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配网自动化技术的应用与研究


配网自动化技术的应用与研究
随着社会经济的发展和农网改造的深入, 对供电可靠性和电压质量提出了更 高的要求。为了适应这种需要,提高农网科技含量,改变农网落后的状况,迫切 需要新的配电模式来解决这个矛盾,因此,配网自动化建设应运而生。

1 配网自动化
1.1 配网自动化的提出 配网自动化是利用现代电子技术、 计算机、 通信技术、 软件技术及网络技术, 将配电网在线数据和离线数据、 电网结构数据进行信息集成,构成完整的区域自 动化系统。其中运行及控制部分功能的自动化由配电自动化系统(DAS)实现, 又可分为 SCADA 系统、电压/无功控制、保护的协调治理及控制、馈线控制、故 障处理(故障检测、定位、隔离后故障区供电) 、自动抄表和负荷治理等。 配电自动化系统称为 DMS/DA 系统,其中 DMS 是配电治理系统。DMS 其实 涵盖了电力 MIS、电力调度、变电站综合自动化、出线治理、负荷治理、供用电 治理等供、配、用电多个环节,是一个包含多学科技术的综合性大系统。20 世 纪 90 年代,随着计算机技术的飞速发展,微处理芯片的集成度和处理功能大大 提高, 计算机通信技术的发展及分布式实时网络系统结构的引入,给配电系统的 控制、治理、通信提供了良好的界面。按照微机局域网的思想,将电网中所有的 智能化装置(IED)以最优的结构连接起来,组成一个无论在电网结构还是在保 护、 控制、 治理和运行等方面均能适应电网建设需要的综合自动化系统成为可能, 并逐步开始进入实用阶段。 1.2 配网自动化技术的主要突破 在电力系统自动化的发展进程中,变电站综合自动化技术首先得到足够的重 视、研究和发展,相比之下,配网综合自动化技术却因设备、使用环境和保护方 式等原因而滞后。从国外 DMS 的发展历程看主要集中在 DA 部分,大致经历了 自动就地控制、 智能性的自动就地控制以及近远程可选控制方式加集中数据库和 专家系统三个阶段。我国 DMS 的发展虽然起步较晚,基础薄弱,但近年来在配 网自动化技术方面有了大的突破。 1.2.1 智能化装置(IED) 应用微机技术,实现了对一次设备的远方控制,为配网计算机分布式实时网 络结构的引入和实现创造了条件。 1.2.2 自动重组 配电环网开关采用电动操作式负荷开关,并用微机故障识别、监控的保护方

式取代了使用传统继电保护方式,可方便地实现配网的故障隔离、恢复供电与网 络优化功能。 1.2.3 开放的、分布式实时网络结构 实现了微机就地监控和远方通信功能的分离,为配网的调度治理、运行、控 制、通信及地理信息系统等提供了良好的界面。

