县级城市配电网自动化系统的应用研究

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[摘要]根据我国县级电网现状，分析县级城市配网自动化系统的3种典型方案，具体介绍黑龙江省安达配电网自动化系统方案的确立及其工程实施。

[关键词]县级电网；配网自动化系统；方案；实施

1、引言

近年来县级电网中居民生活和工业用电量增长较快，用电结构渐趋合理，农村通电率、人均用电量等指标有较大提高。但是，与城市电网相比，县级电网仍存在着以下问题：

(1)电网结构薄弱；

(2)电能质量低，线损率高；

(3)技术水平相对落后，设备仍显陈旧，自动化水平较低；

(4)农村电气化水平仍然较低；

(5)农电市场的开拓还没有得到普遍关注。

配电网是电力系统的基础，直接与电力用户相连。实施配电网自动化可以提高供电可靠性，改善供电质量，在线路故障和检修时缩小停电范围、减少停电时间，对提高电网的经济运行，对工农业生产和社会生活都具有重要意义。本文分析了我国县级城市配网自动化系统的3种典型方案，重点介绍了黑龙江省安达配电网自动化系统实施方案。县级城市配网自动化系统的建设应该根据实际情况，科学地选择适当地控制方案。

2、配网自动化系统3种典型控制方案

对于大多数中小(县级)城市，配电网自动化建设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。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。实现环网供电的自动故障隔离可以采取多种方法，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FTU之间的配合为主达到目的。主站控制方式通过主站对FTU上传信息的分析来判断并进行远方控制。

2.1就地控制一重合器方案

重合器方案是当两电源间距不超过10kin时，兼顾分段数量和自动化配合两方面的因素，考虑将线路分为三至五段，平均每段长度在2kin左右。在不依赖主站和-通信系统的条件下，通过线路开关的逻辑动作，快速隔离故障。并且可以通过保护定值的配合，避免变电站出线开关的频繁动作。此方式的技术难点即在于保护定值的整定配合，随着继电保护技术的发展和新设备的涌现，是此种方式的实现有了技术保障。

2.2就地控制―电压―时间型负荷开关方案

负荷开关方案在多分段的情况下，可以不依靠主站和通信来隔离故障。采用电压―时间型负荷开关作为分段开关，负荷开关具有关合故障电流能力而不具有分断故障电流能力。系统通过负荷开关对故障状态下的电压变化的分析和变电站出线开关的试送来判断、隔离故障。本方式的技术难点是故障残压的判断和对开关动作可靠性的高要求。

2.3主站控制方案

对于线路较长，分段较多的网络，可采用主站控制的方式即馈线自动化(FA)方案。馈线自动化方案由主站的配网软件采集故障记录，通过软件分析及下达合分命令，来完成配电网的故障隔离、恢复供电。此方案要求变电站出线开关，具有电流保护和重合闸功能，线路上负荷开关为具有关合短路故障电流能力的负荷开关，馈线终端单元(FTU)是具备故障记录和判别能力的远传智能装置。本方案的实现必须有主站控制系统和完备的通信系统为基础，设备投资较大，但它对各种配电网络的适应性较强，故障定位准确，能够一次性完成网络的重构。

3、安达配网自动化系统

黑龙江省安达市(县级市)位于黑龙江省西南部，松嫩平原中部。安达市电业局从2004年开始，针对本市农网实际情况及特点进行了10kV配网自动化方案的研究工作，在深入研究了国内外配网自动化相关主站系统、通信系统、馈线自动化系统解决方案基础上，根据安达市现有的电网结构及对未来几年供用电情况的展望，对3种典型的配网自动化方案：就地控制方案的重合器方案、电压―时间型负荷开关方案、主站控制方案的优缺点进行比较，结合当地的实际，线路分段较多，五开关六分段，且变电站出线处的开关稳定可靠性较高，本着实用可靠，节约成本的原则，最终决定城区线路采用就地控制方式的电压―时间型负荷开关方案。

工程于2005年开始进行方案设计和配网自动化工程实施，2006年底投入试运行。

3.1系统方案具体介绍

就地控制的电压―时间型负荷开关方案，所采用的负荷开关具备“两侧失电瞬时分闸、电源侧来电延时合闸”的功能；变电所出线开关B1、B2应采用能开断和关合故障电流的重合器。线路上BW4为联络开关，正常供电为分闸状态，其他为分段开关，正常供电为合闸状态。

以BW2、BW3之间的永久性故障F为例，当故障发生时，B1保护动作跳闸，BW1、BW2、BW3失电瞬时分闸，BW4开始计时XL；B1一次重合闸，BWl电源侧来电合闸，开始计时X，X计时结束合闸，计时Y开始；BW2电源侧来电合闸，开始计时X，X计时结束合闸，计时Y开始；合闸到故障上，B1后加速跳闸，BWl、BW2失电瞬时分闸；BW2的Y计时内再次失电则分闸后闭锁；B1二次重合闸，BWl电源侧感知来电，开始计时X，X计时结束合闸，BW4计时XL结束则合闸。非故障区段则恢复供电。

