配电自动化工程建设关键技术与实用化探讨

罗 兴，马洲俊，李庆宁

(国网江苏省电力公司南京供电公司，江苏 南京 210019)

配电自动化工程建设关键技术与实用化探讨

罗 兴，马洲俊，李庆宁

(国网江苏省电力公司南京供电公司，江苏 南京 210019)

作为建设智能电网的重要环节，配电自动化承担智能电网配电环节建设的重要角色。介绍了配电自动化工程建设关键技术，分析了配电自动化系统运维管理流程，探讨了配电自动化的实用化，以促进管理模式的优化转变，提高配网生产管理的质量和效率。

智能配电网；配电自动化；信息化；精细化

0 引言

智能电网涵盖电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，而配电环节建设是建设坚强智能电网的重要组成部分。为了满足国民经济对优质高效供电的要求，南京供电公司按照国家电网公司“统一规划、统一建设、统一标准”的原则，以网架完善、配网自动化建设、应用系统集成、分布式电源接入为目标，按照“一强”和“三化”(坚强电网及信息化、自动化、互动化)的要求，积极推进配电自动化试点工程建设。

以下介绍南京配电自动化工程建设过程中的主站建设、信息交互总线建设、配电终端和子站建设以及通信网络建设等关键性技术，并阐述南京供电公司在推进配电自动化、实用化过程中的亮点和特色，以期为配电自动化的全面推广建设和长期有效运维提供可借鉴的经验。

1 配电自动化工程建设关键技术

南京配电自动化工程以集成型系统为最终建成模式，对试点区域和建设区域的原配电网网架结构不做大幅度修改。通过对相关配电设备进行适当改造，完成相关配电线路的光纤通信全铺开，实现全部配电SCADA(数据采集与监控系统)功能，实现所有改造的环网柜、开闭所及柱上开关全“三遥”(遥测、遥信和遥控功能)，以期所有改造配电线路馈线自动化全覆盖。

1.1 主站建设

南京配电自动化工程采用国电南瑞科技股份有限公司研发的OPEN-3200型主站系统，能够全面实现配电网运行监控、配电SCADA、配电网建模、停电管理、馈线自动化、故障研判、分布式能源接入、电网全景式潮流图自动布局等应用功能，适应智能配电网应用需求。

1.2 信息交互总线建设

南京配电自动化工程建设了1套基于IEC 61968/61970标准的集成配电信息交互总线，可实现调度主流系统之间的信息互联和信息共享，全面提升了配电网调控运行和管理水平，具体交互方式如图1所示。

1.3 配电终端及子站建设

南京配电自动化工程对试点区域内64条10 kV线路进行自动化建设与改造，共在25座开闭所、106座环网柜、88台柱上开关处加装共计238套配电终端。该工程一次设备以改造为主，无法改造的少数老旧设备全部更换。在配电子站方面，按配电自动化系统总体结构设计，采用3层结构，配电自动化系统子站选择通信汇集型子站模式，配置各种通信接口及协议转换功能软件。

1.4 通信网络建设

图1 基于信息交互总线的各相关系统交互方式

该工程新建通信一体化管理平台，采用基于SDH(同步数字体系)以太网共享环方式构建配电自动化专用数据网，对配电通信系统中EPON(以太无光源光网络)、数据网中采集到的配置、故障、告警等实时数据进行集中处理、展示与管理。主站至变电站的配电通信网络采用光纤传输网方式，对变电站原有SDH设备进程进行扩容，并增加路由器设备。变电站至通信终端的通信网络采用EPON技术，拓扑结构为“手拉手”型。

1.5 安全防护建设

配电自动化安全防护建设必须遵循国家和国家电网公司制定的相关规定，比如国家电网168文(2011)《中低压配电网自动化系统安全防护补充规定》规定，应按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的要求，配套纵深安全防护机制。

1.5.1 安全防护

在网络安全Ⅰ，Ⅱ区(生产控制大区)和安全Ⅲ，Ⅳ区(信息管理大区)之间加入正、反向的物理隔离设备，实现多个平台之间的信息及数据共享。

1.5.2 基于非对称加密的数字证书单向身份

主站和子站都强制性采用硬加密的方式，采取指令签名等访问控制措施，分别实现子站对主站及终端对子站的身份鉴别与报文完整性保护。南京配网自动化系统支持基于非对称密钥技术的单向认证功能，终端设备配置安全加密模块，与子站配合，对带有基于调度证书的数字签名的控制命令采取安全鉴定和数据完整性验证。

