供电企业配网自动化改造方法的分析

钱 堃

(广东电网公司佛山供电局,518000)

近年来，随着经济迅猛增长，珠三角地区城镇化进程加剧，城区面积快速扩张，城市配电网网络日益庞大，为了完善10kV 配电网的运行管理，做到及时处理各种缺陷，更快更好的进行抢修复电，提高供电可靠性，提高配网自动化水平，迫在眉急。

1 城市配电网现状

珠三角地区城市化进程快，部分政府的城市规划多是以“项目”为主导的区域规划，缺乏整体性，前瞻性。而与之配套的配电网系统发展起步晚，水平低，早期建设缺乏合理的规划，导致技术落后，自动化水平低，可靠性低的局面。

2 10kV 架空线路配网自动化改造方法

部分地区10kV 架空线路供电半径大，支线较多，所处地形复杂，供电企业运行人员有限，给寻找故障点带为极大不便，严重制约了消缺效率。当出现线路末端故障时，往往需要全线停电，扩大了停电范围，造成不合理性及资源浪费。

在原有10kV 架空线路上加装真空自动配电开关，进行合理布点，可在投资相对较小的情况下，短期内组成配网自动化系统，可大大减轻上述问题给配电网运行带来的影响。真空自动配电开关具有手动、自动操作功能，采用真空灭弧，SF6 气体绝缘。配有RTU控制器、电源变压器（PT）配套安装，可以实现10kV 配电线路的故障区段自动隔离、正常区段的快速供电恢复，达到馈线自动化。

当线路单电源运行时，真空自动配电开关可以切断故障点后段线路，故障点前段线路继续运行，大大缩短了停电范围。而由RTU 控制器发出的信号可以使抢修人员清楚知道停电的区间，使抢修的工作量大为减少，有效地缩短停电时间，也能保证变电站的断路器能在故障跳闸后重合成功，降低10kV 线路的故障跳闸率。

一般线路主线采用三分段安装真空自动配电开关，根据线路长度、负荷分部情况、用电性质等因素进行安装，酌情加装，另每条支线安装一台真空自动配电开关。

3 10kV 电缆线路配网自动化改造方法

而城区10kV 电缆配电网络的自动化程度直接影响着千家万户的日常生活水平，安装一套经济实用的自动化设备就可达到掌控线路负荷和运行情况,例如，线路电流大小、电压水平，线路停电，绝缘下降，设备被盗，导线超温等。可以帮助巡线人员快速找到故障点位置,例如短路故障点、接地故障点、过负荷区段、雷击区段、停电区段、绝缘下降区段等。确保实时掌控网络状况，分析网络缺陷，及时找到处理故障点的问题2。

按照标准的配网自动化模式，监控一个点至少需要花2 万元，包括高压互感器（0.3 万元），配电终端（1.3 万元），无线终端（0.2 万元），安装调试（0.2 万元），再加上开关电动改造，实施一个点的费用需要4 万元左右，主站设备（含软件）至少要投资30万元才能实现县区级最基本的SCADA/FA 和GIS 管理功能，如果规划100 个监控点，则需花200 多万。而且要实施配网自动化，首先要对开关进行改造，开关改造主要包括加装电动机构、开关位置、一次CT 和一次PT。如果开关改不了电动或者停不了电，则无法实现“遥控”；如果开关位置辅助触点引不出来，则无法实现“遥信”；对于没有预装CT 的开关，需加装户内套管CT 或者开启式CT。为解决开关操作电源和FTU、通讯等工作电源，一般需要加装PT，并做好防雷和谐振短路保护。如果不能停电安装PT，或者空间不够，则无法实现“遥测”。很多开关设备没有预留FTU 安装位置和电气接口，则无法实现配网自动化。对于没有安装开关的线路，因无法安装一次CT、PT 和FTU，也无法实现配网自动化。而历史遗留了非常多旧电房、旧电柜空间狭小，还存在部分线路因有重要用户而无法实现停电改造，现实中还有诸多问题限制着自动化改造进程。

而运用电力线路故障定位与在线监测系统可以很好的解决上述问题。其主要包括四部分：数字化的故障指示器、数据采集器（GPRS 通讯终端）、主站前置机（现场监控点大于100 个点的时候才需设立）、主站SCADA/GIS 软件。系统工作原理如下：

故障指示器←短距离无线调频通讯→数据采集器。当指标检测短路,接地故障后立即当地指令,指示方式有双卡或LED 闪烁,通过短距离无线通信方法将调频信号、测量数据的送到附近的安装数据终端3。数据收集器将定期召唤100——1000 米范围内的数字故障指示器,只有线路电流、电压、温度测量数据。1台通信终端的指标数量最好不要超过30 只,否则轮询周期会更长。指示器的无线通讯能量主要来自感应电线,所以通信的负载电流大线(如超过10)频率和通信质量是更好的。

