智能配电网实训室规划建设方案探讨

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摘 要 文章介绍了我院智能配电网实训室建设方案，重点对智能系统 、培训系统进行规划，提出了采用交互式课件和实际操作相结合的有效培训方式。

关键词 智能配电网 动模实训系统 主站―子站―终端的模式

中图分类号：G47 文献标识码：A

0 引言

智能配电网是配电设备与计算机技术、电子技术、通信技术及网络技术相结合的一个集成系统，完成对变电站、馈线、用户组成的配电网的信息搜集、传递、存储并经过处理作出决策和控制的自动化管理。目前，智能配电网建设工作为国家电网工作重点，各种配电网智能化设备也挂网试运行，智能配电网的试点工作也在各地区开展起来，为提高电力企业对从事智能配电网工作人员的专业素质需求，我院规划建设智能配电网实训室，该实训室建成之后将用于培训配电网运行管理人员及电力类专业学生的的安装、调试、运维等各项基本技能，同时培养学员如何应用智能系统正确判断和处理配电网故障的能力。

1 实训室学习情境总体建设规划

实训室要能够实现对真实运行的配电网建立动模，规划建设分三部分：一次动模实训系统、智能系统建设、培训系统建设。借助培训基地配置的一、二次设备及模拟负荷设备，计划同步建设配电网动模实训系统，通过实际等值系统，来模拟实际电力系统的各种运行工况及故障状态，对在电力系统运行中保护和控制装置的功能及性能进行考核。配电网智能系统采用由配电主站、通信网络、智能化终端设备组成的主站―子站―终端的模式，配电主站系统安装在培训中心室，实现整个配电智能化系统的运行监视控制。

2 实训室建设方案

2.1 一次动模实训系统

采用4台变压器分别模拟2台与架空线路连接的10KV室外配电变压器，2台与电缆线路连接的箱变。在实验室内架设模拟配电线路，包含常用的架空线路、电缆线路以及与这相关杆塔、金具等设备。10KV配电线路包括一条10KV架空线路和一条电缆线路构成 “手拉手”环网。配电开关设备在本实训室中主要用接触器模拟或微型断路器替代柱上开关及环网柜。

2.2 配电网智能系统

智能系统由主站、配电自动化终端和通讯网络三部分构成，如图1所示：

2.2.1 配电智能化主站层

主站系统是配电智能化的核心部分，主要实现对配电网的数据采集、监控、分析及实现系统间进行数据交换和处理，为配电网的调度指挥和生产管理提供技术支撑。本方案为培训学习的模拟操作、图形显示、系统维护、设备管理、考核、报表打印等提供良好的人机界面。包括：

（1）服务器：主服务器、数据库服务器、GIS WEB服务器以及前置机服务器，完成数据采集、处理、数据的网络和共享以及将很多终端连接到主机系统。系统前置通道部分根据设计仿真培训规模，配置16路数字通道。

（2）工作站：配网调度工作站、配电管理工作站、维护及报表工作站 、GIS工作站。

（3）软件：主站系统软件主要包括：①系统平台软件（操作系统平台软件、数据库平台软件、配电智能化主站平台软件）；②应用功能软件（通讯管理软件、SCADA功能软件、DA功能软件、与其它系统的接口功能软件、远程维护软件、自动抄表功能软件、分布式能源接入管理软件。

2.2.2 配网智能化通信网络

（1）构建自愈型光纤通信网络，用于传输配电终端采集的数据和配电主站遥控命令的下发，选择EPON光纤环网通信方式实现终端与主站之间、终端与终端之间的通信，包括10KV环网，配电终端经配电智能化子站与主站服务器之间进行通信。除满足配电终端主站的通讯功能的通讯接口预留外，光MODEM或EPON设备还要为视频监控预留通讯通道。（2）构建CDMA或GPRS无线通信网络，实现主站与智能电表之间的通信完成远程集中自动抄表功能。选择短距离无线射频通信方式，完成单相表与主站之间的通信，实现集中抄表功能。（3）建立电力载波通信系统，实现主站与智能电表之间的通信完成远程抄表功能。本方案采用电力载波通信实现主站与三相表之间的通信，实现集中抄表功能。

2.2.3 配电网终端

配电网智能化系统的最底层，完成各种现场信息的采集、监控并执行上级下发的控制命令的功能；并在通信中断时执行本身赋予的网络重构中的就地智能化功能。

本方案使用继电器组加测量标准源的组合形式模拟实际一次配网负荷开关及断路器。配电终端设备直接与一次开关模拟装置组柜，简化了设备复杂程度，机柜面板提供开关状态、开关闭锁、开关操作等的指示及操作按钮，并可提供通讯终端的电源。

开关模拟装置可模拟实际的一次负荷开关的遥控、遥信及开关闭锁等动作，使用标准源加到模拟装置的对应的继电器触点，模拟一次断路器开断/接通负荷电流或故障电流的能力。

（1）配电开关监控终端 FTU完成遥测、遥控、遥信，故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，包括开关状态、电气参数、故障时的参数，并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能。

（2）开闭所及用户监控终端DTU与主站进行通信，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。

（3）配电变压器监控终端TTU监测并记录配电变压器运行工况，根据低压侧三相电压、电流采样值，每隔一定时间计算一次电压、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数，记录并保存一段时间和典型日上述数组的整点值，电压、电流的最大值、最小值及其出现时间，供电中断时间及恢复时间，记录数据保存在装置的内存中，在装置断电时记录内容不丢失。与主站通信定时读取测量值及历史记录，及时发现变压器过负荷及停电等运行问题，根据记录数据，统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性，并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。同时接受主站命令完成对变压器的分接开关的控制。

