电池，两组充电机，直流设备和中央信号屏具有智能通信功能；10kV开关保护采用集保护、控制、通信、电量参数及状态采集功能为一体的微机型综合继电保护测控装置，不但提高了安全可靠性能，易维护，而且简化了二次回路。（2）所实现的监控功能开闭站通过配置保护管理机采集微机保护装置信息并上传至主站，实现“三遥”的自动化功能：1）遥控：对全部开关进行远方拉合。2）遥测：采集开关电流（包括进线、母联、出线Ia、Ic和零序）、母线线电压（Uab、Ubc、Uca）和母联三相电流。3）遥信：采集全部开关状态、保护动作和异常信号、开关储能信号、直流母线电压状态、远方/当地信号、终端设备异常信号。（3）本地通信开闭站综合继电保护装置与保护管理机之间以总线方式通信，直流屏、中央信号屏与保护管理机之间以串口方式通信，通信媒介为屏蔽式双绞线；保护管理机通过光通信模块与主站通信。保护管理机工作电源由站内直流设备提供。3.2配电室（1）设备配置图2开闭站自动化系统接线图配电室10kV高压侧设备选用FS6气体绝缘小型环网柜，各回路通过装设网络仪表采集测量信息和开关状态信息，上传至配电室DTU。在环网柜的进出线电缆末端装设电缆故障指示器，当系统发生故障使电气量突变时，位于短路点之前、有故障电流通过的电缆故障指示器会发出闪光报警信号，并将信号通过DTU远传，巡线人员可据此信号指示迅速确定故障区段，提高了故障排查效率[2]。380V低压侧设备选用全封闭式固定开关柜，进出线及母联回路配置高分断能力的智能型万能式（塑壳）断路器。进线、母联回路装设多功能网络仪表，采集并分析回路的测量信息；低压每四路出线装设一块网络电流表，可循环显示并实时上传四路馈出的电流信息。安装于电容器柜内的两台综测仪可以采集两台变压器温度信息，当地控制电容器的自动投切。（2）所实现的监控功能配电室通过配置DTU将所有信息上传至主站，实现“两遥”的自动化功能：1）遥测：采集10kV进出线电流（Ia、Ic）和零序电流，采集380V主进的三相电流、三相电压、有功、功率因数以及母联三相电流、出线电流Ib，采集变压器温度及负载率；2）遥信：采集10kV环网柜所有开关状态、电缆故障指示器动作信号，采集DTU装置异常信号，采集低压主进和母联开关状态、低压出线故障分母线合发信号。（3）本地通信配电室DTU以总线方式与网络仪表及两台综测仪通信，通信媒介为屏蔽式双绞线；DTU与电缆故障指示器和低压开关以二次控缆直接连接，采集对应的遥信量；DTU还通过光通信模块与主站通信。DTU设备具备实时数据采集、处理、统计、分析和非实时数据存储功能，非实时数据存储时间至少为30天。DTU的工作电源取自照明配电箱的交流电源，并采用蓄电池作为备用电源。DTU具备电源监视及在线式蓄电池管理功能，监视电源交流矢电、蓄电池欠压告警并自动切换[3]。图3配电室自动化系统图3.3电缆分界室电缆分界室与配电室高压侧在一次设备和测控设备的选用上相同，通过DTU实现遥测和遥信功能。图4电缆分界室自动化系统图4通信通道的构建在现场条件具备的前提下，自动化通信应首选数据传输量大、传输速率高、距离远、抗电磁干扰能力强的光纤通信，以满足北京市区日益增长的电网设备的监控要求。由于北京市配网系统中开闭站、配电室等终端站点数量很多、分布范围很广，使得光纤通信通道的大面积环网建设成本高、实施难度大。经过多年的建设，北京市电力公司已经在各属地电力公司和110kV及以上变电站之间形成了链路可靠的光纤通信环网。现在配网自动化通信网络的建设思路就是以建成的骨干通信网络为基础，参照外电源路径，将通信通道从变电站延伸至开闭站，再至配电室，使庞大的终端站群通过“借通道”的方式与各属地电力公司主站直接通信。这样既能优化通道配置，减少通道投资，又使得系统层次清楚，便于通道的建设、管理和扩充。