关于配电网自动化系统的分析
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摘要：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：配电网 自动化 馈线自动化实施方案
1、概述
配网自动化是指利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的检测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，力求供电经济性最好，企业管理更为有效。
2配网自动化的内容
配网自动化的功能应包括配电网络的数据采集与控制(SCADA)，馈线自动化(FA，即故障定位、隔离、非故障区段的供电恢复)、负荷管理、地理信息系统(AM/FM/GIS)、配电应用分析(PAS)等。配网自动化系统的特点是：①信息量大；②在线分析和离线管理紧密结合；③应用分析和终端设备紧密结合；④一次设备和二次设备紧密结合。本文认为配电自动化系统的建设应包括以下五方面：配电网架规划、馈线自动化的实施、配电设备的选择、通信系统建设和配网主站建设。
2.1配电网架规划
合理的配电网架是实施配电自动化的基础，配电网架规划是实施配电自动化的第一步，配电网架规划应遵循如下原则：
(1)遵循相关标准，结合当地电网实际；
(2)主干线路宜采用环网接线、开式运行，导线和设备应满足负荷转移的要求；
(3)主干线路宜分为3～5段，并装设分段开关，分段主要考虑负荷密度、负荷性质和线路长度；
(4)配电设备自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遥控和智能功能。
2.2馈线自动化的实施
配电网中的停电包括两部分：检修停电和故障停电，提高供电可靠性就是要在正常检修时缩小因检修造成的停电范围；在发生故障时，减小停电范围，缩短停电时间。这就要求对具有双电源或多电源的配电网络，在进行检修时，只对检修区段进行停电，通过倒路操作给非检修区段进行供电；故障时快速的对故障进行定位、隔离、恢复非故障区段的供电。
配电网络的构成有电缆和架空线路两种方式。电缆网络多采用具有远方操作功能的环网开关，对一次设备和通信系统的要求高，适合于经济发达的城区；对于大多数县级城市，配网改造必须综合考虑资金和效果两个因素，采用以重合器、分段器和负荷开关为主的架空网络方案比较合适。其中，架空线路双电源手拉手供电是最基本的形式。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。在手拉手供电方式下，要求系统对各分段的故障能够自动识别并切除，最大限度缩短非故障区域的停电时间。
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，通过对线路过流或失压的监测，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；主站控制方式需要有可靠的通信通道，通过主站软件对FTU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。
2.3配电设备的选择
在配电自动化系统中，配电设备应包括一次设备--配电开关，二次设备--馈线远方终端(FTU)、配变终端单元(TTU)等，以及为一、二次设备提供操作电源和工作电源的电源设备。
实施配电自动化，必须以重合器、分段器、负荷开关等具有机电一体化特性的自动配电开关设备为基础，在架空线路上作为分段和隔离故障用的开关应该具有免维护、操作可靠、体积小和安装方便的特点，并且能适应户外严酷的环境条件。
馈线远方终端(FTU)用于采集开关的运行数据、控制开关的分合，为了达到"四遥"功能，必须具有通信功能。
配变终端单元(TTU)用于采集配电变压器低压侧的运行数据，控制低压电容器投切用于无功补偿，通信的实时性要求低于FTU。
开关的操作电源和FTU的工作电源要根据配电网络和设备的具体情况确定，可以从380/220V低压网络直接取得，也可以从10kV线路通过互感器获得；采用蓄电池或UPS作为后备电源，也可以从其它配电线路获得后备电源。
需特别注意的是，配电设备都在户外布置，其工况条件恶劣，必须达到特定的运行环境要求，否则实施配电自动化不但无法提高供电可靠性，还会降低供电可靠性。