（4）安装于模拟架空线路上故障指示器 ，用于电力线路中指示故障区段和地点，能够检测短路和接地故障。

（5）安装于负载箱采集器及单相及三相智能电表 ，完成对方案中配网的电能计量，采集器终端应该可根据主站命令，实时抄录电能表数据，如电量（有功电量、无功电量及发生时间）等。定时抄表：终端可根据使用要求，轮询各电能表当前电量、当前电压、当前电流等变量。预约抄表（定时回传）：终端可根据主站需求，在指定时间抄录电能表数据，并主动上传给主站。提供两路控制继电器信号输出；可闭/合方式，亦可脉冲触发方式控制高压断路器和低压接触器，用于预付费管理、配电自动化负荷调控。

2.2.4 其它辅助设备

包含模拟负载箱、安装金具及材料，各种仪器仪表。其中模拟负载箱能够模拟阻性负载、感性负载等负载，并且能够支持产生持续大电流的能力，支持三相不平衡控制。

2.3 培训系统方案

通过开放相应的培训软件实现配网调度培训、配网智能化终端培训、配网智能化通讯网络培训等。

2.3.1 配电网调度培训内容

（1）培训对配电网的监视：实时或置入的遥测量、遥信状态量（开关、刀闸状态，保护信号、变压器档位信号等）、计算处理量（功率总加，功率因数等）、电度量、时间、设备信息、统计信息、事项记录、潮流变化等；微机保护动作信息，保护定值，保护故障信息，保护自诊断信息等。让学员通过功能软件完成对配网的基本数据的监视。

（2）培训对配电网网络拓扑分析以及动态着色的判断分析。

（3）培训在配网仿真监控界面的操作：包括置入、音响解除，信号复归、查询等。

（4）培训智能部分的操作：对已经实现智能化的线路，具有遥控、升降功能，对满足互联闭锁约束条件并允许遥控的开关、刀闸进行遥控，对主变分接头进行升降操作。并生成操作过程的全部记录（操作人员、操作时间、操作内容等），所有遥控闭锁条件自动判定。

（5）培训非智能部分的操作：对没有实现自动化的线路，系统能够识别，并禁止遥控操作，但允许置入和挂牌等操作。

（6）培训故障处理：进行常见典型故障的判断分析处理、能配合上级调度制定电网启动方案。典型故障包括：线路故障、变电站母线故障、开闭所母线故障、环网柜母线故障、负荷故障。

（7）反事故演习：及时准确向调度汇报，并在统一指挥下协调地进行事故处理；及时并正确下达或执行调度命令；按正确的步骤进行事故处理；正确进行运行方式、保护装置的变更和调整。（应急预案）

2.3.2 配网终端培训

（1）采用交互式课件和实际操作相结合的培训方式对FTU/TTU设备遥测、遥控、遥信接线及终端设备供电电源接线进行各类 接口的安装、接线、调试培训；（2）利用试验仪表进行遥测精度测试、遥信信号的连动实验、遥控实验培训；（3）FTU/TTU设备面板的各种开关、按钮、显示器、指示灯等的使用，主要参数（各种运行参数，故障门限参数整定等）设置，FTU/TTU维护软件的使用，常见典型故障及排除等现场的维护技能的培训。

2.3.3 配网通讯培训

对光纤、双绞线、GPRS等通信方式接口进行模拟和实际安装、接线、调试等培训。

（1）采用交互式课件和实际操作相结合的培训方式使用光MMODEM组成双环、双链、单链等自愈光纤通讯网，光MODEM通讯终端与不同FTU/TTU设备的通讯连接，并能进行数据传输、故障定位及排除；

（2）培训使用光纤交换机组双环自愈光纤通讯网，练习光纤交换机通讯终端与不同FTU/TTU设备的网络通讯连接，并能传输数据到主站前置通道；在不同组网方式下对故障定位及排除；

（3）培训使用RS-485双绞线通讯网，并能进行数据传输；练习FTU/TTU设备的RS-485通讯连接，并能传输数据到主站前置通道；在RS-485组网方式下对不同故障定位及排除；

（4）培训使用TCP/IP双绞线通讯网，并能进行数据传输；连接FTU/TTU设备的TCP/IP通讯，并能传输数据到主站前置通道；在TCP/IP组网方式下，故障定位及排除；

（5）培训使用无线传输（CDMA/GPRS）双绞线通讯网，并能进行数据传输；连接FTU/TTU设备的无线传输（CDMA/GPRS）通讯，并能传输数据到主站前置通道；在无线传输（CDMA/GPRS）组网方式下，故障定位及排除。

3 结束语

本方案规划的建立动模部分包含电缆、环网，虚拟开关站及虚拟变电站，接线方式是目前主流的配网接线方式，并配备模拟负荷单元。考虑操作的安全性，一次系统的电压等级不超过10KV。培训系统所用通信方式包含现在电业局常用的几种通信方式，采用当前福建地区各电业局所使用的通信规约，并考虑将来转换及升级的可能性；智能终端是目前常用的几种智能终端，考虑今后的扩展，考虑将来接入微电网，考虑软硬件的升级改造。

参考文献

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