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毕业论文-关于配电网自动化技术的应用



题 目: 专 学 年







关于配电网自动化技术的应用 业:电气工程及其自动化 院: 电气工程学院 级:

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我国配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果, 长期以来配电 网的建设未得到应有的重视, 建设资金短缺, 设备技术性能落后, 事故频繁发生, 严重影响了人民生活和经济建设的发展,随着电力的发展和电力市场的建立,配 电网的薄弱环节显得越来越突出,形成了与电网建设不协调的局面。 国家颁布实施的《电力法》的贯彻后,电力作为一种商品进入市场,接受用 户的监督和选择,甚至于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。另一 方面,高精密的技术和装备对电能质量要求,配电网供电可靠性已是电力经营者 考虑的主要方面。 经济的发展对配电网自动化提出了更高的要求, 配电网自动化也是电力系统 现代化发展的必然趋势。技术在发展,需求也在提高,应参照发达国家和地区的 经验,结合实际情况,综合考虑近期与远期、全局与局部、主要与次要的关系, 进一步设计开发出先进、通用、标准的配电网自动化系统,对电力市场的发展具 有重要意义。文章主要对配电网自动化系统进行探讨,并提出配网自动化实施中 的注意问题等。

关键词:电网建设;电力法;配电网自动化;电力市场

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Abstract
The development of power distribution automation system in our country is the result of electric power market and the inevitable economic construction , the construction of the distribution network can not get a serious attention for a long time , the shortage of construction funds , backward technical equipment performance , accidents , incuring serious impact on the developmentt of people's life and

economic construction , with the development of electric power and the establishment of power market , the weak link of the distribution network is more and more outstanding , has formed the situation in which don't go well with power construction. The " electric power law " being implemented , the electric power as a commodity to enter the market , accept the supervision of the user and choices , even the power cut suddenly , the operator's responsibility will be pursued On the other hand , high accuracy technology and equipment for power quality requirements of power supply , the reliability distribution network has been the main parts. Economic development needs higher request of the automatic power distribution , power distribution automation system is inevitable trend of development of modern power system .Technology is developing , the demand is increasing , we have to refer to the experience of developed countries and regions , combining with the actual situation , comprehensive consideration in the near future and long-term , global and local , the relationship between the primary and secondary , to further develop the advanced design , general , the standard of distribution network automation system , it is the great significance to the development of power market .The paper mainly discusses distribution network automation system , and puts forward the notice of distribution network automation implementation , etc . Key words:power grid construction. ; electric power law ; powerdistribution automation system ;power market
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grid

目 录
摘 要............................................................ I

Abstract........................................................... II 目 录............................................................. III 1 绪论............................................................. 1 1.1 概述 ........................................................ 1 1.2 基本概念..................................................... 3 1.2.1 配网自动化的概念....................................... 3 1.2.2 配电网自动化的范围..................................... 3 1.2.3 任务 ................................................... 3 1.2.4 可靠性原则 ............................................. 3 1.2 什么是配电网 ................................................ 4 1.3 实施配电网自动化的意义 ...................................... 4 1.4 国内外配电系统自动化的发展概况 .............................. 5 1.5 配电网设备基本条件 .......................................... 5 1.6 当前我国配电网存在的问题..................................... 6 1.7 配电网自动化通讯的主要技术问题 .............................. 7 1.8 配电网自动化软件应用及信息处理 .............................. 8 1.9 发展配电网自动化应注意的问题 ................................ 8 2 配网自动化系统的基本构成....................................... 10 2.1 配网自动化主站系统.......................................... 11 2.1.1 配电 SCADA 主站系统 .................................... 11 2.1.2 配电故障诊断恢复和配网应用软件子系统 DAS............... 12 2.1.3 配电管理系统 DMS。..................................... 13 2.2 配网自动化子站系统.......................................... 14 2.3 配网自动化终端.............................................. 15 3 配电网自动化技术的应用........................................... 16 3.1 配电网自动化应用现状 ....................................... 16 3.2 配电网自动化应用原则 ....................................... 16 3.2.1 适应性原则 ............................................ 16 3.2.2 逐步完善的原则 ........................................ 17 3.2.3 采用电流控制式的原则 .................................. 17 3.3 分布式无功电压控制 ......................................... 17 3.4 分布式电能质量监控.......................................... 18
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3.5 配电网系统的接线方案........................................ 19 3.6 配电网自动化的要求.......................................... 20 4 配电网自动化系统的通信系统....................................... 21 4.1 配电自动化通信系统的发展状况 ............................... 21 4.2 配电自动化对通信系统的要求.................................. 22 4.3 配电自动化采用的通信方式及其比较 ........................... 23 4.3.2 无线传输方式 .......................................... 23 4.3.3 光纤方式 .............................................. 23 4.3.4 现场总线 .............................................. 24 5 配电网自动化系统应用的优势....................................... 25 5.1 配电自动化实施目的.......................................... 25 5.2 配电自动化实施原则.......................................... 25 5.3 配电网自动化模式方案........................................ 26 5.4 配电自动化的优势............................................ 26 6 配电网自动化建设与实施中应注意的问题............................ 28 6.1 配网自动化实施中应注意的问题................................ 28 6.3 配电网自动化建设的一些建议.................................. 29 总结............................................................... 32 参考文献........................................................... 33 致 谢.............................................................. 35

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1.1 概述

绪论

我国配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果, 长期以来配电 网的建设未得到应有的重视, 建设资金短缺, 设备技术性能落后, 事故频繁发生, 严重影响了人民生活和经济建设的发展,随着电力的发展和电力市场的建立,配 电网的薄弱环节显得越来越突出,形成了与电网建设不协调的局面。 国家颁布实施的《电力法》的贯彻后,电力作为一种商品进入市场,接受用 户的监督和选择,甚至于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。另一 方面,高精密的技术和装备对电能质量要求,配电网供电可靠性已是电力经营者 考虑的主要方面。 随着市场观念的转变和电力发展的需求, 配电网的自动化已经作为供电企业 十分紧迫的任务,大城市电网,从八十年代就意识到配电网的潜在危险,并竭力 呼吁积极努力地致力于城市电网的改造工程, 并组织全国性的大会对配电网改造 提出了具体实施计划,各种渠道凑集资金,提出更改计划,利用高技术、性能好 的设备从事电网的改造。 例:1990 年 5 月召开了全国城网工作会议,提出了城市配电网在电力系统 的重要位置,要求采取性能优良的电力装备,以提高供电能力、保证供电质量。 根据电网供电的要求,供电部门提出了配电系统对用户供电的可靠性要求,供电 可靠性指标达到 99.6%,对机场、银行及计算机网络和服务监控中心是电力质量 要求高的场所,没有可靠的配电网是无法保障的。 配电网改造是实现配电网自动化的前期, 没有好的电网是不可能实现配电网 自动化,由于早期的县级电网已经基本形成,只能在原有配电网的基础上进行改 造,难度大,要力争达到高自动化的目的,应做好统筹规划,从装备上符合现代 城市的发展要求,因此,城市配电网电力装备的基本要求是:技术上先进、运行 安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护要求。 配电网的应用是经济建设所决定的,因此,无论是大城市配电网还是小型城

