劉麗群

（佳木斯電業(yè)局，黑龍江 佳木斯 154002）

引言:

本文將配網自動化分成分布智能模式和集中智能模式兩種進行討論，指出分布智能模式存在著一些固有缺陷和局限性，隨著配網自動化的推廣和深入，集中智能模式將成為主流。本文包括架空線路、環(huán)網柜及多種開閉所，結合不同自動化的模式，闡述了基于集中智能模式的配網自動化實用方案及實施佳木斯市區(qū)電網自動化方案的探討。近幾年來，我國配網自動化發(fā)展較快。但是，由于各地配網情況不同，認識也不統(tǒng)一，造成配網自動化模式'千差萬別'，但實際上許多模式差別不大，重復開發(fā)，而其中有價值的創(chuàng)意并不多，本文根據現有配網自動化的運行經驗，結合各地不同情況，歸納出一些適合于我國配網的實用的自動化模式。

1 概述

配網自動化的定義分廣義和狹義兩種。廣義上，是利用現代先進的電子技術、計算機網絡和通訊技術，實現對配電網正常運行時的控制、檢測和故障時快速處理（故障檢測、故障定位、隔離和非故障區(qū)的恢復供電）自動化，及配電的生產管理、設備管理的自動化。狹義上，是配電網故障的自動化處理，即包括故障檢測、故障定位、隔離和非故障區(qū)的供電恢復整個過程。本文僅討論狹義上的配網自動化（DA）內容，配網自動化基本原理是將環(huán)網結構開環(huán)運行的配網線路通過分段開關將供電線路分割成各個供電區(qū)域。當某區(qū)域發(fā)生故障，及時將分割該區(qū)域的開關跳開，實現隔離故障區(qū)域。隨后，將因線路發(fā)生故障而失電的非故障區(qū)域迅速恢復供電。從而避免了因線路出現故障而導致整條線路連續(xù)失電，僅僅是故障發(fā)生的局部區(qū)域停電，大大減少了停電范圍，提高了供電可靠性。因此，配網自動化對配網規(guī)劃提出了幾點基本要求。

1.1供電線路要連接成環(huán)網，至少應具備雙電源，對供電密集區(qū)甚至要考慮構成多電源供電系統(tǒng)。

1.2干線要分段。這樣，才能避免線路某處出現故障導致整條線路連續(xù)失電，即通過分段開關的倒閘，將非故障區(qū)域負荷轉移。分段原則，根據具體情況，或按負荷相等，或按線長相等，或按用戶數量均等原則。根據部頒文件1999[95號]《10千伏配網自動化發(fā)展規(guī)劃要點》，‘考慮投資效益，一般線路長度在3公里以內的宜分3段，線路更長時，分段不超過5段’。

1.3分段開關，只需使用負荷開關，無需斷路器。這將節(jié)省部分一次設備的投資。線路發(fā)生故障后，分段開關作用是故障區(qū)域的隔離，而不是切除故障電流。當故障發(fā)生后，變電站內10KV出口斷路器跳閘，切除故障電流，此后，劃分故障區(qū)域的分段開關才跳開隔離故障，此時，故障電流已經切除，因此，分段開關無需使用斷路器。

2 配網自動化實用化模式

根據故障處理的具體形式，配網自動化可以分為分布智能模式和集中模式兩種。

2.1分布智能模式：分布智能模式是指現場的FTU具備自動故障判斷隔離及網絡重構的能力，不需要通訊與主站系統(tǒng)的參與。這種模式主要有電壓時間型和電流計數型兩種。主要設備就是FTU結合斷路器或負荷開關構成的具有重合功能的分段器。主要原理就是根據變電站出線保護重合閘到再次出現故障電流的時間確定故障區(qū)域（電壓時間型）或根據重合器開斷故障電流動作次數確定故障區(qū)域（電流計數型）。

此類方法顯著優(yōu)點就是成本低，不需要通訊與主站參與。但是，受原理的局限，不可避免的具有以下缺點：

2.1.1故障處理及供電恢復速度慢，對系統(tǒng)及用戶沖擊大

2.1.2需改變變電站速斷保護定值及重合閘次數

2.1.3同一線路上、下級重合器動作缺乏選擇性

此外，網絡重構后，需改變重合器的整定參數；多電源多分雪的復雜網絡，參數配合有困難。并且，故障點后面的分段器的重合閉鎖要依靠檢測故障時的異常電壓來作為閉鎖條件，而故障情況不同，異常電壓特征也變化較大，因此閉鎖條件復雜。