依照这种思路，本工程的通信通道分如下三层构建：（1）信息传送骨干层：变电站层通过SDH光纤环网与朝阳区调通信，朝阳区调与北京市调两点之间以72芯光缆直接连接，以2M带宽的光纤以太网方式通信，此部分为已经建成的通信网络，通信规约为IEC60870-5-104。（2）信息传送汇聚层：从变电站至开闭站，采用光纤双环自愈网结构，以光纤以太网方式通信，执行统一的IEC60870-5-104规约。光缆路由从开闭站的供电电源变电站接入，沿电缆路径，串接周围其它开闭站和配电室，组成环形。光纤双环自愈网的优势在于当通信网发生断路等意外情况时，其所具备的断环重构自愈能力可不间断数据的传输，使数据传输更可靠，系统更稳定。（3）信息传送接入层：从开闭站至小区配电室（电缆分界室），结合现场情况，与电缆路径施工同期敷设光缆，分南北两区两个方向，将小区配电室和电缆分界室依次串接至开闭站，构成以开闭站为汇聚点的两个光纤双环自愈网，进而使小区配电室(电缆分界室)借助于开闭站的通信路由，与主站通信。此部分通信网络执行IEC60870-5-101通信规约。配电主站通过层层搭接的通信通道，可实现对终端的自动化功能主要有：配电网络实时监控功能（SCADA）、配网故障检测分析处理功能（DA）、基于实时系统的配网综合信息管理和辅助分析功能、与其他自动化系统的数据交换和WEB浏览服务功能，在此不做详细叙述。具体示意见图5、图6。图5配电室至开闭站通信示意图图6开闭站至主站通信示意图5远方视频监视功能针对本小区对供电监控的高要求，所有终端站点都接入了远方视频监视功能。在开闭站、小区配电室和电缆分界室内各配置一套视频监控终端设备，在主要一次设备，如高压开关柜、控制屏、环网柜、低压开关柜和变压器温控箱的正面上方分别装设一至两台静态网络摄像机，摄像机将随时拍摄到的设备运行的画面转化为视频信号，通过视频服务器接入视频终端。视频终端采用2M带宽的宽带网络通道，将视频信号通过光纤媒介，与配电监测信号同路径光缆上传至视频监控主站（配电主站）。这样，主站运行人员可以通过实时上送的现场画面直观地了解终端设备的运行情况和故障情况。视频终端电源取自站内照明配电箱的交流220V电源，双路互投，可靠性高。视频终端设备与测控及自动化设备合并组屏。图7监控系统图6结论本工程的设计和施工是在遵循《北京市电力公司配网自动化技术配置原则》的基础上，结合工程自身特点，采用先进的技术和设备，经过反复推敲完成的。工程竣工后，通过对自动化系统的联调试验和对继电保护装置的传动，所有设备均正常投入运行，状况良好。目前，本工程作为一项配网自动化技术实施成功的典型案例，其基本配置模式已广泛应用于北京市重点建设项目、奥运场馆及其配套设施项目、北京地区配网自动化两遥改造项目等多项电力工程中。配网自动化系统已经成为北京电网不可分割的一部分，今后，北京市电力公司还将利用自动化系统的可扩充性，根据通信组网方式，逐步在开闭站通信环网接入变电站侧完成配电子站的配置。参考文献[1]李天友.配电技术．北京：中国电力出版社，2008:272,285～286,291～292.[2]袁钦成.配电系统故障处理自动化技术.北京:中国电力出版社,2007:69～71.[3]DL/T721-2000.配电网自动化系统远方终端.北京:中国电力出版社,2001.作者简介徐艳（1974-），女，工程师，毕业于华北电力大学供用电技术专业，学士学位，现在北京市电力公司从事10kV配网电力工程的变配电设计和技术经济工作。近日，由北京电力设备总厂研制的首台特高压“±800kV干式空心平波电抗器”，通过了中国机械工业联合会和国家电网公司联合主持的鉴定暨科研成果验收会。±800kV平波电抗器是国家电网特高压直流工程的关键设备之一，在特高压电网中应用不仅能够抑制谐波，限制故障电流，还能维持轻负荷状态下的电流连续性，使系统稳定运行，是直流系统中不可或缺的重要电气设备。±800kV等级产品是国际电抗器行业的高端产品，代表着当今国际先进水平，同时在±500kV直流工程中也普遍具有实用性。