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市、县级城市甚至农村配电网,在配电网改造及配电网自动化应立足于以下几方 面: (1)立足于国情,城市电网的实际要求,以真正解决配电网的实际问题,以符 合供电可靠性及用户供电的要求,不搞形式、不追潮流,将有限的资金投入到较 为实际有效的电网改造中去。 (2)以保证供电可靠性为前提,确保电力用户用电的时效性,满足电力用户 的供电需求。较长一段时间以来,电力能源紧缺,限制供电现象较为普遍,但如 何确保用户在不限电时避免其它事故所造成供电的影响, 应从用户用电的实际要 求为出发点,做好用户用电的服务工作,体现用户是上帝的精神,在电力经营部 门也应得到体现。 1)从用户用电的实际要求出发,保证用电的需求,满足用电要求; 2) 提高网络的输送能力,做好网络结构的调整; 3) 提高技术装备的可靠性及运行部门的免维护要求; 4)完善设备的自动化程度及故障的判断能力。 (3) 满足和确保供电的质量,随着城市高新技术用装备和居民家用电器的要 求,高峰低谷现象对电能质量是相对应的,除电压幅值,频率以及谐波对用户都 将产生不良的影响外,甚至会影响电能的计量,因此要采用调峰、调压来保证电 能质量。 (4) 降低电网的损耗、电能损耗往往作为电力经营和运行不可避免的事,但 是损耗决定于电网结构和输送电负荷的条件来决定, 城市电网改造之一是改进导 线截面,降低线路的电阻率,采用新的输送电金具,减少线路电能损失。采取无 功就地补偿,提高功率因素,合理调度和负荷分配,优化网络潮流,做到经济运 行。 (5) 提高网络的供电能力,减少用户的停电机率,网络的互供能力主要反应 网络接线、负荷的合理调整。 (6) 采用自动化装备,提高设备的故障判断能力和自动隔离故障,恢复非故 障线路的供电条件,选择自动化程度较高的自动化设备。 (7) 解决配电网用设备的技术性能,提高设备的自身可靠性运行能力,尤其 是配电网开关设备的操动机构及内部结构适应于户外(户内)运行条件,做到不检

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修周期长,设备运行可靠。大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用。 (8) 便于系统的监控,实行配电网的经济调度,实时的网络经济分析,历史 数据的记录和查备,事件记录的查询规划。

1.2 基本概念
1.2.1 配网自动化的概念
配网自动化就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术,实现配 电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的现代化。

1.2.2 配电网自动化的范围
通常,110kV 及以下电力网络属于配电网络,其中 35kV 及以上属于高压 配电网;1kV 及以上属于中压配电网;380/220V 属于低压配电网。我们所说的配 电网自动化多指 10kV 及以下电压等级的中低压配电网的自动化。

1.2.3 任务
(1)使整个配电网线损降至最小,提供优质的供电质量。 (2)在整个配电网事故情况下,系统能适时分析确定事故原因,排除因瞬 间故障造成的不必要的停电事故;对于永久性故障,系统将及时分隔故障段,进 行电网重构,保障非事故线路段尽快恢复供电。

1.2.4 可靠性原则
实施配网自动化的首要目标是提高配电网的供电可靠性, 实现高度可靠的配 网自动化系统要遵循原则: (1)具有可靠的电源点; (2)具有可靠的配电网网架(规划、布局、线路); (3)具有可靠的设备(一次智能化开关、二次户外 FTU、 TTU 等); (4)具有可靠的通信系统(通信介质、设备); (5)具有可靠的主站、子站系统(计算机硬件、软件、网络)。
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1.2 什么是配电网
在电力网中起重要分配电能作用的网络就称为配电网: 配电网按电压等级来 分类,可分为高压配电网(35-110kV),中压配电网(6-10kV),低压配电网 (220/380V); 在负载率较大的特大型城市,220kV 电网也有配电功能。按供电 区的功能来分类,可分为城市配电网,农村配电网和工厂配电网等。在城市电网 系统中, 主网是指 110kV 及其以上电压等级的电网, 主要起连接区域高压(220kV 及以上)。配电网是指 35kV 及其以下电压等级的电网,作用是给城市里各个配 电站和各类用电负荷供给电源。

1.3 实施配电网自动化的意义
(1)提高供电可靠性 利用馈线自动化的故障隔离及非故障区供电恢复,可以减小事故停电范围; 通过提高正常的检修、事故抢修工作效率,可以减少停电时间;通过对电网实时 状态的监控,可以及时发现、处理事故隐患,提高设备可靠性。 (2)提高供电质量 配电网自动化系统可以通过各种终端,实时监视供电电压的变化,及时调整 运行方式,并通过投切电容器组等方式,使无功功率就地平衡,保证用户电压在 合格范围内,减少网损。 (3)提高服务质量 实施配电网自动化后,在发生故障停电时,能够及时的确定事故地点、事故 原因,停电范围及大致恢复时间,给用户电话投诉一个满意的答复,进一步增加 用户满意度。 (4)提高管理效率 配电网自动化系统对繁杂的配电网设备运行状态进行实时监控, 在故障发生 后能及时的确定故障点及原因,可节约大量的人工现场巡查及操作劳动力;同时 可以方便的获取各种数据,利用计算机提供的各种软件工具进行分析、决策,制 作各种报表,讲配电人员从繁重的工作中解放出来,提高了工作效率和质量。

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(5)推迟基本建设的投资 实施配网自动化可以有效的调整峰谷负荷,可以优化网络结构,提高设备利 用率,压缩备用容量,推迟基本建设的投资。

1.4 国内外配电系统自动化的发展概况
国外的配电自动化的发展经历了从各种单项自动化林立,号称为 “多岛自动 化”的配电系统,向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目 前已经具有相当的规模, 并且从提高配电网运行的可靠性和效率, 提高供电质量, 降低劳动强度, 充分利用现有设备的能力, 缩短停电时间和减少停电面积等方面, 均带来了可观的经济效益和社会效益。 我国配电网自动化虽已起步,并经过试点取得了一定的经验,但与发达国家 相比,还有差距,而且缺乏较为系统的整体设计。国外自动化系统的优势在于, 设备(开关、FTU)制造水平较高,投入产出比也较高,可靠性好,实用性强, 并且重视配电网经济分析软件功能模块的开发, 因此我们要吸收国外的成功经验 和改造措施,结合我国实际,制定出符合国情、符合实际的配电自动化整体设计 方案。同时,要贯彻 IEC 61970 标准,实现供电企业内各种自动化系统的有效集 成, 经过“九五 ”计划至 2010 年的 15 年的努力, 使我国配电事业上一个新的台阶。

1.5 配电网设备基本条件
配电网自动化是近几年来电力应用技术的新型技术,主要涉及中低级电网, 作用对象是电力经营企业和用电企业的结合。目前世界各国对此都表示十分关 注,由于该技术尚没有明确定论,但至少可以说明配电网自动化不仅仅简单是配 电线路及其所相应的设备,还有通讯、计算机综合应用、电力(负荷)监控、节能、 电网规划等,可归纳为如下几个方面: (1)可靠安全的供电网络,包括电源点应保证电力输送线路的经济运行,开 关变压器等设施的可靠性。 (2)对故障的自动判断和隔离,在人工或自动条件下恢复非故障线路的供电, 对故障点进行自我隔离和诊断。
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(3)判断系统的运行状况进行实时监控,采用分布式的 SCADA(远动),对配 电网所需的信息进行技术处理,对配电网的各种信息的上发下传,及时反应配电 网的运行状况和事故的处理级分析能力。 (4)用电管理包括用户对电能的管理要求,用户对电能的意见及要求能够反 映到配电管理中心,由配电管理中心对此作出反应和处理。对电能进行调整,对 用电负荷的控制和经济调度。对用电管理系统可对用户直接或间接地进行控制, 这种控制方式一般由人为进行设定,可由远动操作也可由现场就地操作,与通常 的事故处理有不同的管理方式。

