试论配网自动化体系结构

2015-04-17王雪锋

机电信息 2015年36期

王雪锋

（广州供电局有限公司，广东广州511400）

0 引言

由于配网自动化建设和改造的发展时间比较晚，以及受到计算机网络、技术标准和规范、实践经验等因素的影响，我国在配网自动化方面的建设工作还存在故障检测能力弱、系统集成程度低、环网联络结构复杂、应用水平低等问题。分析配网自动化的体系结构是实现系统各项功能，增强系统集成性和灵活性的基础工作。

1 配网自动化的概念和整体功能目标

1.1 配网自动化概述

配网自动化是为了充分提升输电质量和系统可靠性，同时在建设过程中综合利用电子信息技术、通信技术、系统集成技术等以实现故障自动隔离、有效供电管理、设备管理和实时状态监控等功能目标。配网自动化相对于一般意义上的电能输送过程而言具有系统监控、综合管理和自动控制等优点，其技术性意义主要在于：在系统正常工作情况下，能够实时监控电网的运行状态，优化配网的无功负荷和运行方式；在系统发生故障的情况下，能够通过快速故障定位和自动隔离将故障区段的影响范围降到最小；在供电企业的日常管理中，配网自动化也可以实现远程抄表计费过程的自动化，提升供电企业的服务效率和工作准确性。

1.2 配网自动化的实施原则

在实施配网自动化改造以及系统设计的过程中，必须遵循以下基本原则：第一，系统性原则。从系统架构的角度出发，增强方案设计的系统性和统一性，从整体上对数据资源、硬件资源和系统功能分配进行有效把握。第二，适用性原则。增强配网自动化系统的可维护性以及长期改造目标的适用性，通过提升主站系统、配电网网架、FTU/TTU 等设备的协调性提升系统的供电质量，满足技术规范和技术标准。第三，安全性原则。系统的安全性和可靠性直接影响配网自动化改造后的日常使用和供电能力。因此，充分研究配网系统的结构特点和物理特点，通过冗余设计、分散性设计、一体化设计可以提升系统的可靠性和安全保障能力。

1.3 配网自动化整体功能目标

在考虑配网自动化的系统结构时，首先要确定整体的功能目标：第一，通过馈线自动化的改造和建设以及输电线路的合理调整，保证城镇地区供电质量，减小故障线路的影响范围。第二，通过配电自动化对电力负荷设备及其状态的实时监控、配电负荷的动态优化，减少配网的综合线损并满足供电安全准则。第三，增强配网自动化系统在配电SCADA 系统以及配电GIS系统支持下的集成性、数据资源传输的安全性以及可维护性。第四，采用多层次和分布式的自动化架构方式，保证系统具有一定的可扩充性，保证采用分期建设和分阶段改造方式的可能性，灵活选用系统可扩展的软硬件方案。第五，采用双网、双机等冗余设计结构增强配网自动化系统的故障排查能力和系统可靠性，减小电网故障区段的影响范围。

2 配网自动化体系结构

2.1 配网自动化主站系统

配网主站系统具有非常重要的地位，在配网自动化系统中发挥核心的功能。其体系结构主要分为硬件体系结构和软件体系结构。硬件体系结构包括SCADA 系统、配电工作管理系统、用电管理系统以及支撑保障硬件系统等，其中各个部分通过主干网络以及局域网络进行连接，完成数据采集、数据接口、数据交换、通信传输和系统维护等功能。由于主站的数据处理量大，实时性要求比较高，所以主站系统必须有非常高的硬件质量来完成巨大的数据交换和存储任务，通常采用高速三层交换机、具有较快数据传输接口的交换机以及计算性能超强的计算机等。同时，在硬件设备的选型方面，为了充分满足配网自动化的扩展性要求，SCADA 服务器一般采用小型机并通过传输速度较快的光纤网络或千兆以太网连接双网和双机处理架构，提升系统的综合监控能力。

主站系统的软件配置方案主要有数据库管理系统、网络任务监控和管理系统、GIS 应用平台以及图像界面管理系统、DAMMI框架和支撑平台等。主要完成实时数据和历史数据的管理和维护、网络任务监控和管理、地理信息系统显示和报表处理、配电管理、用电管理以及其他高级应用等。

2.2 配网自动化变电站分站系统

变电站分站系统主要完成的功能是局部状态监控、分站数据汇集、数据预处理、主站通讯、故障定位和恢复等。其硬件配置的关键为连接智能多串口卡的工控CPU 主板。利用ODT2200自愈式光端机可将分站和光纤通道端点进行连接。同时分站系统必须采用RS－232以及RJ－45网络接口和主站完成监控数据的实时通讯，完成局部状态监控的功能和任务。在对变电站分站系统进行方案设计时有必要强调配网输电能力和输电质量的根本需求，分站自动化建设和改造必须在满足电网基本需求的基础上进行。

2.3 馈线自动化和通讯系统

馈线自动化也叫配电线路自动化，通过馈线自动化过程能够完成故障定位和故障隔离、配电线路的电压和电流实时监控等功能，在系统正常供电和出现故障时都能够实现实时监控、提升供电质量的目标。当前采用比较多的馈线自动化方式主要是基于FTU 的馈线自动化系统，和基于通信网络的馈线自动化相比具有运行方式优化、信息化程度高、自动化更强等优点。FTU为馈线自动化的核心设备，主要通过对电压、电流、储能信息等进行实时采集的功能实现信息传输和状态监控任务，通过配电自动化用电控制系统可对FTU 的传输信息进行动态实时处理，确定系统的供电状态以及线路发生故障的位置。其中FTU 又包括柱上FTU、环网柜FTU 以及DTU 等类型。通讯系统或者说是通信系统将主站、子站、功能单元等以物理方式进行连接，相对完整的配电自动化通信方案包括主站和变电站分站之间的通讯连接、变电站分站和现场功能单元之间的通讯连接。由于和实际的系统规模大小、地域情况以及局部配网自动化建设的技术水平有非常大的关系，因此通讯系统的建设有非常大的灵活性，且难度较高。目前采用较多的有光纤、有线电缆等方式。一般来说，对于通信传输要求比较高的干线多采用光纤传输方式，而对于通信要求较低的支线主要采用电缆传输方式。采用光纤传输通信时，主站需要配有专用接口的光端机。

3 配网自动化的实施以及关键问题

实施配网自动化改造和建设能够产生非常明显的经济效益、管理效益和社会效益，为了完成这些效益目标，我们需要对配网自动化实施过程中的关键问题进行分析。第一，在《电力二次系统安全防护总体方案》公布实施以后，在配网自动化的建设和改造中，要突出安全认证和访问控制等安全防护措施，包括纵向的安全防护以及横向的安全防护等。第二，系统改造建设项目要与实际的技术要求相对应，尤其是考虑到实际设备在户外运行时要保证一系列的安全技术指标，如抗风化、湿度指标等，以此加强安全设计中硬件方案的合理性。第三，在系统性建设方面，要加强整体的设计和规划，避免出现标准不统一、硬件兼容性差、资源共享程度低等问题。第四，在技术层面上，要综合考虑各种建设方案的优缺点。如在优化馈线自动化时要综合考虑分布智能模式、重合器模式等不同模式的优缺点，合理选择与使用。