2 配网自动化的实施
2.1 配网自动化系统建设的前期工作 2.1.1 科学制定规划 按照山西省电力公司的要求, 我们在对太原南郊供电支公司配网现状进行深 入分析研究的基础上,本着"整体规划、分步实施"的原则,制定了城区配网自动 化工程建设规划。首期工程是对城区现有变电所进行综合自动化改造,将 110kV 及 35kV 网架联网,并建立起城区光纤通讯网;二期工程是实现 5 条城区 10kV 线路的手拉手环网供电, 做到多电源互为备用,实现城区公变遥调和配电信息的 实时监测。 2.1.2 精心确定方案 为了选择一个切实可行的方案, 在与配网自动化的专家进行了反复研究论证 后,达成共识,即:实施配网自动化必须坚持三条原则、具备三个功能、满足三 项技术要求。三条原则是:一要能满足 10~15 年的配电网发展要求;二要做到 技术成熟可靠,投资回报年限短,社会效益和经济效益最大化;三要有技术升级 的空间,不断完善配网控制系统。三个功能是:一要实现多电源和环网供电,能 自动隔离故障;二要做到继电保护设备能够判定相间故障、接地故障,具有可调 次数和时间的重合闸功能;远动、通讯终端适应配电网户外分散、多点和数据传 输量的要求; 三是配网主站能实现对配网实施状态监控、配电设备地理信息治理 及与其它应用系统接口。三项技术要求是:一要实现故障自动定位和迅速切除, 使停电时间和停电范围限制在最小;二要实现配电网络实时监控、信息交换、数 据读取和命令发送;三要使配电自动化系统与调度自动化、办公自动化、营销治 理自动化系统在一个操作平台上实现资源共享。 综合考虑以上因素, 经与众多已运行的环网供电方案进行技术比较后,我们 确定了南郊城区电网特点相适用的供电方案,即以架空线路为主,采取三开关四 分段的联络方式, 采用自具功能的重合器和故障控制仪作为线路开关,并配备了 较为先进的电力监控仪进行遥控、遥测、遥信。 2.1.3 选用高新设备 在实施配网自动化方案的过程中,广泛应用国内外的新技术、新设备,保证

了配网自动化的可靠性、 实用性。 主要设备包括三大部分: ①一次系统设备: 10kV 线路环网设备中,柱上开关选用永磁结构 12kV 的真空断路器 ZW32-12/T630-20, 选用珠海许继电气有限公司开发的 WPZD-110 馈线终端,能够配合柱上开关实现 自动重合功能。选用 PBT1-C2W 型配变综合测试仪。②通信系统:通信方式主站 -FTU 采用 6 心自愈双环光纤方式通信,使用 ODT2200 型数据光端机,抗干扰能 力强。③主站系统:采取双机备份配置,扩展方便,系统可靠性高。 2.2 太原南郊供电支公司配网自动化具体方案 2.2.1 配网自动化建设内容 本期工程涉及 1 个变电站,1 个开闭所,5 条线路,设一个主站(在南郊调度 中心) ,线路的分段、联络开关共计 11 台柱上自动化开关、36 台配变综合测试 仪 TTU。架设光纤线路 16km,架设双绞线约 20km。 2.2.2 系统总体技术方案 南郊配电自动化系统由两层结构构成,即配电主站层和配电终端层。配电主 站由主备服务器、数台工作站、打印机、网络设备等构成;FTU 和主站之间采用 光纤进行通信,TTU 的数据由 FTU 进行转发,FTU 与 TTU 之间采用双绞线进行通 信。 2.2.3DA-2000 主站系统 具备常规的配电网 SCADA 子系统外,还具有实时性极强的配电地理信息系 统(AM/FM/GIS) 、智能化的故障处理和负荷转移决策系统、真正应用于配电网 运行分析的配电治理系统等内容。主站系统基本配置为主/备数据服务器两台, 前置机两台(前置机负责通信的集中和转发) 、调度员工作站两台、GIS 服务器一 台、WEB 服务器一台,GIS 工作站两台。基本功能配置:基于地理信息的 SCADA 系统、AM/FM/GIS 地理信息系统、配电治理系统、故障处理。 (1)配电系统 SCADA 功能 本系统的 SCADA 系统的开发基于图形支撑平台(AF/FM/GIS) ,故可与地理信 息系统高度集成在一起, 形成真正适合于配电网的 SCADA 系统。 具备以下功能: 数据采集、数据处理、事故报警、遥控和遥调操作、地理信息背景、人机交互式 操作、监控图、远方参数维护。 (2)配电网自动绘图/设备治理/地理信息系统(AM/FM/GIS) 自动绘图(AM)的主要功能:多用户并发操作的安全性治理;图形、数据的 维护;图形编辑;图符编辑器;世界坐标系统;图层编辑控制;动态属性;动态 文本;实时数据库的录入和维护;静态属性和设施数据库的录入维护。