1.6 当前我国配电网存在的问题
配电网的发展主要是随城市建设规模及用电负荷迅速增长和供电可靠性要 求而提出的,由于城市规划与电力的条块分割,形成了不相适应配电网结构,使 配电网规划及发展不适应城市发展的需求,突出反映在如下几点: (1)配电网络电源点落后于城市建设的发展,由于城市规模和商业的建立, 电源点容量及电能输出受到限制,尤其是电力线的传输通道。 (2)瓶颈效应比较突出,出现卡脖子现象严重,电能输不出去,往往因此而 引起停电事故。改革开放以来,城市建设速度加快,负荷增长率高,但电力建设 不及时,输出线半径小,线路长。 (3)出线通道影响与城市规划不相适应,有的地方改用地下电缆,施工及投 资不允许,采用架空导线环境条件受限,有的采用绝缘导线,网络复杂的情况较 为普遍。 (4)早期建设的线路导线细、年久失修,高能耗设备多,线损率高,由于导 线半径小及无功缺额较大,综合线损损耗大,个别地区配电网损耗达到 30%,一 般地区在 15%~20%,造成能源大量浪费和环境污染。 (5) 供电不可靠因素增大, 由于配电网投资不足, 设备老化和技术性能低劣, 供电事故频繁,往往是一点故障引发全线甚至大面积停电事故。城市繁华地段, 往往是局部故障引进重要场所、用户停电,影响社会治安及经济市场。早期设备 技术性能差,设备动作频繁,引发事故多,对机构的可靠性要求高。 (6) 电网结构复杂,环网联络接点较多。
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(7) 城市电网改造涉及面广,要求较高,停电难度大。 因此,对于城市配电网实现配电网自动化是一项综合性的工程,最基本的条 件是应具有较为完整的多路电源的配电网点, 具有较好的城市规划及电源路径的 分布,利用各种较为先进的设备,当前城市建设的规模和经济的发展对配电网提 出了较高的要求,各级部门都给予充分的重视,在资金上给以投入,形成了一种 较好的外部环境。

1.7 配电网自动化通讯的主要技术问题
配电网自动化程度的重要标志是通讯是否符合自动化的要求, 它担负着设备 及用户与自动化的联络, 起着纽带作用。 担负着信息的处理、 命令的发送和返回。 所有数据的传递,没有可靠有效的通讯,配电网无法与自动化相联系。关于自动 化通讯,通常概念有两种:一是外围通讯,主要是数据以及语言的通道。采用的 方法为有线和无线二大类。有线分光纤通讯、音频电缆通讯、电力载波通讯;无 线通讯分微波通讯、扩频通讯以及无线电通讯。对于城市配电网应结合城区的特 殊情况,以及实际应用效果来决定采取那一种通讯方式。另一种通讯通常是在计 算机上的软件通讯,由统一规约。各种计算机软件以及数据库、远动装置都是由 计算机软件进行数据交换,在实际计算机运行过程中的某一种规定的方式进行, 通讯规约一般是由设备自身来设定的,同一生产单位的产品规约是一致的,当有 不同的生产厂家时,通讯规约则发生不一致,导致数据传递的失败。 光纤通讯是城市配电网通讯的主要方式,主要特点是可靠性高,干扰小,不 受环境条件的影响,可作为语言、数据和图象的传输,是当前较好的通讯方式。 但是由于光纤所相关的设施的费用较高, 在使用中受到限制。 尤其是在配电网中, 因配电柱上开关及用户分布在沿线, 对于每一开关及用户所需的通讯很难从一根 多芯的通讯光缆中取出。 音频有线是城市电网较为经济和实用的方法, 通讯的布设及各通讯端的连接 无特殊要求,造价较低,容易实施,但容易受环境的影响,尤其是与高压配电线 路同杆架设,高压的强电场和强磁场对通讯线的干扰影响较大。 电力载波是电力系统常用的通讯方法,在对于无断点的线路。例如变电站与 变电站之间,已经有成熟的经验,使用效果好。但对于配电网线路,由于线路多
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台配电变压器以及线路,由于柱上开关的断点,使载波通讯在配电线路中使用受 到了较大的影响,有些问题尚待进一步研究。 微波通讯对于配电网多点通讯点是很难采用的,考虑到微波通讯的接收装 置,以及工程投资,对于城市配电网的应用不完全满足。而扩频通讯广泛地被应 用到各行各业的通讯,对于电网变电站与调度中心,长距离的通讯能体现出扩频 技术的诸多优点,抗干扰能力强,保真性高,误码率低,可实现码分多址复用, 功谱密度低,发射功率小。但对于高楼林立的城市配电网,柱上开关及配电网变 压器的位置很难确定最好的通讯环境时, 其放射信号的接收会受到波传输的影响 (绕射功能差)。往往出现在城市应用效果不佳的现象。 无线通讯主要是音频,通常作为我国负荷控制的应用领域,在城市应用效果 得到充分证实,主要问题是无线通讯装置的使用效果,早期的无线通讯装置是产 品质量不佳,影响了通讯效果。 计算机通讯,主要是通讯规约问题,对于我国电力系统,采用了标准的通讯 规约,由国家和行业远动、通讯标准来决定,通常的规约为 CDT、POLLIG 等。 近几年来,通讯接口以 485 型式出线,增强了通讯的传输能量。因此无论配 电网采用何种通讯方式,对远动(RTU)与主站系统的通讯必须符合某一规定的要 求。

1.8 配电网自动化软件应用及信息处理
配电网自动化系统应用软件应建立在较为通用的、 符合计算机时代要求的软 件平台上,具有相应的开放式支持环境,有通用的按标准程序编写的应用软件和 数据库的接口,具有友好的人机界面和屏幕操作,具有应用化的多层次的地理信 息系统,符合运行的实际状况。 对于配电网系统,计算机的应用平台必须在操作系统、数据库、用户界面和 通信接口上遵循公认的。

1.9 发展配电网自动化应注意的问题
(1)分析地区配电网的实际应用情况,找出本地区配电网存在的技术方案问
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题,本着实事求是立足国情和网情。当前我国配电网处于高速发展的时期,但又 处于方案的探索时期,所以在吸收国外先进技术和设备的基础上,应广泛开展中 国配电网改造和自动化的研究。 (2)配电网自动化是一项综合性工程,涉及的专业多,规划性强的系统,应 根据电网、城市电网的规划进行,避免盲目性。 (3)配网自动化方案是自动化的核心,在引进国外技术的同时结合国内配电 网的实际情况进行分析, 国外配电网与国内在很大程度上不尽相同, 应有所区别, 吸取精华,适合国情、地情、网情。 (4)配电设备的使用面广、量大、运行环境较为严酷,设备选择应符合当前 配电网形势要求,具有高度可靠性和优越的技术性能。并以真空断路器为主,免 维护周期长,二次保护控制设备具有可靠性,抗干扰能力及适合户外高温和低温 等较为严酷的运行环境;应具有远方通讯的接口。自动化程度高,一次开关设备 与二次保护装置能良好地配合,能自动实现配电网自动隔离故障,恢复正常供电 的能力,具有就地和遥控的功能。 (5)远方通讯是自动化的关键技术,RTU 要适合配电网使用,分布(散)式,单 点的特点;通讯方式应选择合理,通讯功能强,误码率小,速度快,符合远方实 时监控的功能。 (6)计算机应用软件的开发,首先选择具有开放、兼容的操作平台,对各种 标准的数据库应具有联接功能, 地理信息应实时地反应配电系统的潮流及负荷情 况,对事故记录及信息反馈,可实现负荷控制、远方抄表、设备数据库统计及规 划、无功优化的理论计算等。计算机软件功能是配电系统自动化的核心技术,好 的软件可充分体现出技术和自动化的水平,应充分进行比较。 (7)配电网的工程设施应有计划地分期、分批实施。应确定配电网络的基本 条件,导线截面、输送容量、线路走向及用户的基本条件。先采用具有自动化功 能的一次开关设备和二次保护监控设备完成自动送电, 故障自动分闸和隔离故障 功能,能做到隔离和区分故障点。在条件具备时,再投入通讯和计算机网络,可 以少走弯路,资金投入可以分批实施。 配电网是当前电网建设的热点,无论是大型、中小型城市都是把配电网改造 建设及自动化的实施列入工作重点,投入大量的资金和人力,将对整个电网建设