2 配电自动化系统运维管理

南京配电自动化系统自运行以来，已成为公司配电网生产活动的最重要的工作平台，担负着配电网调度管理、运行管理等重要工作任务，在配电网日常管理中发挥着重要作用。

配电自动化主站系统运维职责由自动化运维班承担。自动化运维班负责做好配电自动化主站系统硬件、软件的运维工作，完成配网图形、数据的维护，确保系统可靠、稳定运行，保障配网调控业务的正常开展。

配电自动化通信系统和子站运维职责由信通公司承担。通信系统维护1班负责配电自动化通信系统变电站设备和子站设备的日常巡视检查、检修、故障消缺等工作；通信系统维护2班负责配电自动化通信系统的主站设备与网管日常巡视检查、检修、故障消缺等工作；通信系统维护3班负责配电自动化通信系统通信线路(包括光缆线路与光缆交接箱)的日常巡视检查、检修、故障消缺等工作。

3 配电自动化系统的实践

3.1 统一配调技术支持系统

在“大运行”体系建设基础上，南京供电公司将配电自动化试点区域内设备的监控业务纳入配网调控业务范围，解决异构系统信息交互难题，实现与EMS(网元管理)系统图模及实时数据的同步更新，在国内率先将配调技术支持系统统一。该系统全面覆盖变电站站内直至中压配变的所有配调管辖设备，实现站内图、联络图、单线图的多维多屏全方位电网运行状态信息展示，并基于可靠、完善的图模信息实现不同维度监视图形的实时切换，快速、准确、灵活地展示所有调控设备的逻辑关系及试点区域内设备的实时运行情况，成为配网调控人员开展日常业务的重要工具，显著增强对超大规模配电网的驾驭能力，全面提升了调控运行管理水平。

3.2 突破营、配、调信息壁垒

通过加强信息交互总线建设，运用多平台之间的信息交互，消除了营销系统与生产系统之间的信息壁垒。营销系统新上或变更用户信息，将通过系统流程一一送至PMS(工程生产管理)系统，再由PMS系统流程提交至调度审核，确保用户设备投退的闭环管理；PMS系统中配网的变化经调度审核后，系统自动同步至营销系统，确保营销系统中用户及台区挂接关系的实时、准确。

南京供电公司基于国网GIS(地理系统)、PMS及营销相关系统，以电网信息源端唯一、资源共享的原则，通过对各类电网信息的梳理，实现营、配、调信息的有机集成，为配电网业务奠定坚实的基础。

3.3 常态开展全网设备异动更新

针对配电网建设和改造频繁的情况，基于信息交互总线建立配网设备图模的流程化管理机制(又称红黑图机制)。红黑图机制反映配电网模型的动态变化过程和追忆，解决现实模型(黑图)和未来模型(红图)的实时切换和更新，实现配电自动化系统与GIS/PMS系统间的流程化业务管理，提升配电网图管理水平。针对配电网变动多、联络图维护工作量大的问题，南京供电公司通过开展自动布局布线技术研究，基于可靠配电网模型，通过各变电站的GIS坐标，实现区域联络图和环网图的自动生成。根据测试结果，通过自动布局布线应用，原近2 h维护的潮流图工作可缩减至20 s，有效加强了联络图图模的准确性和调控人员应用界面的直观性，提升了系统联络图及环网图的运维效率。

3.4 强化系统功能应用

由于南京配电自动化系统信息集成面广，与其他业务系统信息交互频繁，系统建模完全按照外部导入后的拼接方式进行，且系统规模大。设备运维人员通过日常运维工作与系统应用，发现主配网模型拼接、系统运行资源配置、终端告警方式等方面存在问题，经过多次与厂家开发人员共同分析论证，制定解决问题的技术方案，进行多项技术升级。主网模型拓扑变更后，配电网网络拓扑自动同步，为配网运行方式调整和馈线自动化运行提供正确的决策依据；根据实际运行情况不断优化运行资源参数配置，确保系统高效稳定运行；根据调度监控规程，对终端告警程序进行功能升级。

3.5 实现消缺工作全过程闭环管理

南京供电公司结合配网运行管理需求及配电自动化应用功能特点，根据“配电自动化设备消缺流程”，依托信息化管理工具，实现对主站、子站、通信及终端缺陷的全过程闭环管理和考核，并在日常工作中积极开展配电自动化终端的遥控工作，密切监视系统遥控使用率、遥信动作正确率等实用化关键指标，全面提升配电自动化系统的实用化水平。