綜上所述，這種方法僅適合于網架結構比較簡單，主要是雙電源供電的'手拉手'線路，在不具備通訊手段或通訊條件不完善可靠性較低的場合。目前，我國配網自動化剛起步，一些地區(qū)配網基礎較差，且自動化改造資金少，采用這種方法較合適。

2.2集中智能模式：集中智能模式是指現場的FTU將檢測的故障信息上傳給主站，由主站根據配電網絡的實時拓撲結構，按照一定的算法進行故障定位，下達命令給相關的FTU跳閘隔離故障。此后，主站通過計算，考慮網損、過負荷等情況確定最佳恢復方案，命令有關FTU完成負荷轉供，文獻[5]稱之為DMS方式。這種模式特點是適用于任意結構的配電網絡，并且可以處理一些特殊情況（如多重故障），可以考慮實際負荷水平和網絡約束。

這種方法的缺點是依賴于通信系統(tǒng)，對通信系統(tǒng)的可靠性和通信速率要求很高。但是，隨著國家投資力度的加大，配網自動化在全國范圍逐漸推開，許多地方自動化系統(tǒng)的通信條件得到極大改善，有很多城市已具備光纖信道，因此，通信可靠性有了保證。這樣，在通信速率9600bit/s下，從故障發(fā)生到故障隔離及恢復供電整個過程在一分鐘左右即可完成。由于主站的故障處理算法是在配電網絡的實時拓撲結構基礎上完成的，因此，即使是多電源復雜的網絡，同樣適用，并且時間上幾乎是一樣的。

去年以來，煙臺東方電子配電自動化事業(yè)部率先推出了網絡型FTU（DF9310VI型），FTU同配電子站（或主站）的通信是基于光纖通道的以太網方式，即使某處光纖斷了，FTU會自動尋長其它路由信道上傳資料，可靠性提高了，并且通信速率可達10MB/s，從而將整個故障處理時間減小到30秒以內。目前，這種方式已經在鎮(zhèn)江等地率先使用。下面給出幾種配網自動化的實用化模式。

架空線：統(tǒng)計表明，架空線路發(fā)生瞬時故障占整個故障的2/3以上，永久懷故障少于1/3。因此，架空線路的故障處理一定要區(qū)分瞬時和永久故障。對于瞬時故障，通過變電站出口斷路器的一次重合閘予以消除。而永久性故障，則由FTU上報故障信息給主站（或子站，簡單線路可由子站完成故障處理；復雜線路故障有可能超出子站管理范圍，并且需要考慮供電轉供、過負荷、線損等情況則必須由主站完成）。根據現場具體情況及考慮問題出發(fā)點的不同，這里有3種故障處理模式，它們各有其特點。

模式一：分段器不具有重合功能，FTU檢測到變電站出口斷路器兩次切斷故障電流并且線路連續(xù)失壓一定時間后上報故障給主站。由主站根據FTU故障信息，確定故障區(qū)域。通過遙控進行故障隔離與恢復非故障區(qū)供電。故障定位基本原理就是故障點前的FTU能夠檢測到故障電流，故障點后的FTU檢測不到故障電流，從而確定了故障區(qū)域。故障處理過程如下：

2.2.1故障發(fā)生，變電站出口斷路器D1跳閘（圖 1－a）

2.2.2 D1重合，如果閉鎖。FTU再次檢測到故障電流并且線路失壓一定時間后確認變電站出口斷路器重合閉鎖，上報主站故障信息（圖1－c）

2.2.3 D1再跳閘，重合閉鎖。FTU再次檢測到故障電流并且線路失壓一定時間后確認變電站出口斷路器重合閉鎖，上報主站故障信息（圖 1－c）

2.2.4主站收到FTU故障信息，確定出故障發(fā)生在開關K2－K3間，遙控跳開K2和K3，隔離成功后，閉合D1和聯(lián)絡開關K4，恢復供電（圖 1－d）