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有重大影响,各地区在改造中应慎重对待,尤其是设备引进的技术问题较多。 相信配电网自动化的实施在各方面的共同努力下,不断完善并上升为标准 化、规范化管理,一定会取得较好的成效,得到更大的社会效益和经济效益。

2 配网自动化系统的基本构成
配网自动化系统是一项系统工程,它大致可分为三个子系统:配网自动化主 站系统;配网自动化子站系统;配网自动化终端。
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2.1 配网自动化主站系统
主站系统由三个子系统组成:配电 SCADA 主站系统;配电故障诊断恢复和 配网应用软件子系统 DAS;配电 AM/FM/GIS 应用子系统 DMS 构成

2.1.1 配电 SCADA 主站系统
配电 SCADA 主站系统由前置机服务器( RTU 服务器)、SCADA 服务器、 调度员工作站(MMI)、报表工作站、DA 服务器、 GIS 服务器等组成。前置机 服务器:它包括若干台前置机服务器。其中一台为主前置机服务器,当服务器出 现故障时,从前置机服务器中的一台自动成为主前置机服务器,以保证系统的正 常运行,这是由 nap 来完成的。主前置机服务器通过 dater 接收子站通过交换机 发送来的数据,由 vcterm 经过规约解释存入当地内存,形成生数据实时共享内 存。主前置机服务器通过 rawd 向若干从前置机服务器发送生数据,各从前置机 服务器通过 datsrv 接收主前置机服务器发送来的生数据形成自己的生数据实时 共享内存。 SCADA 服务器:它包括若干台 SCADA 服务器。如图 2.1.1,其中一台为主 SCADA 服务器,当服务器出现故障时,从 SCADA 服务器中的一台自动成为主 SCADA 服务器,以保证系统的正常运行,这是由 nsp 来完成的。主 SCADA 服 务器通过 datsrv 接收主前置机服务器发送来的生数据,经过处理形成熟数据。将 形成的熟数据存入内存,形成实时库。同时将形成的熟数据存入硬盘,形成历史 库,历史库全系统唯一只有一个。需要历史数据时,从历史库取数据。取数据的 方式有:polling 方式; stream 方式;sql 方式。整个主站系统为一个局域网,通

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过交换机或 HUB 连接在一起。

图 2.1.1 主站系统简图

2.1.2 配电故障诊断恢复和配网应用软件子系统 DAS
为保证配网自动化系统投运后,能够完全满足本系统的技术要求,必须对本 系统起至关重要作用的配电故障诊断和恢复功能(即 DA 功能)进行联调测试。 在进行 DA 联调测试前,必须保证以下条件完整无误: (1)主站置库完毕并经反复检查无误; (2)主站、子站和 FTU 之间的通讯正常; (3)对要进行 DA 测试的 FTU 进行遥测、遥控、遥信调试,并保证其功能 正常; (4)恢复无故障区段的供电时,必然涉及到变电站出口断路器,因此要对变 电站的出口断路器进行遥控测试。另外,在 DA 测试中采用继电保护测试仪模拟 故障引起开关跳闸的方式启动配电自动化系统的 DA 功能, 完成一次设备的实际
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动作。实现故障的自动隔离、非故障区段的恢复可以采取多种方法,取决于自动 化装置的技术特点和整体方案。一般有就地控制和主站远方控制两种方式。就地 控制以馈线终端单元(FTU)之间的配合为主,不需要通信通道,通过对线路过 流或过压的检测, 以及对开关分合闸的逻辑控制实现故障区段的隔离和非故障区 段的供电恢复;主站远方控制方式需要有可靠的通信通道,通过主站软件对 FT U 上传信息的分析判断,制定合理的隔离策略和网络重构策略,远方控制配电开 关实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复。

2.1.3 配电管理系统 DMS。

图 2.1.3 配电管理系统结构图

(1)从输电系统自动化的发展来看,中国目前已普及了以 SCADA 功能为 主的地调自动化系统, 但作为更高层次的能量管理系统 (EMS) 却尚未全面达到, 尽管如此,输电系统 SCADA 已经发挥了巨大的作用。由于配电系统较输电网更 复杂、更分散,实现综合管理系统水平的配电管理系统(DMS)的难度也就更 大。因此,应当学习输电系统自动化发展经经验,在使用中不断提高系统自动化 水平。

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(2)DF9100 配电主站系统中的 AM/FM/GIS 是配电管理系统的重要功能之 一。 它是将地理学空间数据处理、 计算机技术与电力系统相结合, 为获取、 存储、 检索、 分析和显示电力设备的空间定位资料和属性资料而建立的计算机化的数据 库管理系统。其中 AM 为自动绘图,FM 为设备管理, GIS 是地理信息系统, A M/FM/GIS 是配电管理系统 DMS 的基本平台。 利用 AM/FM/GIS 集成 DMS 系统, 建立统一的 DMS 数据库,为各子系统提供共享资料,从而减少资料的冗余度, 保证资料的一致性,提供良好的全图形化的人机界面。地理信息系统 GIS 的引 入为电力系统应用提供了全新的表达形式,更具有现实性,更直观易用,并对现 有应用进一步扩展,使其具备空间管理、运用能力,实现更高一级的管理。 (3)配电地理信息系统 GIS 与配电 SCADA 系统互联,使实时数据在地理 信息图上显示并为 GIS 的空间分析子过程提供数据,该局配网 GIS 与 SCADA 实时数据同步。配网 GIS 系统本身就支持 SCADA 实时数据的显示,但由于 GI S 系统运行在该局办公自动化 10 网段上,而 SCAD 系统运行在 191 网段上,目 前为了实现 GIS 系统的实时显示,利用 WEBSRV(双网卡设置 191 和 10 段 IP) 机器作为 CADA 实时数据转发服务器,10 段的 GISSRV(10 网段的 SCADA 服 务器)作为 SCADA 实时数据接受服务器,利用转发程序实现两个不同网段的实 时数据同步。

2.2 配网自动化子站系统
因为配网监控设备点多面广, 配电 SCADA 系统的系统测控对象既包含较大 容量的开闭所、环网柜,又包含数量较多、分布较广的柱上开关,不可能把所有 的站端监控设备直接连接到配电主站, 因此必须增设中间一级, 称为配电子站 (S UB-STATION ),由其管理其附近的柱上开关、开闭所、配电站端监控设备,完 成“数据采集器 ”、馈线监控、当地监控及馈线重合闸的功能;并将实时数据转送 配电主站通信处理器, 这样既能节约主干通道又使得配电自动化主站 SCADA 网 络可以继承输电网自动化的成熟成果。

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2.3 配网自动化终端
城市配网自动化终端负责对城域所辖的柱上开关、开闭所、环网柜、配电变 压器等进行监控,既要实现 FTU、 TTU 等的三遥功能,又要实现对故障的识别 和控制功能,从而配合配网自动化主站及子站实现城区配网运行中的工况检测、 网络重构、优化运行以及网故障时的故障隔离和非故障区域的恢复供电。 为本系统配套的 WPZD-110 型 FTU,其容量为 9 路遥测量,8 路遥信量,4 路遥控量,具有与上级站通讯的 RS-232 接口,也有与下级站通讯的 RS-485 接 口。其主要功能有:数据采集和处理,远方控制与当地控制,故障识别、故障隔 离和负荷转移, 接受远方指令及转发采集的数据信息, 具备相适应的通信功能等。 该市城局配电网采用环网结构,电源取自馈线的不同母线,按闭环方式运行。配 电网络的构成有电缆和架空线路两种方式。 其中架空线路双电源手拉手供电是以 往最基本的形式。线路主干线分段的数量取决于对供电可靠性要求的选择。理论 上讲,分段越多,故障停电的范围越小,但同时实现自动化的方案也越复杂。那 么要实现系统对各段的故障能够自动准确识别并切除, 且最大限度缩短非故障区 域的停电时间的愿望,也就更有难度。

