段曉慶

【摘 要】配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，對提升設(shè)備利用效率，提高配電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，有著積極的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)運行管理與控制，具有數(shù)據(jù)采集與配網(wǎng)監(jiān)控等功能，對我國電力事業(yè)的規(guī)劃建設(shè)至關(guān)重要，文章論述了配電自動化的組成及工作原理。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；自動化；功能；規(guī)劃

引言

配電自動化是提高供電可靠性、擴大供電能力、提高供電質(zhì)量、實現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟運行的重要手段。我國自20世紀(jì)90年代后期開展配電自動化工作，但由于存在的技術(shù)和管理兩方面的原因，當(dāng)時建設(shè)的配電自動化系統(tǒng)大多沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。經(jīng)過多年的探索與實踐，目前我國配電自動化從理論到技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，指導(dǎo)配電自動化系統(tǒng)建設(shè)、驗收和運行維護的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也相繼推出，實現(xiàn)配電自動化已成為當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。

1.配電自動化的組成

配電線路自動化系統(tǒng)由配電主站、通信系統(tǒng)和配電終端（以架空線路FTU為例）組成。

配電主站系統(tǒng)主要由計算機硬件、操作系統(tǒng)、支撐平臺軟件和配電網(wǎng)應(yīng)用軟件組成?？蓪崿F(xiàn)配電線路遙測、遙信、遙控及報警、監(jiān)視、操作模擬、數(shù)據(jù)記錄與分析，并具有以GIS為支撐平臺的相應(yīng)功能?？蓪?shù)字化的供電區(qū)域地圖和配電線路設(shè)備的地理位置與電力設(shè)備的參數(shù)、運行狀況等數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，便于配電線路的運行管理。故障自動隔離和轉(zhuǎn)供系統(tǒng)可在故障后迅速判斷故障區(qū)段，隔離故障區(qū)域，并根據(jù)系統(tǒng)運行狀況自動產(chǎn)生符合轉(zhuǎn)移供電方案，恢復(fù)對配電線路故障段正常供電。

通信系統(tǒng)目前有光纖通信和無線通訊兩種，其中光纖通信大多基于EPON技術(shù)構(gòu)建，采用單輻射、雙環(huán)形結(jié)構(gòu)的方式運行。整個通信系統(tǒng)包括主站端主機、光線路終端OLT和若干FTU上配置的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU組成，每一個ONU均有兩對光纖收發(fā)口，一般只使用一個，構(gòu)成單輻射通信模式，也可通過兩根光纖串接成雙環(huán)通信模式（主環(huán)與副環(huán)）。對于雙環(huán)模式正常情況下兩個環(huán)都工作，信號在兩個環(huán)中以相反的方向同時傳輸。環(huán)中任一處光纖發(fā)生故障，信號自動從非故障環(huán)中返回，保證通信的正常運行。無線通信目前采用2G、3G、4G的無線公網(wǎng)通信，此類終端無法實現(xiàn)遙控操作。

自動化開關(guān)采用SF6開關(guān)或真空開關(guān)配用相應(yīng)的控制系統(tǒng)，按用途分為斷路器和負(fù)荷開關(guān)兩種。其中斷路器具備開斷短路電流的能力，一般用于于出口開關(guān)和分支開關(guān)處，而負(fù)荷開關(guān)多用于線路分段處。

自動化開關(guān)通過航空線與FTU相連，構(gòu)成線路配電終端。FTU帶有通信接口，可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制，從而可實現(xiàn)遙測、遙信和遙控，支持多通信方式，并提供編程接口。配電線路自動化系統(tǒng)所需的信息通過FTU采集后經(jīng)通信系統(tǒng)上傳主站，主站的控制命令又經(jīng)通信系統(tǒng)下達(dá)給各FTU執(zhí)行。另外，F(xiàn)TU還可自動監(jiān)測開關(guān)的動作次數(shù)、蓄電池電壓等，必要時上報主站，運行人員可據(jù)此安排檢修計劃，從而避免檢修的盲目性，減少計劃檢修時間，縮小計劃檢修范圍。

2 線路自動化開關(guān)系統(tǒng)工作原理

成套配電自動化設(shè)備（自愈開關(guān)）安裝在10kV架空配電線路上，具有不需要通信的就地故障隔離功能和遠(yuǎn)方通信功能。成套的設(shè)備與變電站出線開關(guān)分合閘相配合，可以自動完成高壓配電線路單項接地和相間短路事故區(qū)域的故障隔離。在主站系統(tǒng)建立后，通過其他通信功能可實現(xiàn)配電設(shè)備的“三遙”。其故障隔離過程如下圖：

當(dāng)N點發(fā)生故障時，CB1保護跳閘，CB1所控出線（圖中聯(lián)絡(luò)開關(guān)L上部線路）全線失電，S1、S2、S3失壓自動分閘，此時有兩種故障處理模式：

模式1：CB1數(shù)秒后重合，S1、S2逐級得電延時合閘，當(dāng)S2合閘后，由于合至故障點，CB1保護跳閘且判定位永久性故障。線路電壓施加于N段時，對S2而言是在合閘后出現(xiàn)電壓消失行為，S2啟動正向送電閉鎖，對S3而言是在延時合閘前出現(xiàn)電壓消失行為，S3則啟動反向送電閉鎖。

