搜索
全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集配电网自动化技术配网自动化系统实现模式的研究陈堂王世松（南京金智远维配用电自动化有限公司南京211100）摘要：文章分析了配电网的特点和配网设备运行维护的特殊要求，从实现目标、实施范围、用户对象、基本功能等多个方面对配网自动化进行了重新定位，提出了配电房综合自动化的概念，介绍了配网自动化系统的一种实现模式，对通信方案、GPRS应用、配电房综合监控等关键技术问题提出了解决办法。关键词：配电网；配网自动化；配电房综合自动化0引言配网自动化系统的实现模式取决于配网自动化的定位和实施配网自动化的目的。我国全面建设配网自动化系统，是在2000年前后开始的。当时，把基于地理信息系统（GIS）的包罗万象的管理功能作为配网自动化的基本功能定位，配网自动化系统、管理MIS系统、负荷管理系统的界限无法分明，在进行具体项目实施时目标不够明确，许多地区都启动了配网自动化项目建设，但是真正成功的事例很少。配网自动化是提高配电网管理水平和提高供电可靠性的重要手段之一。实施配网自动化项目，应该综合考虑配电网本身的特点和配网设备运行维护的特殊要求，以及现有通信手段。在此基础上，合理定位配网自动化，明确实施配网自动化项目的目标和实施范围。1配电系统和配网设备运行维护1.1配电网及其特点配电网是将电能从输电网中的枢纽变电站直接分配到用户区或用户的电网，是10千伏中压配电网与380/220伏低压配电网的合称，它遍布于所有城市和乡村各个用电地区，主要由中低压架空线路、中低压电缆线路、公用配电变压器、中压用户（专用配电变压器）、开闭所、配电室、箱式变以及各种控制开关设备等组成。中低压配电网存在以下特点：（1）网络结构复杂。由于一条配电线路要负责给一个区域供电，也就是要以“线”的形式向一个“面”上供电，因此它必然要分支再分支，形成树枝状的结构，有的城市中低压配电线的分支能达到5～6层。（2）覆盖面大。不管在城市还是农村，一个供电企业的供电区域有多大，它的中低压配电网的覆盖面积也必然要达到多大。（3）直接面向用户。中低压配电网是整个电力系统向用户供应电能和分配电能的最后一个环节，也是非常重要的一个环节。全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集配电网自动化技术（4）管理难度大、用人多。配电设备种类繁多、分布面广，再加配电网和配电设备电压低、绝缘能力较差，它抵抗风、雨、雪、冰等自然灾害的能力比高压输电设备差，因此要保证中低压配电网的安全经济运行，要求供电企业应做的工作很多，如果全部靠人工劳作，就让供电企业感到管理难度大而且消耗人力多。（5）对经济效益影响大。做好中低压配电网的管理工作，能够做到少发生事故，合理安排计划停电，减少停电。做好中低压配电网及其设备的运行、维护工作，能提高设备利用率，减少损坏，降低网损和供电成本。（6）直接影响社会效益。提高向用户连续供电的保证能力、提高电能质量，能直接影响用户的经济利益、生活质量以及文化艺术的享受程度乃至社会的稳定。1.210kV配电设备维护和运行管理10kV配电设备包括10kV架空和电缆线路、环网柜、开闭所、柱上开关等，设备维护和运行管理一般由供电公司的二级机构配电工区专门负责。按规程要求，对10kV配电设备每一个月巡视一次，实际上很难做到。其结果是，配电设备的运行情况得不到及时掌握，问题设备无法及时发现并检修。当事故发生以后，一般需要由用户通过95598电话反映到供电分公司，95598客服中心下传工作单到配电工区，配电工区再派人员到现场排查故障。为了做到修理快、恢复送电快，关键决定于查找故障点的速度快不快。现在的常规做法仍然靠人工查找，即每次发生事故后要派出十几人甚至几十人，沿整条线路（包括分支线和所带中压用户）全面巡查，往往一查就是几个小时才能找到。尤其是事故最常发生在狂风暴雨之夜，查找起来困难就更大。如果是隐蔽性故障，则需要通过多次试送电来查找故障点。