配网自动化的体系结构及其实现技术

　　1、配网自动化的体系结构

　　（1）配网自动化的基本问题：

　　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认识仍然众说纷纭，下面仅对配网自动化的概念、目标、范围阐述本文的观点：

　　a.概念：配电网自动化首先表现为一种集成化自动化系统，它在在线（实时）状态下，能够监控、协调、管理配电网各环节设备与整个配电网优化运行。

　　b.目标：提高供电可靠性、改善电能质量和提高运行管理效率（经济运行）。

　　c.范围：以10kV干线馈线自动化为主，覆盖了400V低压配电台区自动化，延伸到用户集中抄表系统。

　　（2）配网自动化的体系结构：

　　配网自动化是一项系统工程，完整的配电网自动化系统包含了四个主要环节：供电网络、远动系统、通信系统、主站网络。目前存在的误区之一：过分强调自动化及软件功能，忽略电网的根本需求。

　　（3）实施配网自动化的技术原则：

　　a.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以下原则：①具有可靠的电源点（双电源进线、备自投、变电所自动化）。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）。④具有可靠的通信系统（通信介质、设备）。⑤具有可靠的主站系统（计算机硬件、软件、网络）。

　　b.分散性原则：①由于配电网的地域分布性特点，建立配网自动化系统希望功能分散、危险分散，采用具有智能的一次设备（如重合器），故障就地解决。对于县级规模的配电网，复杂性并不高，提高可靠性供电，通常双电源即能满足实际要求，推荐重合器方案，并且在10kV干线适当配置开关数量，使保护配合能够实现。②为进一步提高整体系统的安全可靠性，主站软件功能分散，以SCADA为主体的实时监控功能独立运行，以GIS（地理信息系统）为主体的在线管理功能独立运行，电网分析计算功能独立运行，各功能间内核（数据库、微内核调度等）一体化设计，保证信息的可靠、高效、优质共享。

　　在实施配网自动化工程中，存在着另一误区：以GIS代SCADA（如ARCINFO），实时处理图形，增加了计算机工作负担，人为地降低了系统安全可靠性。以提高供电可靠性为第一目标的架空网，SCADA实时监控为重点，确保主站信息处理及时，GIS在线管理为次；而以运行管理为主要目标的电缆网，应区别对待。

　　2、配网自动化的实现技术

　　（1）供电方式及一次设备：

　　受地域与经济发展因素的影响，我国的配电网在管理上划分为城市电网（大中城市）与农村电网（乡村、县城），城市电网以电缆网方式为主，农村电网以架空线方式为主。

　　配电网的供电方式由电源点、线路开关设备、网架（线路联结）三部分决定，电源点、网架的不同方式组合，架构了多种多样的供电方式，如单电源辐射状供电、双（多）电源互备供电、双（多）电源环网供电、网格状供电等，而线路开关设备如环网柜、重合器、分段器、断路器、负荷开关等提供了功能各异的供电配合方案。城市电缆网多采用环网柜（配负荷开关、真空断路器、SF6断路器等）作为配电线路主设备，农电架空线网多采用重合器、分段器、断路器、负荷开关等作为配电线路主设备。

　　以线路开关设备区分的供电方案主要有：电缆环网柜方案、架空重合器方案、分段器（自动配电开关）方案、断路器方案、负荷开关方案等。限于篇幅，本文不再仔细比较各方案的优劣，下面仅说明几个重要问题：

　　①评价架空网配网自动化供电方案优劣的首要依据是供电可靠性，包括故障下停电范围、停电次数、停电时间、恢复供电时间。

　　②在架空线网中，重合器方案具有现实的和技术的优点：实际中，架空线路故障的80%是瞬间故障，采用重合器隔离瞬间故障，能大幅度提高供电可靠性；由于强电的危险性，线路发生故障时，希望现场问题就地解决，不宜扩大，减少人为复杂化；重合器的智能化程度高，使供电网络能独立运行，不依赖于通信系统、主站系统，同时可以统一规划，分步实施；由于故障多发生在分支线低压台区，支线可以用智能分段器与干线重合器保护配合。

　　③县级城市配电网的特点是架空线网、供电半径在5km以内，推荐双电源环网供电，并采用三开关四分段重合器方案。

　　④无论是依靠智能开关设备保护配合隔离故障还是通过通信、主站软件隔离故障，均希望简化电网联结的复杂性，对一般的城区和农网，采用双电源环网供电，完全能满足用户的供电可靠性要求。

