配网结构优化及配网自动化探讨

关家华

配网结构优化及配网自动化探讨

关家华

（广东电网公司佛山南海供电局，528200）

今天，随着人们生活水平的提高，信息化生活的理念不断引领着人们走向更高要求的生活。无论是城市人群还是农村群体，都表现出现越来越大的用电需求，尤其重视供电可靠性。配电自动化指利用计算机及网络技术、通信技术与电力设备相结合，监测、保护、控制配电网，与用户建立更为密切和负责的关系，提高供电质量。本文则以配网结构方式为切入点，探究其优化方案和配网自动化的实现。

配网结构；配网自动化；通信

随着我国经济和科技水平的不断提高，社会对电力的需求量也在逐渐增大，保证充足的电量以及提高配网供电的可靠性已经成为电网部门的重要工作之一。目前，我国的大部分电网线路采用的是辐射式供电，这种供电方式的缺陷则在于各条线路连接较为密集，自动化水平低，假设一条线路出现故障，将会影响周边大面积用户的正常用电，寻找故障和修复加起来所耗费的时间通常以小时来计算，极大地影响了生活和生产。

1 配网结构优化及配网自动化的必要性

配电网是由架空线路、配电变压器、隔离开关、电缆、无功补偿电容及一些附属设备组成，在电力网中起着重要分配电能作用的网络，可分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网。配电网一般采用闭环设计、开环运行，结构呈辐射状，由于配电线路的R / X 较大，难以保证在输电网中常用的这些算法在配电网的潮流计算中其收敛性。当前，为满足人们用电需求，须采取优化配电网供电，改造配电网自动化等手段来提高供电网络的安全可靠性。随着城市化的不断发展，配网自动化的改造技术越来越娴熟，通过改造配电网自动化是提高供电系统的供电性能稳定化的前提，也可减低配电网工作人员的劳动强度，提高工作效率，降低线路的故障率。

2 配网结构优化方案

2.1 配电网结构形式

2.1.1 环网形式

根据目前网络环网形式中所存在的问题进行环网结构优化，实现馈线自动化，从而形成环网供电，开环运行，一次网络结构如图1所示。从图1中可看出“DL”为变电站开关，B为开闭所的断路器，B（2B4）保护DL（1DL2）保护相配合，S为配电室环网负荷开关。利用开闭所开关减少对变电站馈线开关的冲击，变电站所保护的动作次数也可相应减少。将配电终端单元（FTU）装设在图1的B2、S1、S2、S3、S4、S5、B4上，实现集中式馈线自动化以通信系统处理为主。详细的处理技术为：在分闸位置设置电路开关，内侧的开关闭合和余下开关中只要有一个出现故障，另一个开闭所的开关立即会启动保护装置并及时对故障进行处理。当电流故障出现在第一个开关配电终端，判断其故障所在位置需利用智能终端，并及时断开一、二开关间的线路，进而隔离故障。

图1 环同电缆方式

2.1.2 架空配电网的优化

采用电流式分段器和重合器实现配网线路自动化环网供电的主要目的是降低运行条件，如负荷密度不集中或受资金限制，此方式操作简单方便，能迅速隔离故障和转移供电，是提高电网供电可靠性的有效技术方式。以某重合器、分段器配合环网供电图为例，从图2可看出，CB1和CB2重合一次，间隔为T1；当F1出现故障时，CB1出现断路器会检测到故障电流开断，如果是永久性故障，CB1重合不成功，会再次开断闭锁，如果是瞬间性故障，CB1会显示重合成功，线路恢复送电。联络重合器是R3检测到失压T2后合闸，则表现成功转移供电。当F2出现故障时，出线断路器会检测到故障电流开断，S1检测到电流越限，CB1会在电流过零计数一次分闸时重合成功。

图2 重合器、分段器配合环网供电图

2.1.3 辐射状配电网优化

目前，在农村和市郊配电网的主要供电方式仍以辐射型的单电源为主（如图3所示），设置单台重合器与多台分段器配合方式达到自动隔离和恢复供电要求。针对辐射网络结构并在变电站断路器的基础上安装一台可以与多台分段器配合的重合器，此重合器具有二次重合功能，一旦线路出现故障，可利用重合器切断电流，既减少近区短路对主变的冲击次数，还有效解决重合器与分段器的配合需要二次重合问题。然而此系统的缺点在于主要出现一次故障，整个配网变会全部条债，影响周围无故障配网的供电可靠性，尤其在后期维修时会花费大量的人力和金钱，因此广泛运用于郊区线路。

图3 辐射型供电

3 配网自动化通信方式

3.1 自动化系统

在电力系统中，配电系统主要实现电的输、发、供、变及配等功能，同时是面对用电用户的基础设施。近年来，配网自动化在国内电力系统自动化领域的应用逐渐频繁，尤其通信是实现配网自动化的关键，由于配电网络点多且面广，是否经济可靠和便于安装等因素成为通信方面重点考虑的一部分。目前以有线、无线、光纤及载波等组成主要通信方式，配电网自动化通信也正是由多种通信方式混合而成，上述几种通信方式得到广泛认可的是主干道光纤通信，因其保密性强和通讯稳定等优点则是常运用在中低压配网的通信方式中。光纤通信，是以电作为信息载体实现的通信，利用光纤传输携带信息的光波，进而实现通信，此方式最大的优点是速率快、通信容量大、不受外界电磁干扰，但在实际造价和安装方面会花费较大的人力和财力，因此此通信方式主要在主干网通信方面受到广泛应用。