数据采集器←GPRS（CDMA）/SMS →主站前置机。数据收集器将收集的信息和实时测量数据的根据标准规范(DNP CDT,101、102、101,网络通讯协议等),包装,通过GPRS 或CDMA)和短信的方式发送到主站前置机、可以在任何地方通过GPRS 或CDMA)和短信的检查数据收集器。因为数据收集器可以白天取到电能,所以使用GPRS 和CDMA 通信在白天,晚上可以改SMS 方式。如果后备可充电锂电池容量足够大(大于10 Ah),可以考虑继续采用GPRS 通信,但这个时候主要根据数据收集器太阳能充电电压和电池电压大小来决定GPRS 通信之间的时间间隔,以减少电池磨损。

主站前置机←（TCP/IP）→主站SCADA/GIS 系统。主站前置机通常安装在主控制中心,和调度主站SCADA/GIS 系统主要使用一个网络连接,数据接口方式可以是TCP/IP 协议、数据库或文本文件。主站收集所有故障信息和实时测量数据,通过配电线路的网络拓扑关系,能比较容易找出故障点的位置,一边闪烁指示,可以一边通过手机短信、语音通知调度人员。当现场安装数据收集器（现场监控点）数量不到100 台,主站前置机可以和主站SCADA / GIS 软件在一起,,主要为了减少设备投资。

此系统的技术核心是采用数字化的故障指示器来替代价格较贵的FTU、一次PT、CT 和电动开关，并大大减少停电施工费用，监控一个点只需6、7 千元就能做下来。数字化的故障指示器主要分为两种：一种是挂在高压线路上，A、B、C 三相共挂3 只，具有最基本的遥测（线路负荷电流、线路对地电压）和遥信（短路故障状态、接地故障状态）功能；另一种挂在开关支架上，仅挂一只，具有单路双点遥信（开关位置）输入和双路遥控（开关合、分闸）输出功能。数字化的故障指示器通过内部短距离低功耗RF 模块与附近安装的数据采集器（GPRS 通讯终端）进行双向数据通讯，一台数据采集器一般负责周边1-30 只数字化的故障指示器，每3-4 只数字化的故障指示器合为一组，作为一个监控点，一台GPRS 通讯终端可监控1-5 个点，每个监控点的费用最低可降至0.3 万元，最高也仅为0.8 万元，远远低于传统模式的2 万元。

其可实现以下功能：

遥测：数字化的故障指示器挂在线路上，实时采集线路负荷电流、故障电流、接地暂态电流和系统电压（电场），在线路出现短路、接地故障时给出指示并上传故障报警信息。

遥信：利用线路电流、电压综合判断开关是在合位还是分位，或者挂在开关支架上直接采集开关位置辅助触点。

遥控：挂在开关支架上，可直接与开关的电动机构连接，实现开关的合分闸操作。还可以遥控调整数字化故障指示器的动作参数。

通讯：短距离用无线调频通讯，通讯能量主要取自导线电流感应取电（挂在线路上的数字化指示器）或者CT 二次电流取电（挂在开关支架上的数字化指示器）。远距离用GPRS 通讯，通讯能量主要来自太阳能电池板（架空线路）或者特制取电CT（电缆线路），和大容量备用锂电池。如果架空线路在阴雨天气很久时间，不能保证GPRS 实时在线工作电源要求（至少100mA/5V），则自动切换到低功耗运行方式：平时以20-50%全天候定时上线。

检测到故障动作信息以后立即上线。如果电缆线路长期处于5A 以下负荷电流，也自动切换到低功耗运行方式：平时以20-50%全天候定时上线，检测到故障动作信息以后立即上线。如果希望在所有的电缆线路实现实时在线通讯，还有一种解决方案，即使用电缆屏蔽层或者铺设带屏蔽的音频双绞线来做FSK 载波通讯，负荷电流在1A 以上（相当于1 台变压器的空载损耗电流）就可以提供FSK 载波通讯电源，FSK 音频线把10 公里范围以内的数字化故障指示器数据送到负荷电流大的地方，再转换成GPRS 通讯方式即可。FSK 载波特点是低功耗，音频隔离，本质安全（不怕通讯线短路、接地、断线），负载轻，传输距离远，挂接节点多，数据透明，抗干扰能力强。

[1] 唐怡雯.配网自动化的研究与实现[J].科技资讯. 2011(03)

[2] 郭文强.试论配网自动化的重要性[J].沿海企业与科技. 2010(03)

[3] 区文海.供电局配网自动化建设的设想[J].电气时代. 2010(03)