　　（2）远动系统及二次设备：

　　配电自动化系统的远动主要实现FTU、TTU对线路开关、配电台区（变压器）的监控。远动系统及设备的可靠性功能主要包括保护动作、环网控制、远方控制、就地手动等四方面。配电自动化远动系统的主要问题是线路电源（仪表与操作电源）和传输规约，设计适用于户外环境的、可靠的不间断电源是实现配电自动化的一个难题。由于配电线路设备的地理分布性，目前变电所采用的CDT、POLLING规约，均不适用于配电自动化系统，新的101规约得到了一定程度的应用，它能否作为配电自动化远动传输标准，尚难评定，目前IEC正在制定新的传输协议标准。

　　（3）通信方案及设备：

　　配电自动化的通信方案包括主站对子站、主站对现场单元、子站对现场单元、子站之间、现场单元之间的通信等广义的范围。目前实施的完整配电自动化试点工程系统的通信方案指主站对子站、主站对现场单元的通信。通信是配电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：光纤、电力载波、有线电缆、微波、扩频等，但总的来看，采用混合通信方案是比较符合实际的原则，通信干线（指10kV线路）用光纤（城市供电半径较短，同样有较好的性能价格比），支线（指低压配电台区）采用别的通信方式（根据距离干线远近、传输要求高低决定），远距离孤立点采用无线传输。

　　需要说明的是，配网自动化光纤通信通常传输一路数据，带宽在几十K即可，需采用专用光端机。配电载波技术是有着巨大前景的配电网通信技术，目前尚未达到实用化。

　　（4）主站网络与软件功能：

　　配电网自动化的主站功能包括SCADA实时监控、GIS（地理信息系统）在线管理、电网经济运行分析等，主站框架要突破传统的单一调度自动化系统C/S模式，以P-P-C/S-B/S一体化架构，充分体现分布式网络的管控一体的综合集成系统特点，计算机网络与软件平台技术充分体现功能与开放，并提供与异构系统跨平台接口，与调度、负控、MIS、CIS等自动化子系统实现无缝集成。

　　从供电局的实际需要和发展需求出发，目前的配电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（考虑到尤其是县级供电局自动化技术力量不足的实际困难），经济上节约资金（包括节约建设资金和维护费用），同时也奠定了将来电力企业信息化的基础。在做法上，重视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。

　　需要说明的是，配电网自动化系统实现监控与管理一体化，在技术上体现在信息的高效共享，而不仅是通过数据转换的松散联网。GIS应与CIS、CRM管理密切结合，设计要分布式、网络化，引入GPS定位系统，提高供用电维护、检修等自动化水平，提供优质服务。

　　3、实施模式

　　为提高配网自动化系统的效率、降低技术难度，依据配电网规模的大小，配网自动化的实施模式主要区分为县级城市、大中城市两种情况：县级城市等小规模配电网可以集中管控，一个配网主站、一级通信网络；而对大中城市，以小区化建设，类似调度自动化方式，以小区设备群为单元，实施"单元化终端-分布式结构-分层网络-功能集成-多级管控"的配电调度系统模式，解决信息瓶颈，提高系统总体监控/管理效率。

　　4、突出的问题

　　（1）户外运行：配电线路设备的户外运行环境，对开关主设备、远动设备、通信终端设备等提出了更高的要求，主要是保证温度、湿度、抗凝露、抗老化、抗风沙等指标，在开关的外绝缘材料、电子设备的设计、元器件筛选等方面特殊考虑。

　　（2）通信可靠性：配电网自动化系统主要担负着实时监控配电网安全可靠运行的职能，电网的供电可靠性首先由供电方案决定，在线路开关的自动化、智能化程度较低的配电网中，整个系统性能对主站与通信的依赖性强，而配电网的广域地理分布性，使通信传输的可靠性成为建设可靠的配电网自动化的难点之一。对于供电网络采用重合器方案，解决了对通信的强依赖性问题。

　　（3）电源：配电线路上的电源用于提供开关、监控单元的工作动力，其来源有二：在线路正常供电条件下，由电源变压器从线路取电；线路失电时，启动后备电源（UPS）供电，对于操作开关的大电流可通过大电容储能放电提供动力。存在的难题是不间断电源（UPS）户外运行问题，尤其高低温对蓄电池工作的影响。（爱上考试网编辑整理）