2.4通信系统建设
通信系统是主站系统与配电网终端设备联接的纽带，主站与终端设备间的信息交互都是通过通信系统完成，因此必须有稳定可靠的通信系统，才能实现配电自动化的功能。通信方式有：光纤通信、电力线载波、有线电缆、无线扩频、借助公众通信网等多种。配网自动化系统的通信具有终端设备多，单台设备的数据量小，实时性要求不同的特点，因此应因地制宜，根据当地环境和经济条件确定合理的通信系统，同时要考虑调度自动化通信系统的建设。一般的，城区10kV主干线路采用光缆通信，建成光缆主干网，用于配电开关和主站间的实时通信；城区10kV分支线路、变台监控、无功补偿等采用有线通信，就近接入光缆主干网，或采用其它通信方式。
2.5配网主站建设
配网主站是整个配网自动化系统的监控管理中心，应完成以下功能：
(1)配电网实时数据采集与控制(SCADA)：通过终端设备和通信系统将配电网的实时状态传送到主站，在主站对配电网络进行远方监视和控制，与调度自动化类似。包括配电开关的状态，保护动作信息，运行数据等。
(2)提供主站控制方式下的馈线自动化功能，用于完成线路故障的快速定位、隔离和非故障区段的供电恢复，要求适用于各种复杂的网络。
(3)配电地理信息管理(AM/FM/GIS)：以地理图为背景对配电设备、配电网络进行分层次管理，包括查询、统计等。
(4)配电网应用分析(PAS)：对SCADA系统采集的运行数据进行分析计算，为调度员提供辅助决策，包括：网络拓扑、状态估计、潮流计算、网络重构、无功优化、仿真培训等，配电网具有与输电网不同的特点，因此配电网应用分析的算法与能量管理系统(EMS)有所不同。
(5)与其它应用系统(如MIS系统)接口：根据生产和管理的要求，配电主站系统需要与其它应用系统交换数据，给供电企业内部其它部门提供配电网的信息。
配网主站的建设应遵循统筹规划分步实施的原则，在规划时要考虑系统的安全可靠、实用和易于扩展。配网主站管理的对象是配电线路中的设备，而调度管理的是变电所内的设备，两者结构类似，因此从投资和系统投入运行后维护管理的方便性考虑，对于县级电网宜考虑配调一体化的主站设计方案。
3配电网自动化模式方案
（一）变电站主断路器与馈线断路器配合方案
由变电站出线保护开关和馈线开关相配合，并由两个电源形成环网供电方案。也就是说优化配网结构，推行配电网“手拉手”，变电站出线保护开关具有多次重合功能，重合命令由微机控制，线路开关具有自动操作和遥控操作功能，通信及开关具有自动操作和遥控操作功能，通信及远动装置，事故信息、监控系统由微机一次完成。设备与线路故障由主站系统判断，确认故障范围后，发令使故障段开关断开。
（二）自动重合器方案
此方案是将两电源连接的环网分成有限段数，每段线路由相邻的两侧重合器作保护。故障时，由上一级重合器开断故障，尽可能避免由变电站断路器行分合。当任一段故障时，应使故障段两端重合器分断，对故障进行隔离，线路分支线故障由重合器与分断器动作次数相配合来切除。
（三）自动重合分段器方案
每段事故由自动重合分段器根据关合故障时间来判断。此方案在时间设置上，应保证变电站内断路器跳开后，线路断路器再延时断开。然后站内断路器进行重合，保证从电源侧向负荷侧送电，当再次合上故障点时，站内断路器再次跳开，同时故障点两侧线路断路器将故障段锁定断开，确保再次送电成功。
（四）馈线自动化模式
1、就地控制模式，即利用重合器加分断器的方式实现。
2、计算机集中监控模式，即设立控制中心，馈线上各个自动终端采集的信息通过一定的通信通道远传回主站。在有故障的情况下，由主站根据采集的故障信息进行分析判断，切除故障段并实施恢复供电的方案。
3、就地与远方监控混合模式，采用断路器（重合器），智能型负荷开关，并且各自动化开关具有远方通信能力。这种方案可以及时、准确地切除故障，恢复非故障段供电，同时还可以接受远方监控，配电网高度可以积极参与网络优化调整和非正常方式下的集中控制。
4、结语:建设配电网自动化是为了满足和确保供电的质量, 提高网络的供电能力, 减少用户的停电概率。通过采用配电网自动化系统, 提高设备的故障判断能力, 实现自动隔离故障、快速恢复非故障线路。同时, 配电网自动化系统能极大地提高配电网的运行管理水平, 不仅能确保供电、多供电, 而且通过系统的应用, 达到降低配电网的损耗, 提高电力公司经济效益。
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