3.6 规范配网工程建设与设计要求

随着南京城市配电网建设的不断推进，城区配电设备也在不断改造和新增，如果配网建设还按照旧的模式开展，这些设备将成为城市配电网的信息孤岛，势必造成未来二次改造。今后，配网建设模式将结合配电自动化和通信系统同步设计同步施工。目前，南京供电公司已对新上配网项目作出新规范，要求所有新上配电设备必须具备配电自动化功能，也对相关设备的设计和技术作出了规范。同时，该公司正在开展试点工程，即居配工程及大型变电站出线工程相关一次设计和配电自动化通信系统同步设计同步施工，为今后配网工程设计、建设模式以及相关管理模式的转变做好铺垫。

4 配电自动化系统的效益与问题

通过南京配电自动化工程建设，提高了试点范围内的配网供电可靠性，同时也减少了线损，降低了劳动强度，提高了工作效率，提升了服务质量。

(1) 通过配电自动化建设，能够显著提高供电可靠性和电能质量，同时也减少了线损。通过对计划停电的科学合理安排，能够避免重复停电；通过实施馈线自动化，可以对远方开关进行遥控操纵，实现快速隔离故障以及非故障段的恢复供电，将故障隔离在最小范围内，缩短停电时间；通过配电网网络结构优化、合理控制负荷、调整运行方式，可以有效降低配电网线损。南京配电自动化试点工程建设完成之后，试点范围内供电可靠率由99.98 %提高到99.99 %。

(2) 通过配电自动化建设，减少停电，提高供电可靠性，进一步提升供电服务质量，提高政府和老百姓对电力行业的满意率，是提高公司的优质服务水平、提升社会效益的最主要手段，也是南京地区经济建设快速发展的最重要保障。通过配电自动化试点工程建设，试点范围内的客户满意率由95.28 %提高到99.50 %。

(3) 建设基于“调控一体化”的配电自动化系统，显著提升了配网管控能力，提高了配电网集约化、精益化管理水平。调度员能够更方便快捷地处理电网事故、调整电网运行方式，缩短了事故处理时间；同时也大大减轻了人员的工作强度，提高了工作效率。

经过南京配电自动化工程的建设，南京配电自动化已取得了一定的成果，配电自动化技术的推广及各项高级功能的应用已初步实现。在实践的过程中，也暴露了目前国内配电自动化建设存在的普遍性问题，除了当前进行的配电自动化改造试点线路外，南京城区还有部分配电线路设备仍处于“盲调”状态，对配电自动化系统的高级应用支撑力度不够。在配电自动化系统试运行过程中，大部分的终端缺陷和故障是由自动化二次设备及其附属设备引起的。配网一次设备现场运行环境较差，不能和厂站自动化设备运行环境相比；配电自动化终端二次部分应用类似厂站内的二次系统方式，采用大量的二次接线和端子排，且产品质量无法达到抵御恶劣环境和外部影响的要求，容易引起终端缺陷。此外，配电运检工区现有人员技术力量薄弱，人员结构老化。随着今后配电自动化终端的不断接入，技术人员力量与设备数量的匹配将产生矛盾。

5 结语

根据配电网“十三五”规划和各地配电网实际情况，全国电网都将积极规划并开展配电自动化的大规模建设。按照“总体规划、分批实施”的建设原则，南京将逐步建成覆盖城市江南8区功能完善的配电自动化系统，实现所有配电线路及设备的数据采集和监控，逐步建成以“信息化、自动化、互动化”为特征的智能配电网。

试点建设工程的关键技术的研究，为后续大规模配电自动化建设及运维过程中完善主站系统功能，终端数据大规模的接入后的网络重构，配电网在线风险评估与管理等应用功能提供了经验。此外，在深入优化配电网运行管理、检修管理等各个生产环节的基础上，还进一步探讨了配电自动化的实用化，以促进管理模式的优化转变，全面发挥配电自动化系统的技术支撑作用，提高配网生产管理的质量和效率。

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2 邓华寅，张仕焜，汪颂军，等．配电自动化终端建设探讨[J]．重庆电力高等专科学校学报，2016，21(1):43-46.

3 王加臣．基于项目管理的苏州配网自动化工程规划与建设[D]．上海：上海交通大学，2012.

4 吴 琳，郭兆成，张大巍．无线专网通信在大连配电自动化中的应用[J]．电力系统通信，2012，33(1):107-111.

5 郭松伟．变电站综合自动化改造中的风险控制措施[J]．电力安全技术，2012，14(6):12-15.

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7 IEC 61968:Application Integration at Electric Utilities, System Interfaces for Distribution Management:Part 1 Interface Architecture and General Requrrements[S]．2003．

2016-08-12。

罗 兴(1983-)，男，工程师，主要从事电网调控运行与管理工作，email:lxxl_1983@126.com。

马洲俊(1986-)，男，工程师，主要从事电网调控运行与电网规划工作。

李庆宁(1964-)，男，工程师，主要从事配电网计划方式管理工作。