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配电网自动化技术的应用

3.1 配电网自动化应用现状
配电网自动化是一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程,包含电力企 业中与配电系统有关的全部功能数据流和控制。从保证对用户的供电质量,提高 服务水平,减少运行费用的观点来看,配电自动化是一个统一的整体。目前实现 配电自动化大体有以下几种方式:在 10kV 辐射线路和树状线路采用重合器、分 段器方式。由于不需配置通道和主站系统,依靠重合器和分段器自身的功能进行 线路故障时的故障隔离和恢复供电,因而实施比较容易,投资较节省。在 10kV 环形电缆配电网络中采用重合器,配合环网柜实现配电自动化。在 10kV 环形电 缆配电网络中采用环网柜加装 FTU 并设置配电网自动化系统,环网柜可以是户 外的,亦可以是户内式。目前贵州省大多数城市是由沿城市街道敷设的架空绝缘 导线构成 10kV 配电网络。针对这种配电网络,目前采用的配电自动化方式是首 先进行网络优化改造,形成多个环网或“手拉手 ”线路,使每一户用户有 2 个供电 源。

3.2 配电网自动化应用原则
3.2.1 适应性原则
适应城乡经济条件的原则。由于我省农村经济相对落后,因而不能照搬发 达国家的配电网自动化模式,应该立足省情,结合当地实际条件以解决配电网的 实际问题和符合供电可靠性及用户的要求为目的, 将有限的资金有效地投入配电 网自动化中去。适应配电网发展的原则。随着“网改”的不断发展,配电网无论在 线路长度和设备容量上也在不断的增长, 配电网自动化应该能适应发展了的配电 网,反过来,发展的配电网,更需要实现自动化,并逐步向智能配电网过渡。适 应定时限保护的原则。定时限保护方式采用电流阶梯和时间阶梯的重合,可使上
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下级保护配合方便、协调。而反时限保护由于设备产品的实际保护特性有差异、 使上下级保护的配合不协调。

3.2.2 逐步完善的原则
配电网自动化是一项综合性系统工作,最基本的条件是应具有较为完善的 多路电源的配电网点,涉及到城市建设,配电网规划,设备选择第一系列繁杂工 程,内容丰富,技术性强。对于配电网自动化的发展应实行分期,分阶段进行。 第一阶段为初级阶段,即变电站出线以自动重合闸作保护,线路上装多组自动配 电开关,建立电压控制系统。第二阶段在第一阶段的基础上,增设通信及控制设 备,对各分支线自动配电开关实现控制,对负荷进行调配。第三阶段建设配网自 动化系统和相应的通信系统,将各点信息传送到配电网调度中心,实现微机控制 及信息的自动处理,达到完善的配电自动化。

3.2.3 采用电流控制式的原则
由于重合断路器经常有合分操作以及瞬时性故障时自动重合,使得配电开 关频繁动作,导致设备可靠性降低,影响使用寿命。另外,自动配电开关有个合 闸延时时间, 故障时在并联组数较多的线路, 最末级完成合闸的时间达几十分钟, 合闸时间明显大于故障判断时间,影响供电的连续性。

3.3 分布式无功电压控制
目前我国城网和农网的电能质量都较差,电压水平低、谐波含量丰富、 网损率高,尤其农村电网因线路长、线径小、配变分散,致使有的配网网损 率高达 28% 。据 统 计 220kV 及以上电压等级网损、110kV 及 35kV 网损、10kV 网损这三者的比例为 1.5:1.1:2.5,所以 10kV 配网的降损潜力大。在配电系统信 息化的基础上通过对配电网电压/无 功控制的功能优化来 改善稳态电压质量和 降低网损意义重大,具有很好的经济效益。 目前,在配电网中按就地补偿、分散补偿和集中补偿等不同的无功补偿方式 配置有大量的无功补偿设备,如何对它们实行最优控制,实现网损最小和电压无
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功不等式约束是配电自动化的一项重要功能。 只有在实现配电自动化的基础上才 能真正实现立足于全局的电压/无功的最优控制。 配电网中,为了改善电压质量和降低网损,在配电变压器的低压侧就地分散 布置电容器组补偿负荷无功,提供功率因素,同时在某些分段节点或开闭所集中 布置电容器组补偿负荷无功以及网络的无功损耗,提高配电网的电压质量。通过 规 划优化计算后 在配电网的低压侧和高压侧合理 地布置并联补偿电容 器,实践证 明这种电压 /无功 控制方式在配电网中是最 经济有效的方法。但由 于负荷的变化,为了能达到既最大限度地降低网损,又保证实时的电压质量满足 用户要求,就必须对电容器组进行实时优化投切。

3.4 分布式电能质量监控
现代工业对电能质量的要求越来越高,低的电能质量将使产品质量下降,而 越来越多的电子设备的使用对电压的要求也越来越 苛刻。 配电自动化在对配电系统的电能质量进行监测的同时可以通过电能质量补 偿装置实现对配电网电能质量的补偿控制。电压/无功控制的实现提高了配电网 的稳态电压的质量,除此之外,电能质量还包括电压波动和闪变、谐波、电压不 对称等电压指标。因此进一步提高电能质量是配电网运行与控制的重要内容之 一。 现有的电能质量补偿装置由三类: 并联型补偿装置能够减小负荷电流的畸变 和降低电压闪变对网络的干扰;串联型补偿装置能够提高用户端的电压质量;并 联、串联混合型补偿装置既能调节负荷电压又能抑制负荷变化对配电网的干扰。 通过对这些补偿装置的分散布置和集中监控可以实现对配电电能质量的控制。 如今,国内外学者提出了许多有价值的新原理、新思想来解决这个问题。然 而,这些原理的应用都依赖于丰富的测量功能,至今并不能完全确保识别的正确 性。在高压系统中,由于重合闸的广泛应用以及对输电可靠性的要求,在线识别 瞬时性故障的可行性很小,但在配电系统中,对于有些不使用自动重合闸的系 统,识别出瞬 时性故障对于快速恢复供电具有 重要意义。

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识别瞬时性故障的原理有两方面:其一是利用线路故障前后的精确采样数 据, 采用微分方程及最小二乘法计算故障电弧上的电压 , 以此区分瞬时性故障 ; 其二是利用测 量开关断开时开关前后的两侧电 压的变化情况区分瞬时性故 障。