模式二： 變電站外第一個出線開關具有重合功能，其它開關不具有重合功能。處理過程如下：

2.2.4.1故障發(fā)生，變電站出口斷路器D1跳閘（圖 2－a）

2.2.4.2此后，變電站外第一出線開關K1檢測到線路失壓、失流而跳閘（圖2－b）

2.2.4.3 D1重合，K1得壓，延時一定時間T（T＞變電站出口斷路器重合復歸時間）后重合，如果是瞬時故障重合成功，故障處理過程結束；如果是永久性故障，則線路再次流過故障電流（圖 2－c）

2.2.4.4 D1再次跳閘，此后，K1再次檢測到線路失壓、失流而跳閘并且重合功能閉鎖。FTU上報故障給主站（圖2－d）

2.2.4.5 D1再次重合，D1－K1段供電恢復。主站收到FTU故障信息，確定出故障發(fā)生在開關K2－K3間，遙控跳開K2和K3，隔離成功后，閉合K1和聯(lián)絡開關K4，恢復供電（圖2e）

這種方法適用于一些特殊場合。因為，我國目前配網自動化沒有統(tǒng)一模式，一些地區(qū)不允許配網自動化系統(tǒng)對變電站內的10kV線路出口斷路器進行監(jiān)控，或者變電站內上了RTU但信息不能共享。為了保證故障上游的失電區(qū)能夠恢復供電，通過變電站外第一個出線開關的延時重合，使得線路發(fā)生永久性故障時，變電站內的出口斷路器也能夠重合成功，這樣，故障上游的失電區(qū)可通過閉合變電站外的第一個出線開關實現供電恢復。

3 關于佳木斯電業(yè)局自動化發(fā)展的初步設想

隨著城網改造的不斷進行，我局設備健康狀況不斷提高，變電所之間及線路之間的聯(lián)絡能力也不斷得到改善，聯(lián)絡能力的不斷增強，使供電可靠性也不斷提高，在作業(yè)時一些非作業(yè)地段可以經手動操作臨時帶出，較之以往有了一定的進步。但隨著社會的不斷發(fā)展進步，電力用戶對供電可靠性的要求也不斷提高，現在已不僅僅滿足于能否用上過去所謂的長電，而對停電時間的縮短、停電范圍的縮小、電能質量的提高、故障幾率的降低已越來要求越高，這些已成為電力系統(tǒng)越來越突出的問題，也是我們今后著重解決的主要矛盾，也就是說供電可靠性及電壓質量的提高、供電管理的進步是我們今后發(fā)展的目標；同時配電網的現代化管理，包括設備管理、負荷管理、數據采集、網絡控制、電費管理等等的各種軟硬件日益成熟，都給我們指明了今后配電網發(fā)展的趨勢及發(fā)展目標，也就是我們平時提到的配電自動化，即配電管理系統(tǒng)。

下面就配電管理系統(tǒng)的主要內涵、功能、目前國內發(fā)展狀況等簡單介紹如下。

配電管理系統(tǒng)（DMS）是今后配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，目前我國很多城市已經開展，一些地區(qū)已經成型。我省牡丹江局、綏化局、鶴崗局已相繼開展，其他一些單位也正在醞釀之中。而我局也將其提上日程，一般來說DMS是作為配電自動化系統(tǒng)的代名詞，它包含數據采集、遙測、遙信、遙控、遙調、報警、人機界面、運行記錄、儲存歷史數據、運行分析、故障檢測、故障隔離、負荷轉移、系統(tǒng)診斷、配電管理、負荷管理、營業(yè)報裝、遠方集抄等功能，主要包括以下一些內容：

3.1 SCADA:

3.1.1數據庫：記載實時數據及歷史數據；

3.1.2數據采集及處理系統(tǒng)：采集各監(jiān)控點實時數據；數據積累；積累量數據處理；計算量的處理；

3.1.3數據交換與傳輸：

與負荷監(jiān)控的數據交換；

與用電營業(yè)管理系統(tǒng)的數據交換；

與地理信息系統(tǒng)的數據轉發(fā)；

與保修故障系統(tǒng)的數據交換；

與數據采集及控制單元的數據通信等；

3.1.4控制功能：

控制開關的分合閘、補償電容器的投切；

3.1.5人機界面功能

3.1.6事故報警

3.1.7歷史數據管理

3.1.8其它等。

3.2 GIS:

地理信息系統(tǒng)，包括基本信息，如用戶名稱、地址、聯(lián)系人、帳號、繳費情況等 ；用電信息，如用電量、負荷、停電次數和時間、電壓水平等；與數據庫相結合可作為潮流計算的基礎資料。同時具備強大的瀏覽和操作功能。