如图1，为一5分段的配电线路，当在DK1和DK2之间发生故障时，会使变电站出线开关CK跳闸，造成整条线路停电。为了查找故障点，可能会采取以下操作步骤：（1）分开DK4，变电站出线开关CK试合闸不成功，确定故障点在DK1和DK4之间。（2）改为分开DK2，变电站出线开关CK试合闸不成功，确定故障点在DK1和DK2之间。（3）改为分开DK1，变电站出线开关CK试合闸成功，确定故障点在DK1和DK2之间。当然，通过一定的策略，可以减少操作次数，提高查找故障点速度，例如用对分法先分开DK2，后分开DK1，则最少的操作次数定位故障点。目前模式下，配电网故障处理方式存在着诸多不合理的地方：服务响应速度慢故障处理流程复杂，需要调度室员、监控中心操作员、以及配电工区现场操作员协调配合定位故障和恢复供电的时间长对变电站出线开关多次开合操作，对线路上的用户造成多次冲击DK3DK4DK2DK1CK图1隐蔽性故障查找全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集配电网自动化技术1.3配电变压器和配电房的维护和运行管理无论在城市还是农村，由10kV中压配电网给广大的380/220伏低压用户供电，主要的还是经过公用配电变压器（简称公变）。在农村和乡镇，以安装在用电杆塔上的台变为主，在城市，箱变越来越得到普遍的应用。供电公司只负责对公变和公变配电房（包括箱变）的维护和运行管理。专变和专变配电房（包括箱变）的产权归用户自己所有，维护和运行管理也由用户自己负责。一般，专变配电房有专人值班，比较大的专变配电房，还装有自动化监控系统。配电房的维护和运行管理由二级供电所（如区供电所、乡镇供电所）负责，二级供电所又设有专门的检修班和操作班。按规程要求，对公变、箱变和配电房每一个星期巡视一次。一般的县级城市，公变、箱变和配电房的数量在1000以上，日常维护、检修的工作量非常巨大，很多地方委托专业公司代为维护。代维公司负责对公变、箱变和配电房设备的日常维护、检修并定期给供电所提供日常报告。代维公司的出现，反映了社会专业化分工的趋势，同时也反映了对公变、箱变和配电房等配电设备安全稳定运行要求的提高。2配网自动化的概念和定位2.1概念和定位原国家电力公司在《10千伏配网自动化发展规划要点》中的定义为：“利用现代通信和计算机技术，对电网在线运行的设备进行远方监视和控制的网络系统。它包括10千伏馈线自动化、开闭所和小区配电所自动化、配电变压器和电容器组等的检测自动化等。”它是配网自动化DA的概念，强调利用现代通信和计算机技术对10千伏电网在线运行设备的远方监视和控制功能，实际上就是配网SCADA功能，监控对象包括10千伏馈线、开闭所、小区配电所、配电变压器等。这里，有必要配网自动化系统进行重新定位：（1）概念：配电网自动化表现为一种集成化自动化系统，它在在线（实时）状态下，能够监控、协调、管理配电网各环节设备与整个配电网优化运行。（2）目标：提高供电可靠性、改善电能质量和提高运行管理效率（经济运行）。（3）实施范围：以10kV干线馈线自动化为主，覆盖220/380V低压配电台区自动化。基于以上定位，对配网自动化的理解，可以归结为以下几点：配网自动化系统的用户对象是供电公司的生产运行人员，其基本功能是配网SCADA功能，实时监测配电系统的运行，通过YX、YC、YM数据采集，将整个配电网实时的状态完整地显示在调度面前，为配电网监控和调度提供技术手段。配网自动化系统的监控对象是10kV配电网在线运行设备,包括10kV馈线、开闭所、配电变压器和电容器组等。特别强调，配电房的220/380V开关设备也是配网自动化系统的监控对象之一，配电房自动化包括10kV高压开关室、变压器室和220/380V低压开关室共同组成配电房综合自动化。10kV馈线自动化FA（FeederAutomation）的故障隔离和供电恢复功能是配网自动化的重点功能之一，其主要作用是通过SCADA功能为运行人员定位故障点、并为隔离故障和恢复供电提供有用的实时信息、为隔离故障和恢复供电提供遥控手段。