3.5 配电网系统的接线方案
由于配电网的复杂性,不是单一方案就可以实现配网自动化要求,对于不同 的供电模式,应具有不同的供电方案,以力求达到较完美的条件。 (1) 环网电缆方案 以电缆作为配电主干线的配电网自动化方案,主要在城市商业繁华、人口密 集地方,以环网开关柜为主体,负荷开关柜据所在地域和用户的数量的要求设定 出线保护多少,一般为二进(四出),当进出线回路较多,规模更大时可转变为开 闭所,环网柜和开闭所中设计量柜、联络等。 环网柜一般以负荷开关与熔断器相配合,当一路电源发生故障后,会有另一 路电源快速切换到母线,恢复正常的供电。对开闭所监控系统的通讯方式,在放 设电缆时一并设置,主要以光纤和市话线为主,以减少干扰。环网柜的主要特点 是运行环境较好、外界影响因素较少,也是城市主干道的较好的方案。 (2)市区架空配网方式 市区架空配网方式一般在城市道路规模较好,两侧路幅较为宽敞的条件下, 以裸线架空导线和架空绝缘导线为主,一般情况下是双回路架设,在配电线路上 根据用户要求设配电变压器或设双电源,架空线路通常是双电源环网供电方式。 这种配电方式结构简单,布置形式灵活,设备都集中在户外式安装,受环境 条件的影响较深。当异常情况下向另一端自动供电,采用柱上重合器或自动开关 来实现。分支线采用分段器与主干线的配电开关相配合。用来隔离支线上的永久 性故障。这种方案在一次和二次设备配合上,完成自动隔离故障功能。 (3) 辐射型配电网 辐射性配电网是在市郊和农村配电网络以单电源供电, 控制设备由变电站主 开关作保护,配电线路可根据需要设多级重合器和分段器保护,达到自动隔离和 恢复供电的条件。在我国现有的经济能力条件和配电网的实际情况下,大量采用
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断路器(重合器)作为配电网线分支线自动开关,尚不具备充足的资金条件,以分 段器更为合适。 配电网自动化的系统结构的数据库能系统全面地反应配电网的信息, 用户的 档案资料、 杆型的结构, 配电变压器的型号记录, 历史检修记录、 设备技术参数、 备品备件、保护定值记录、线路路径及杆号记录,并实时记录有关参量和对设备 进行监控。是配网自动化的核心,高级应用软件、良好的人机界面,实时量的信 息库是配网自动化的基本要求。 无功自动补偿功能,能准确反映配电系统无功需求状况,对高低压无功补偿 装置能自动控制和合理调节,对经济运行调度提供依据。配电网的无功补偿,除 在 10kv 母线进行自动补偿还要在线路上对无功进行动态补偿,实现遥控和自动 投切。 负荷控制不是简单理解为对用户的用电量进行控制。 对负荷控制并了解负荷 的动态平衡状况, 调整各负荷运行环境, 合理地投入无功补偿, 使之能经济运行。 负荷控制是为了更好地指导用户的经济运行。 远方读表是电力部门对用电管理的主要手段,定时限地对电网负荷进行平 衡,优化电网运行的方式,同时可大大地减轻抄表人员的劳动强度。

3.6 配电网自动化的要求
配电网自动化是以实时方式就地或远方对配电网进行数据收集、控制、调 节和事故处理的技术, 其目的在于保证配电网安全经济运行发送电压质量降低电 能损耗、快速处理、提高供电可靠性。它应当满足以下几方面的要求: 通过实时监控系统, 监测每条线路上的负荷运行情况, 及时发现不安全因素, 消除事故隐患,使配电网安全运行。 通过系统监测功能及时发现用户计量表故障,防止窃电,避免用电量损失。 具备可靠的、高速率的通讯。具备完善的、能识别故障电流的、满足室外恶劣环 境的故障控制器,以及实现断路器远方操作。 能通过系统监测功能及时计算线路线损,使线路能在最佳的经济状态下运 行。系统的电量控制和功率控制可促进电费回收。配电网自动化的主站系统应具 有扩充性和开放性功能,主站软件功能完善,硬件上有足够的处理速度和裕度。
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4 配电网自动化系统的通信系统
如图 4.1,配网自动化的通信包括主站对子站、主站对现场终端、子站对现 场终端、子站之间、现场终端之间的通信等广义的范围。通信是实施配网自动化 的一个重点和难点,区域不同、条件不同,通信方案也多种多样,主要有光纤、 有线电缆、电力载波、微波、扩频等,但就目前配网自动化技术不够成熟的情况 下,采用混合通信方案是比较符合实际的原则。

图 4.1 配网自动化的通信简图

4.1 配电自动化通信系统的发展状况
我国城市的供配电网用户较为集中,供配自动化管理系统的信息传输信道 非常充裕,所采用的通信方式也较为先进。然而农村供电网的自动化管理系统却 很落后,主要问题是自动化信息的传输较为困难。我国农村面广量大,各地情况 又不尽相同,通信问题就成了农村配电网自动化系统发展的决定因素。因此,我
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国的通信系统发展的还不成熟。 在一些工业发达的国家中,配电网自动化系统受到了广泛的重视,国外的配 电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控 制、用户负荷控制和远程抄表等系统于一体的配电网管理系统(DMS),其功能 多达 140 余中。从国外配电自动化系统采用的通信方式看,尚没有一种通信技术 可以很好地满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内, 往往由多种通信技术 成综合的通信系统,各个层次按实际需要采用合适的通信 方式。

4.2 配电自动化对通信系统的要求
配电自动化系统的特点是规模大、涉及的自动化装置多、终端数量多,而 且地域分布广,因此,需要有一个有效、可靠的通信网,配电网自动化系统对通 信系统的要求主要取决于配电网的规模以及所要实现的水平。 具体的要求主要有 以下几点: (1)通信系统的可靠性 配电自动化的通信系统是户外安装的, 配电网所采集的数据和监控对象运行 在温度变化剧烈、环境污染、存在外力破坏可能性的恶劣环境中,同时,通信系 统应能够跨过故障区和停电区保持通信,抵抗强烈的瞬间干扰,保证长期稳定可 靠地工作,并要求在线路停电时,通信系统仍能正常工作。因此,要求连接它们 的通信系统具有很高的可靠性。 (2)通信系统的经济性 对于配电网自动化系统,考虑到其总体经济效益,避免过高的建设投资,通 信系统的投资不应过大,可以通过恰当地选取合适的通信方式,节省建设费用, 同时,可以充分利用现有的主网通信资源,进行主、配网整体规划,避免重复投 资,使所建成的配电自动化系统的效益充分发挥出来。 (3)通信系统的实时性 通信系统应能实时采集和记录监测点的各种数据、 故障数据以及发送各种统 计报表,实时监控配电网的运行,快速响应。

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4.3 配电自动化采用的通信方式及其比较
在电力系统中较常用的通信方式有专线电缆、配电线载波、光纤通信、一 点多址微波,无线电通讯、现场总线等,在组网时,应根据实际情况来选择。 4.3.1 电力线载波通信 按照传输方式不同,电力线载波通信可分为一线对地传输方式,两线对地传 输方式,相间结合传输方式和回路间结合传输方式。在电力系统中,载波通信主 要服务于用电力线传输继电保护,SCADA 和语言通信所需信息,这种通信方式 可以沿着电力线传输到电力系统的各个环节,不必考虑架设专用线路,并且可满 足双向通信的要求。 载波通信系统的缺点是数据传输速率较低,容易受干扰,非线性失真和信道间交 叉调制的影响,可靠性较低,因此载波通信方式适用于可靠性要求不高的支线数 据采集。

4.3.2 无线传输方式
无线通信系统最主要的特点是覆盖面广,不需传输线,而且可以构成双向通 信系统。所有的无线通信系统都能够和停电区域通信。随着配电自动化系统的发 展,许多无线通信方式正在不断研究、试验和应用中,目前比较看好的方式有基 于 GPRS 的公网传输方式和基于无线数字电台的方式。 无线通信的优点:安装容易,网络调整方便;在设备两端的输电线路全部断 开或者停电后,依靠机内备用电源,仍能进行通信;成本低。 无线通信的缺点有:易受空中电磁波干扰;受现场天线高度的限制(一般天 线安装在电杆以上几 m 处,或变电站开闭所的屋顶上);使用无线通信需要申 请频点,缴纳频点申请费及使用费等。

4.3.3 光纤方式
光纤通信在电力系统中已经得到广泛的应用, 光纤通信是以光波作为信息载 体,以光导纤维作为传输介质的先进通信手段。 光纤通信的特点是:通信容量大、传输损耗小、抗电磁干扰、抗腐蚀、保密

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性好、可靠性高、敷设方便,另外光纤通信的组网方式也非常灵活,缺点是强度 不如金属线,分路和耦合不方便。 光纤通信可利用公用光纤电话网进行数据传输, 也可以专门架设光纤通信专 用网络传送数据信息,投资费用相对较高。