3.3 配網高級分析軟件功能

對網絡狀態(tài)估計、潮流計算、短路電流計算、電壓/無功優(yōu)化、靜態(tài)安全分析、負荷預測、線損分析、可靠性管理等。

3.4 饋線自動化功能

自動化終端裝置、故障處理等。

3.5 配電管理功能

故障電話投訴管理、配網運行管理、設備檢修管理、工作管理、三票的生成與管理、停電管理等。

3.6 與MIS系統(tǒng)及用電營業(yè)系統(tǒng)接口

作為負荷控制、自動計量、報裝接電、用戶咨詢、用電監(jiān)察等。以上介紹的是配電自動化管理系統(tǒng)的主要功能，其直觀表現為下圖：

目前，我國有很多企業(yè)對自動化設備的生產及軟件開發(fā)已形成一定的規(guī)模，其中一些企業(yè)為包括軟硬件全套開發(fā)與生產，如煙臺的東方電子、北京科銳、南京南瑞等；另外一些企業(yè)為專業(yè)生產軟件或硬件，如北京電研博士杰、珠海許繼等等，已開發(fā)成有一定規(guī)模的城市有銀川、泉洲、蓬萊、成都、紹興等。

我局目前中壓網絡已基本形成一定的規(guī)模，佳木斯市區(qū)的幾個變電所（包括新建的鐵南變）已具有一定的互帶能力，一些主要線路之間也具有一定的聯(lián)絡能力，線路分段也已基本完成。自動化前期的基礎工作：線路改造已基本完成。我局目前對自動化的初步設想為 ：首先在佳木斯建立主站系統(tǒng)，包括基礎數據的錄入、建立平臺、地理信息系統(tǒng)等基礎設施，主站系統(tǒng)的建立考慮今后在佳市全面鋪開自動化，同時包含雙鴨山、七臺河兩個供電局的自動化，由同一個主站控制，可形成一個地區(qū)調度，為今后的自動化擴充打下基礎；其次在佳木斯市建立2到4個子站，包括2到4個變電所，5到10條線路；所具備的功能首先達到線路的自動化控制、故障自動隔離、運行管理、負荷控制等功能，最終發(fā)展為電量集抄、業(yè)擴報裝、用電管理等自動化的全部功能。在此基礎上再向市區(qū)其余的幾個變電所、線路發(fā)展，最終擴展到雙鴨山、七臺河 兩個供電局。首期投資估計在800到1200萬元左右，最終投資約在3500萬元左右。

由于我局自動化目前只是在設想階段，對其設備及軟件開發(fā)功能等還沒有一定的感性和理性認識，要了解和認識的還有很多方面，需要有一定的時間去摸索和認識，同時國內各自動化設備廠家發(fā)展規(guī)模及功能也存在一定的差別，已在運行的單位所采用的方式也各有優(yōu)缺點，我們應首先從了解運行單位的運行狀況，從中吸取經驗教訓入手，同時了解一些廠家所開發(fā)的設備及軟件功能，全面掌握后再進行方案論證設計，作好充分的準備工作，以避免走冤枉路。我局可對生產廠家如東方電子、北京科銳、北京博士杰、南京南瑞、珠海許繼，已運行單位如泉洲、鎮(zhèn)江、紹興、成都、蓬萊、銀川等進行適當考察，做好充分的調研工作，為今后的設計方案做好準備工作。

以上是對配電自動化概念的一些簡要介紹及對我局自動化設想的初步打算，由于對其認識和了解的較少，難免有不足之處，請予以指正。

4 結語

本文結合配網自動化技術，針對配網結構提出了實用的配電自動化方案。不同的配網結構的配電自動化模式不同，但并不局限于某一特定的自動化中斷。

[1]馬軍.配網自動化相關技術的研究[J].西安理工大學，2004-08-01.