设备治理(FM)主要功能:基本图形操作;多种图形表现形式;空间查询; 统计;运行维护治理;空间分析及动态拓扑网络、地理区域着色模拟停电治理; 负荷分布;报表打印;低压设备治理;用户治理;图形资料治理。 GIS:本系统将配电 GIS/AM/FM 和配电 SCADA 从根本上一体化设计,系统将 GIS 作为支撑平台的一部分融入配电自动化系统的支撑平台, 将复杂的配电网络与地 理信息背景紧密地结合在一起, 让整个配电自动化及配电治理系统共享 GIS 应用。 (3)配电网故障处理和负荷转移决策功能 完整的配电自动化系统故障处理过程包括故障隔离及电源侧非故障区间的 供电恢复、负荷侧非故障区间的负荷转移、故障区间解除及恢复送电、原供电网 络(或路径)的恢复等。对故障处理的设计思路是采用故障处理就地保护,负荷 侧非故障区间的负荷转移、 故障区间解除及恢复送电、原供电网络的恢复等操作 由配电主站系统智能生成最佳负荷转移决策的操作票,并自动进行负荷转移。

3 设备的选择
3.1 配电一次设备——柱上开关 本 次 工 程 我 们 选 用 了 永 磁 结 构 的 12kV ( 额 定 ) 柱 上 真 空 断 路 器 ZW32-12/T630-20。该产品适用于三相交流 50Hz、12kV 及以下的电力线路,作为 开断、关合线路负荷电流、过载电流和开断短路电流用。非常适用于农村电网及 各类频繁操作的场所。 3.2WPZD-110 馈线终端(FTU) WPZD-110 型馈线终端单元选用珠海许继电气有限公司开发的馈线远方终端 (FTU) ,适用于 10kV 架空线路的出线开关、分段开关和联络开关。WPZD-110 型馈线终端单元采用最先进的硬软件平台、最完备的数学模型和算法,充分考虑 与一次开关设备的接口,装置具有配置方便、技术先进、精度高、可靠性好、应 用简单灵活、适用于户外等特点。 3.3 配变综合测试仪 TTU PBT1-C2W 型配电综合测试仪 TTU (以下简称 PBT1-C2W) 通过对配变的监测, 达到提高供电可靠性及提高配变经济运行效率的目的。该装置自投运以来,性能 稳定可靠,在实现配网自动化方面起到了重要作用。

4 配网自动化通信系统设计
4.1 通信系统总体结构

系统整体的通信结构遵循分层、分布、分路由的设计思想。分层:整个配电 自动化通信系统采用分层结构, 从系统结构划分, 整个通信系统可分为两层结构: (1)主站—FTU 之间; (2)FTU—TTU 之间。 分布: 按照实际电力线路走向和配电系统功能需要,将具备一定的电气连接 关系的柱上开关,用光纤连接组成环状网络结构。 分路由: FTU:按照一定的电气连接关系,规划不同的光纤通信网络路由,可以组成双环 自愈光纤网络。 TTU:按照实际放置位置,将各配变 TTU,按照“就近、不分线路、走线最短”的 原则进行路由接入。 4.2 本期工程通信系统设计方案 根据本期工程具体情况,本期工程的通信为 2 个层次,即: (1) 主站—FTU,采用光纤双环自愈方式通信; (2) FTU—TTU/抄表集中器,采用 RS485 双绞线通信方式。

5 结束语
配电自动化系统是整个配电治理系统中的重要环节,是一项投资较大、牵涉 范围广、 系统集成多的综合工程。尽管我国的配电网自动化工作目前已进入试点 实施阶段,但对于配电自动化的熟悉仍然众说纷纭。因此如何搞好配网自动化, 并使它产生较大的效益,仍需要我们不断积累经验,实践探索。 太原南郊供电支公司的配网自动化系统作为山西省电力公司的试点工程, 无 论从体系结构、 实现技术、 实施模式都严格按照项目要求进行, 做到可靠、 先进、 实用,取得较好的经济效益和社会效益。


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