4.3.4 现场总线
现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的公开性、数字化、双向 串行、多分支结构的通信网络,具有可靠性高、稳定性好、抗干扰、通信速率快、 系统安全、维护成本低等特点。 现场总线适合于 FTU 和附近区域工作站的通信,以及变电站内部各个智能 模块之间的内部通信, 总线网将网上所有节点连接在一起, 可以方便的增减节点, 具有点对点、一点对多点和全网光播传送数据的功能,常用的有 LonWorks 网、 CAN 网。 此外,配电自动化的通信方式还有脉动控制技术,工频控制技术,无线扩频 通信,有线电缆方式,电话线,混合通信系统等。 随着配电网规模的扩大和结构的日益复杂, 迫切需要提高配电网的自动化水 平。作为衡量自动化水平的关键因素之一,配电自动化通信系统也成为研究的热 点。因此,必须构建一个成本低、收效高的双向通信系统,在可靠性和信息流量 方面提供非常高的性能。考虑到配电网的特点,无线传输方式必将成为主流。而 基于 GPRS 的公网传输方案和基于无线数字电台的方案各有千秋, 都拥有被广泛 应用的潜力。 由于配电网自动化系统所要完成的功能太多而系统复杂, 采用单一的通信系 统往往不能满足所有的功能需要。因此,需要根据配电网具体情况,在不同层次 上,采用不同的通信方式,构成综合通信系统,按综合的经济技术指标而选取其 中最优的组合。一般以光纤构建主干线通信网络,因其容量大、性能好;10kV 可采用电力线载波,对于低压(220/380V)的抄表系统,电力电缆载波抄表也是 最好的方式。总之,采用综合通信系统的目的在于能够为每条信道提供最好的方 式,使配电网更完善。

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配电网自动化系统应用的优势

5.1 配电自动化实施目的
配电自动化实施目的是提高供电可靠性,提高电能质量,保证供电安全、稳 定,以配电自动化提高管理水平,并进一步改善服务,降低运行维护成本,减少 各种损耗,提高劳动生产率,实现配电网安全、稳定、经济运行,为电力系统改 革打下坚实的技术基础。

5.2 配电自动化实施原则
配电自动化实施原则根抓国家电网公司电网建设与改造技术导则的要求, 配 电自动化系统应具有较高的安全性、 可靠性、 实用性、 开放性、 扩展性和容错性。 配电网自动化系统是一个集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备于一 身的综合系统,具有在正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电 网管理等现代化功能、配电自动化系统是一项系统工程,实现配电自动化应本着 “统筹考虑,全而规划,分步实施,汁重实效 ”的原则。 (1)具体来讲,配电自动化实施应坚持以下原则: 1)满足十年以上的使用要求; 2)技术可靠并且投资回报快,社会和经济效益大; 3)可升级,随着配电网的发展可以不断完善。 (2)配电自动化应满足以下功能: 1)可以多电源供电、环网供电并自动隔离故障; 2)继电保护装置可以判断接地、 相间故障类型, 并具备可调节的重合闸功能; 3)主变电站可以实时监控、管理配电网。 (3)配电自动化应符合以下技术要求: 1)自动定位并快速切除故障,将停电时间和范围控制在最小; 2)控制中心通过计算、传递可以实现信息交换、命令发送等操作;
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3)配电网自动化可以与办公自动化等系统共享资源。

5.3 配电网自动化模式方案
配电网自动化指的是配电网运行自动化和管理自动化,是实现信息集成、用 户服务的现代化管理系统。随着计算机技术、通信技术的发展,配电网自动化从 原有的功能独立的自动化系统转变为电力资源的多方面综合利用。 配电网自动化 模式方案包括开闭所、馈电线路、调度自动化等内容,调度自动化系统可以接收 全局电网和配电子站的运行信息, 通过调度决策系统的计算、 处理得出运行策略, 从而保障配电网运行的经济性和可靠性。

5.4 配电自动化的优势
(1)提高供电可靠性 配电网自动化能够通过环网供电等方式,借助馈线自动化系统对线路进行检测, 自动定位故障并隔离故障区段,保证其它区段供电的稳定。 (2)扩大供电能力 配电网自动化通过实时监控能够及时调整系统运行,并提高用户侧管理水 平,提高供电和服务质量,从而逐步扩大供电能力。 (3)降低线路损耗 配电网自动化能够优化网络结构,通过无功配置降低线路损耗。另外,还可 以优化运行方式,从而提高设备利用率。 (4)减轻劳动强度 通过实现故障检测、定位等工作的自动化,可以降低管理和维护工作量,降 低劳动强度。与此同时,还可以节省维护费用,避免重复投资,节省配电网建设 投资。 配电网自动化是一项规模大、投资大、范围广、技术含量高的系统工程,需 要结合现有信息和各项资源,以降低配电自动化建设成本和实施难度,提高建设 水平。配电自动化模式方案应先规划实时监控环节,提高供电可靠性,再规划管 理环节,提高供电经济性。配电网自动化对功能的实时性有很高的要求,实时性
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是保障供电安全、可靠以及劳动生产率的关键,必须首要考虑,其它功能可以在 实时性的基础上逐步扩展和不断完善。在提高供电可靠性的基础上,需要以远程 抄表自动化来提高供电经济性,并实现配电管理和负荷管理自动化,以降低电量 损失,提高管理水平。 配电网自动化能够提高电力系统的工作效率、经济效益和安全性,电力企业 必须牢记自身责任,加快、加强配电网自动化建设,为居民、企业的生产生活提 供优质稳定的电能。

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6 配电网自动化建设与实施中应注意的问题
6.1 配网自动化实施中应注意的问题
(1)配网自动化的实施涉及的部门多,投资大,是一项系统工程,因此配 网自动化的规划是必不可少的,必须结合当地配电网的发展规划,制定详细的配 网自动化的实施计划,整体考虑,分期分批实施,同时要和供电企业内部信息化 建设相协调。另外,从供电局的实际需要和发展需求出发,目前的配网自动化系 统应该实现配(网)调(度)合一的设计,技术上统一平台,管理上易于维护, 经济上节约资金,同时也奠定了将来电力企业信息化的基础。在实施过程中,注 重已有的调度自动化的升级改造与建设配网自动化统一考虑, 新上调度自动化与 建设配网自动化统一考虑。 (2)分析地区配电网的实际应用情况,找出本地区配电网存在的技术方案 问题,本着实事求是立足国情和网情。当前我国配电网处于高速发展的时期,但 又处于方案的探索时期,所以在吸收国外先进技术和设备的基础上,应广泛开展 中国配电网改造和自动化的研究。 (3)配电网自动化是一项综合性工程,涉及的专业多,规划性强的系统, 应根据电网、城市电网的规划进行,避免盲目性。 (4)配网自动化方案是自动化的核心,在引进国外技术的同时结合国内配 电网的实际情况进行分析,国外配电网与国内在很大程度上不尽相同,应有所区 别,吸取精华,适合国情、地情、网情。 (5)配电设备的使用面广、量大、运行环境较为严酷,设备选择应符合当 前配电网形势要求,具有高度可靠性和优越的技术性能。并以真空断路器为主, 免维护周期长,二次保护控制设备具有可靠性,抗干扰能力及适合户外高温和低 温等较为严酷的运行环境;应具有远方通讯的接口。自动化程度高,一次开关设 备与二次保护装置能良好地配合,能自动实现配电网自动隔离故障,恢复正常供 电的能力,具有就地和遥控的功能。 (6)远方通讯是自动化的关键技术,RTU 要适合配电网使用,分布(散)式,