3.1.1 通信网络结构

配网自动化系统中最关键一部分就是通信系统，为了提高事故响应速度和更快的分级分层，可将配网自动化系统分为主站、子站及馈线3层。根据配网规模的大小把主站层分为主站和区域站，然而这两者之间有较大的信息量，自然需要高速可靠的通信通道。由于节点不多，光纤环网和光纤以太网是运用最广泛的，尤其光纤环网较为成熟，但光纤以太网是未来配网通信主要发展方向，其技术及相关设备正在推广应用并得到实践检验。

3.1.2 通信方案

配电自动化通信方案如果从广义的角度出发，是主站对子站、主站对现场单元、子站对现场单元、子站和现场单元之间的通信。当前所实施的完整配电自动化系统的通信方案主站、子站对现场单元的通信。一般会统一考虑子站和馈线，其中馈线情况多样，各地特点都存有差异，结构复杂，统一的通信模式很难找到，通常会采用现场总线、载波、光纤等，将其混合成一起，成为比较符合实际运用原则的通信方案。常见的结构：通过双绞线和采用总线技术，将干线的TTU和支线的FTU连接到干线FTU，之后通过高速光纤通道将信息上传至主站、子站上。

3.2 配电管理系统

实现配电网自动化的重要部分是根据其覆盖范围广、作业面多等特点做到经济成本低、安全可靠及时可靠的通信。配电管理系统涉及到各个方面的计算机网络系统，如供电企业设备管理、企业运行管理及用户服务等，以配电自动化实时环境、综合性数据库系统及地理信息系统为基础组成多个相对独立的应用功能子系统。子系统中包括配网自动化、配电工作管理、故障投诉管理、自动作图、设备管理、负荷管理、配网分析系统等，从而优化配网运行，实现配电网管理自动化，提高供电可靠性的同时为用户提供优质服务。其中配电自动化（Distribution Automation）主要实现配网的运行、监控、故障诊断与隔离、网络重构决策。符合管理（Load Management)主要负责提供大用户负荷采集和控制功能。故障投诉管理（Trouble Complaint Management)主要负责投诉电话处理、故障定位与恢复供电。配电分析系统（Deep Analysis System）主要负责网络建模与网路拓扑，网损与压降分析、电压/无功控制、短路电流及负荷预测等。配电工作管理Distribution Work Management)主要负责配网运行是工作、配电设计、施工及检修管理。

4 具体案例应用分析某县城配电线路总长度为95km，配电变压器的容量为38265kv，一共有164台，通过对该县城的配电线路进行自动化改造及更换导线，取得了良好的效果。

4.1 改造方案

结合某县城实际经济情况和发展状况，将本文自动化改造的设计原则定位通信系统、馈线自动化及配网主站，其目的是可靠、经济及使用。

4.1.1 设计原则和总体方案：本文所研究县城的配网改造设计方案完全是根据当地经济发展及配电网状况综合而定，运用终端单元FTU、配电自动化开关及配变检测终端于系统配变和馈线中，在建立配调主站可沿着原有的通信光缆，便于更符合实际配网运行。之后在配变监测终端TTU和屏蔽双绞线介入光纤环网，建立配网主站的目的是向其它信息系统传递配网信息和调节自动化通信系统。

4.1.2 通信系统：在分析县城地理情况时，充分考虑到设计配网通信系统的经济型及可靠性等方面因素，从而确定采用光纤通信结合有线通信的方式，还考虑到本文所研究县城未来经济发展状况，必然会增加用电量，特沿着主干通信网架设八芯普通光缆组成具有双环自愈功能的光纤环网。

5 结语

综上所述，优化配网结构对保证整个用户体系安全用电的重要因素，在整个供电网络系统中，配网电网工程作为供电网络的基础，占据着十分重要的位置。同时配电网自动化集数据传输、控制技术、现代化设备于一身的综合管理系统，尤其近年来随着我国经济的不断增长，人们对供电质量要求越来越大，配网结构优化及配网自动化对减轻运行管理人员劳动强度和提高供电可靠性起着重要的促进作用，也是保证城市正常高质供电的基础。

[1] 王海燕,曾江,刘刚等.国外配网自动化建设模式对我国配网建设的启示[J].电力系统保护与控制,2009,37(11):125-129,134.

[2] 朱伟文.配网结构优化及配网自动化探讨[J].科技创新与应用,2012,(2):89-89.

[3] 宋华辉.渤海新区城区配网自动化现状及规划[J].中国电力教育,2011,(3):134-135.

[4] 曾勇波,张玻,杨钧等.主副线带开关的分支箱结构优化配网结构[J].四川电力技术,2009,32(2):48-50.

[5] 刘海霞.国内配网自动化整合方案的研究与应用[J].世界华商经济年鉴·科技财经,2012,19(6):21.

To investigate the distribution network structure optimization and distribution automation

Guan Jiahua
（Guangdong Grid Co Foshan South Power Supply Bureau，528200）

The combination of distribution automation refers to the use of computer and network technology, communication technology and electric power equipment, monitoring,protection,and control of distribution network, and users to establish closer relations and responsibility,improve the quality of power supply. In this paper,the network structure as the breakthrough point,the realization of optimization and distribution automation.

network structure;distribution automation;communication