通过在设备端安装自动化装置实现对10千伏馈线、开闭所、小区配电所、配电变压器等配电设备的数据采集、数据远程传输、实现远方控制。必要时，可以把开闭所、小区配电所的安全预警功能集成到配网自动化系统中。全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集配电网自动化技术2.2配电房综合自动化众多的配电房，以下情况是大量存在的：没有当地自动化功能或者只有简单的表计测量功能在当地实现了测量控制功能，但是没有实现远程测控功能只有测控功能，没有保护功能配电房综合自动化系统至少包括以下两个含义：（1）通过配网自动化系统的实施，实时监测配电系统的运行，将整个配电网实时的状态完整地显示在调度面前，为配电网监控和调度提供技术手段，实现完整的配网调度SCADA功能，对所有的配电站实现YX、YC、YM和YK功能。（2）在YX、YC、YM和YK四遥功能的基础上，配网自动化监控终端应该包括保护功能，在馈电线发生故障时，馈电线开关能及时跳闸，实现故障隔离，保证馈电线的故障不会造成变电站出线开关的跳闸,缩小故障时的停电范围，提高供电可靠性。因此，配网自动化监控终端是集保护、测量、控制、远程通信等功能于一体的配电房综合自动化设备。2.3配网自动化和负荷管理、配变监测系统的关系广义的配网自动化应该包括需求侧管理的内容。需求侧管理是由供需双方共同参与充分利用电能和发挥电能最大效率，使双方均能受益的一项系统工程。目前，我国的需求侧管理实际上是由供电公司（供方）单独进行的负荷控制和负荷管理。在我国现有体制下，电力负荷管理系统由电力企业的营销部门负责建设和使用，和电力企业的生产运行部门关系不是十分的密切，通常的认为，配网自动化系统可以不包括负荷管理的内容。至于配电变压器，属于配电运行设备，由电力企业的生产运行部门负责维护和管理，对配电变压器的监控应该归入到配网自动化系统中去。但是，由于配电变压器从产权归属，分为公变和专变两种类型，电力企业只负责对公变的运行维护和管理，而专变由于产权归属用户，其运行维护和管理是由用户自己负责的。所以，对专变的监控一般被纳入电力负荷管理系统中。2003年开始的电力负荷管理系统的建设热潮，不但把专变的监控纳入电力负荷管理系统中，同时也把公变的监控纳入电力负荷管理系统中。由于大多数供电公司没有专门的配网自动化系统，目前，电力企业存在着这么一个现象：由营销部门负责建设和维护配变监测系统（它是负荷管理系统组成部分），数据供生产运行部门使用。这种现状，暴露出诸多的问题：（1）系统建设和系统使用方面，各部门的协调问题（2）营销部门和生产运行部门对配变监测的侧重点不一致，从属于负荷管理系统的配变监测系统无法满足生产运行部门的要求实际上，对配电网的运行管理需要对10千伏馈线、开闭所、小区配电所、配电变压器等配电设备一个总体的监控，因此把配电变压器的公变部分纳入配网自动化系统是比较合理的。2.4开闭所和配电所的事故和安全预警功能以下是实施配网自动化的部分目的：提高处理故障的能力，减少停电时间减轻配电设备运行、维护、管理工作量提高技术和管理水平达到上述目的，可以考虑在开闭所和配电所配置事故和安全预警功能，在安全隐患还没有发展到事故发生时，能向运行维护人员发出事故和安全的预警信号，提醒运行维护人员及时处理相关问全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集配电网自动化技术题。所以，有必要把开闭所和配电所的事故和安全预警功能作为配网自动化的功能之一。事故和安全预警功能如下：环境监测：烟雾，明火，电器火花，人员进入，环境温度、浸水、小动物入侵。电缆温度监测：针对动力电缆、电缆接头的温度进行在线监测，设定三级超限报警区间，比较环境温度分析预警事件。采取对温度变化率的监测，模糊分析，提前对电缆的故障预警。3配网自动化系统实现模式3.1配网自动化系统通信方案通信组织方案在技术上必须能满足配网自动化的基本要求[1]，此外还应考虑经济性和安全性原则。（1）一些配电站，可能具有多余的远动通道，如有线专用通道、载波通道、光纤通道等，应尽量利用已有通信通道。（2）在