其中，各开关动作特性如下：

(1)当分段开关一侧带电，经X时间自动合闸。X整定为n秒(n=1，2，3……)。

(2)分段开关合闸后的检电时间为Y。当开关实际带电时间>Y时，判断合闸于正常区段。当开关实际带电时间

(3)联络开关可以手动或自动合闸。若是遥控操作，可以按整定的时间XL自动合闸。

(4)分段开关和联络开关具有检测电压短脉冲(脉冲电压>30％额定电压，持续时间>150ms)、闭锁合闸回路的功能。防止反向来电合闸于故障线路。

本方案无需进行复杂的继电保护整定配合；可就地实现故障隔离与恢复供电，无需通信系统和主站(子站)系统；投资较省；但处理故障时沿线各分段开关动作次数较多；恢复供电的时间相对较长。

3.2系统建设应用

3.2.1馈线电气部分

配电自动化开关(电压一时间型负荷开关与FTU)共7台。

3.2.2通信系统

配网自动化采用光纤通信方式，构成双环自愈光纤环网，共计敷设光缆38km、架设光端机9台。

3.2.3配网主站系统

硬件配置：采用双网结构，前置机2台、数据服务器2台、员工工作站5台、维护工作站1台、Web服务器l台、GIS服务器2台、磁盘阵列柜2套、打印机2台、网络交换机2台、物理隔离设备1台、终端服务器2台、通道 切换器l台、通信标准机柜1面。

系统平台：Windows2000 Server；数据库：Oracle 9i。

系统功能：配网SCADA功能、馈线故障处理功能、Web功能、配网地理信息系统(GIS)、高级应用分析(PAS)。

3.3主站系统建设

配网自动化主站监控系统采用EPID2000配网自动化系统，硬件采用双前置、双数据库服务器、双员工作站的双网结构，软件包括基于WINDOWS平台的配网实时监控软件(配网SCADA)、GIS地理信息系统和WEB接口软件等。该系统可实现如下功能：

(1)配网SCADA功能。包括配网系统数据采集、数据处理、数据传输、控制调节、画面调用及显示、事件报告、报表定制打印及系统维护等功能。

(2)配网管理功能。包括设备管理、运行管理、智能操作票管理、事故追忆、告警管理等功能。

(3)GIS地理信息系统。分为系统管理、GIS基本功能、电网运行管理、电网运行分析和接口管理五部分。

(4)WEB浏览功能。系统通过专用物理隔离设备向局域网转发数据，实现web浏览、web管理功能。

该系统具有如下特点：

(1)安全性

配网自动化系统与其它信息系统间的网络安全问题，采取必要的网络安全措施，以提高系统的安全性；系统具有严格的权限管理功能，在进行系统维护时不应影响系统的正常运行。

(2)可靠性

配网自动化系统中的服务器、前置机和网络设备等关键部分宜采取备份冗余模式，故障时自动切换，保证系统的正常运行。

(3)实用性

配网自动化系统的功能设计、硬件设备、操作系统及数据库系统的选择，应坚持实用的原则；系统人机界面应突出操作简单、易用、易维护的原则。

(4)开放性

配网综合自动化系统数据库应具备开放的、标准SQL语言访问接口，以方便与其他系统的互联和数据共享；

(5)扩展性

根据需要可不断扩充新功能，并可保证配调运行管理功能、应用功能等的分步实施，但不得影响系统原有功能。

(6)容错性

配网自动化系统软、硬件设备应具有良好的容错能力。当设备故障或使用人员误操作时，均不应影响系统其他功能的正常使用。

(7)灵活性

配网自动化系统在统一的基础平台上，系统的各个功能模块应可任意选配。

3.4通信系统建设

配网自动化主站系统主要采集城区10kV配电线路上各FTU上传数据，实现对线路开关的监控功能。兼顾通信系统的可靠性、先进性和经济性，结合安达市城区的地理条件，确定配网自动化通信系统采用光纤通信方式，考虑今后发展裕量，主干通信网沿线路架设12芯自承式光缆，组成具有双环自愈功能的光纤环网接入局大楼，通讯终端设备采用具有多通道的支持双环自愈功能和网管功能的光端机。采用12芯光缆和多通道光端机在满足当前系统要求的基础上，为将来扩展监控规模、实施集中抄表等业务预留通信接口。

3.5馈线自动化系统建设

馈线自动化化系统建设遵循局部试点、分步实施的原则，本期选取了城区具备手拉手环网供电条件的10kV线路(安达变铁东线―中本变南环乙线)建设馈线自动化系统，采用就地控制方式中的电压一时间型负荷开关方案。两条手拉手线路上根据负荷情况安装电压一时间型VSP5型负荷开关作为分段开关和联络开关，开关控制部分采用JKB-F600Z型配电自动化监控器，将线路分为6段，这样凭借着开关本体的可靠动作和控制器强大的逻辑判断功能，在任何一段出现故障时，通过变电站出线开关保护重合闸功能与线路开关的电压一时问逻辑配合，把故障自动定位、隔离开来，并恢复非故障段的供电，从而尽可能的减小了故障停电区域，保证了城区供电可靠性。

4、结论

县级城市要根据当地的电网结构、地理位置、经济实力等要素，选择合适的配网自动化的安案。通过配网自动化的实施，改善配电系统的网架结构，提高供电可靠性和电能质量，降低电网损耗，实现电网的经济运行，提高供电企业的经济效益。

安达电业局配网自动化系统的方案研究及应用是本着安全实用、适度超前的原则进行的，系统投入运行以来有效的提高了生产运行的自动化管理水平，节约了供电设施的运行维护成本，实施配网自动化的区域供电可靠性明显提高，电能质量进一步改善，取得了良好的社会效益和经济效益。