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单点的特点;通讯方式应选择合理,通讯功能强,误码率小,速度快,符合远方 实时监控的功能。 (7)计算机应用软件的开发,首先选择具有开放、兼容的操作平台,对各 种标准的数据库应具有联接功能, 地理信息应实时地反应配电系统的潮流及负荷 情况,对事故记录及信息反馈,可实现负荷控制、远方抄表、设备数据库统计及 规划、无功优化的理论计算等。计算机软件功能是配电系统自动化的核心技术, 好的软件可充分体现出技术和自动化的水平,应充分进行比较。 (8)配电网的工程设施应有计划地分期、分批实施。应确定配电网络的基 本条件,导线截面、输送容量、线路走向及用户的基本条件。先采用具有自动化 功能的一次开关设备和二次保护监控设备完成自动送电, 故障自动分闸和隔离故 障功能,能做到隔离和区分故障点。在条件具备时,再投入通讯和计算机网络, 可以少走弯路,资金投入可以分批实施。 (9)配电线路设备的户外运行环境,对开关设备、配电终端设备等提出了 更高的要求,必须考虑雷击过电压、低温和高温工作、雨淋和潮湿、腐蚀、风沙、 振动、电磁干扰等因素的影响,在开关的外绝缘材料、电子设备的设计、元器件 的筛选等方面应综合考虑其性价比。 配电网自动化是当前电网建设的热点,无论是大型、中小型城市都是把配电 网改造建设及自动化的实施列入工作重点,投入大量的资金和人力,将对整个电 网建设有重大影响,各地区在改造中应慎重对待,尤其是设备引进的技术问题较 多。 此外, 配电自动化系统中的站端设备进行远方控制的频繁程度比输电网自动 化系统要高得多,因此要求配电自动化系统中的站端设备具有更高的可靠性。 配电终端设备中的电源用于控制开关动作,正常情况下从线路中取得,线路 失电后的后备电源应具有较高的可靠性。

6.3 配电网自动化建设的一些建议
在一个区域内全部实施建设,系统必须将变电站级当成一个完整的信息平 台,分层布置,系统整体设计应按照以下四个方面进行:

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(1)配调中心层的注意事项 配调中心局域网是整个配电网系统的最高层级,利用高速以太网双机配置、 互为备用。该网络结构是配电网系统的运行中心,使用同一数据库信息来实现配 网自动化的多种服务功能和服务器的形成。操作平台可选择中文 Window NT 网 络操作系统,以此为基础还可以利用配电网自动化软件,包括数据库软件、管理 软件、通信软件等。运用分布式和开放式的运行技术,实现配电网自动化的扩展 性。将配电网软件与数据库信息相结合,以服务器为运行主线,各部门实现自己 不同的功能。自动化系统的接口能力主要依靠这一层级来实现,所以,应首先考 虑配调中心的建设: 1)实现统一数据库共享; 2)将与地理信息系统紧密集合,并形成集成系统; 3)实时数据和管理数据的结合; 4)先进、开放的监察能力和障碍分析能力。 良好的集成后有利于数据共享,并提高建设效率。例如北京四方华能公司研 制的配调后台技术,除了使用以上先进的技术外,还采用 TCP/IP 协议支持网络 建设,实时数据库采用标准数据接口,集成能力增强。 (2)变电站层的注意事项 配电网自动化系统的第二层是配调中心主站与各变电站子站之间通信的网 络。该网络通过各变电子站原有的通道,利用电缆、光纤等通信方式来实现区域 内的 SCADA 功能和障碍控制。变电站层的设计主要是因为系统要进行信息分 层,减少中心层的运输负担,同时,由于故障处理需要遥控变电站出口断路器, 而它必须安装在变电站的服务终端。变电站层主要通过两种方法实现:首先利用 现有的机械设备,只需要增加一套现场的远动通信单元;其次是再建设一套通信 单元,以此完成通信和系统控制。 (3)中压网的注意事项 第三层网络是以中压(10kV)电力网络为主的检查、控制网络系统。该网 络系统主要由变电站子站、馈线出口保护 FTU、分段开关 FTU、开闭所 FTU、 配电变压器 FTU 组成。这层网络的功能是实现配电网自动化系统的数据传输和 共享,是整个系统网络的中心力量。所以,认真应对中压网的实施建设是实现配

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电网自动化实施的关键,主要实施难点是系统的控制方式选择,以及小电流接地 选线定位。 (4)低压网的注意事项 系统结构的第四层主要是面向(10kV/0.4kV)配电变压器低压侧符负的低压 数据网。该网络的走向主要是从由各配电变压器的低压侧出发,到各负荷终点结 束, 并实现对各负荷点的控制和监测, 如自动抄表等, 最终利用中压网、 城域网、 配网自动化中心主站通信。 低压网在整个营运系统中是实现电营业系统的主要网 络, 由于通信含量小, 主要可采用无线通信。 市场上大多数都是低压用户, 同时, 国家对 99.99%的用户供电可靠性的统计要求达到 0.4kV 低压网,所以目前的一 户一表正在大规模实行, 以此看来, 低压网的配电自动化必须是抄表、 负荷管理、 SCADA、需方管理( DSM)为一体的网络系统。 目前影响低压网实施的问题主要是通信问题,而目前实行的有双绞线和 低压载波,而这两者在应用中都有所难度。

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总结
在实施配网自动化后,降低了运行人员的劳动强度,提高了劳动效率,使 运行人员对网络的运行状况掌握得更全面更快捷, 为供电企业创造更好的经济效 益和社会效益。实施配电网自动化可以提高供电可靠性、提高电能质量、降低线 损、提高劳动生产率。配网自动化的实施,改变了配电网传统的运行管理方式, 但对运行人员提出了较高的要求。配电网是当前电网建设的热点,无论是大型、 中小型城市都是把配电网改造建设及自动化的实施列入工作重点, 投入大量的资 金和人力,将对整个电网建设有重大影响,各地区在改造中应慎重对待,尤其是 设备引进的技术问题较多。配电网自动化系统是一个非常庞大复杂的系统,在立 项时应根据功能分阶段、有步骤的进行。首先要对配电网的拓扑结构进行改造, 使之适合于自动化的要求。如馈线分段化、配网环网化,分段开关更换为电动操 作的真空开关,安装必要的互感器等。实施时优先考虑的功能有:馈线自动化和 主站 SCADA ;故障的定位、隔离与供电恢复;自动绘图 /设备管理或地理信息系 统;分析应用软件来提高配电自动化的水平。 配电网自动化在技术改革的过程中不断的完善,首先实现了多岛自动化向 开放式、综合式的集成发展,其次还对电力市场的兴起,配电管理设备和技术的 更新都进行了良好的补充。相信配电网自动化的实施在各方面的共同努力下,不 断完善并上升为标准化、规范化管理,一定会取得较好的成效,得到更大的社会 效益和经济效益。

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参考文献
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致 谢
光阴似箭,日月如棱。 3 年的时间, 在我们漫长的人生旅途中是那么的短 暂, 但是, 这短短的 3 年是最真诚的青春, 是最纯真的岁月, 是最美丽的大 学生活。 我们的自学能力在这里得提升,我感谢所有的恩师:是您赋予我们最 有意义的收获;是您带领我们走进知识殿堂,使我们不但丰富了知识;是您给我 们一个全新 的角度去发现美、创造美、欣赏美,给我们美的眼睛去发现世界的 美,感悟生活 的美;是你教会我们珍惜友谊和时间;是您给了我们看世界的眼 睛,是你们用博 大的胸怀,给予我们最无私的关怀和奉献。 这在这次的毕业论 文中,发挥了我在学校学到的文化知识和技能的应用,也 算是我最后一次做学 校的作业了,我要感谢我的指导老师, 以及任课老师,感谢他们的教诲,让我 知道在社会上懂得怎样去做好自己,端正 自己的位置,为社会贡献出我自己的 力量。

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