由于S2、S3已產(chǎn)生可靠閉鎖隔離故障區(qū)N段，CB1可經(jīng)數(shù)秒后再次合閘恢復(fù)故障前段區(qū)域的供電，電源送至S2開關(guān)的電源側(cè)，S2因正向閉鎖不合閘。

聯(lián)絡(luò)開關(guān)L在單側(cè)失電時開始數(shù)十秒的延時，延時計時到后若失電側(cè)仍未來電，則令L合閘，電源送至S3開關(guān)，S3因反向閉鎖不合閘。至此，故障區(qū)N段被隔離，其余各段均恢復(fù)供電。

模式2：CB1數(shù)秒后重合，S1、S2逐級得電延時合閘，當(dāng)S2合閘后，再次檢測到故障電流，S2開關(guān)合至故障點快速分閘功能啟動，斷開并閉鎖S2開關(guān)，同時S3開關(guān)檢測到殘壓，殘壓閉鎖啟動，完成故障區(qū)域的隔離。聯(lián)絡(luò)開關(guān)L在單側(cè)失電后數(shù)十秒合閘，完成整個自愈過程。

上述設(shè)備的故障判斷和故障隔離不依賴通信即可完成，但是只能在故障發(fā)生時起作用，而且故障處理過程嚴(yán)格按照事先的整定進(jìn)行。而模式2較模式1減少1次變電站分閘及重合閘，減少了故障電流對線路及用戶設(shè)備的沖擊，更加適用于現(xiàn)場使用。

相對于上述系統(tǒng)，還有一種集中智能饋線自動化系統(tǒng)（FA），該系統(tǒng)需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)并在配電自動化主站控制下進(jìn)行故障處理，不僅可以在故障發(fā)生時起作用，而且在正常時也可以對配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，其故障處理策略也可以根據(jù)實際情況自動調(diào)整。

配電線路正常運行時，線路自動化開關(guān)的FTU持續(xù)檢測盒記錄開關(guān)狀態(tài)，線路電電流電壓等，并計算出功率因數(shù)、有功功率、無功功率等運行參數(shù)。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)、線路參數(shù)出現(xiàn)異常時，F(xiàn)TU經(jīng)通信系統(tǒng)將異常信息上報主站。調(diào)度值班員可以在主站上，看到電氣連接的單線圖、換網(wǎng)圖等，并可以直接遙控操作各線路開關(guān)，改變系統(tǒng)運行方式。當(dāng)配電線路發(fā)生故障時，主站收到故障信息后報警，并啟動故障檢測、隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)供系統(tǒng)，自動判斷故障隔離和非故障段負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，并進(jìn)行模擬校核，最后與調(diào)度值班員采取人機交互式的半自動遙控操作或直接執(zhí)行的全自動遙控操作模式。

3 配電自動化系統(tǒng)對配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的要求

城市配電網(wǎng)要按以下原則建設(shè)，這也是實施配電自動化的基本條件：

（1）保證在10kV電網(wǎng)發(fā)生故障時，10kV的變電容量、10kV主干線有足夠的轉(zhuǎn)移負(fù)荷的能力。

①有兩個及以上可靠的獨立電源（220kV變電站—110kV變電站）向中壓配電網(wǎng)供電。中壓配電網(wǎng)形成環(huán)網(wǎng)接線、開環(huán)運行的供電方式。

②相互聯(lián)絡(luò)的饋電線路有足夠的配用容量來承擔(dān)故障線路所轉(zhuǎn)移的負(fù)荷電流。因此，主干線應(yīng)采用大截面導(dǎo)線，正常運行方式下的負(fù)荷電流，應(yīng)按發(fā)熱允許輸送電流的2/3到1/2。

（2）將10kV饋線適當(dāng)合理的分段。饋線分段并不是越多越好，過多的分段將使供電成本急劇增加，而供電可靠性并不成比例地提高，一般應(yīng)按負(fù)荷密度的高低，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較來決定段數(shù)。

（3）實施饋線自動化的效益。若將變電站所有饋線按照環(huán)網(wǎng)方式實現(xiàn)“環(huán)網(wǎng)接線、開環(huán)運行”供電，其供電可靠性可以達(dá)到99.96%—99.98%，而實施饋線自動化可以再提高0.02個百分點。

4 結(jié)語

本配電自動化系統(tǒng)適用于各種供電方式的配電線路，能實施故障線路故障點定位、隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，大大提高了配電線路的供電可靠性和運行自動化，F(xiàn)TU的開關(guān)磨損狀況監(jiān)測功能，提供了合理的安排檢修計劃的依據(jù)，確保配電線路安全運行。

根據(jù)對國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)的研究，配電自動化技術(shù)的發(fā)展將向多樣化、標(biāo)準(zhǔn)化、自愈、經(jīng)濟高效和適應(yīng)分布式電源接入的方向發(fā)展，這將是一個長期而又沖滿挑戰(zhàn)的工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉建，倪建立，鄧永輝.配電自動化系統(tǒng)[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2002.

[2] 陳堂，趙祖康等.配電系統(tǒng)及其自動化技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3] 陳勇，海濤.電壓型饋線自動化系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（7）：31—33.

[4] 陳紅麗，劉建等.合閘速度俺模式饋線自動化的改進(jìn)與整定[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（15）：35—39.

（作者單位：國網(wǎng)寧夏電力有限公司石嘴山供電公司）