10 kV电力配电网自动化网络的设计分析

2018-08-14徐光会刘鸿昌

通信电源技术 2018年6期

徐光会，刘鸿昌

（河北省顺平县供电公司，河北顺平 072250）

0 引言

随着我国电子技术的不断发展，智能电网成为电网建设的主要发展方向，能够更好地实现经济可持续发展。配网自动化是智能电网的重要组成部分。其主要内容是通过计算机技术与现代通信技术对配网数据和用户数据进行有效集成，构建出一套完整的自动化系统，最终实现配电网运行与控制的智能化。笔者以配网自动化改造为基础，对10 kV电力配电网自动化网络进行设计分析[1]。

1 整体设计原则

首先，在电力配电网络设计过程中，不仅需要设置系统内部的自动化节点，还要针对负荷管理进行统一的设计，确定调度权限与管理范围。其次，设计过程中要始终明确设计目的，即通过快速故障查询和快速电力恢复提高系统供电的稳定性。在一次主线设计过程中，需要尽可能满足可靠性需求，因而可选用双电源接线。此外，在两条接线之间应设立一个联络开关，且使其处于备用状态，一旦出现电源失电现象，联络开关会采取自动切换，保证系统正常运行。最后，在设计过程中，需要考虑供电分区和负荷情况，进行较为合理的分段处理。通常情况下，两分段间的距离需要小于1 km。只有在城郊地区才可使用放射型供电接线，且要在主干线和支线上设置相应的分段开关。

2 设计方案分析

在我国配网自动化领域中，分布式分层体系结构的应用最为广泛。其主要包含了三层结构，分别为设备层、主站层以及子站层，通过这样的一个分层结构，可以进一步提高配网的安全性以及稳定性[2]。配网自动化系统整体结构如图1所示。

图1 系统结构图

2.1 配电终端

作为配电系统的基础构成，配电终端主要利用先进传感器技术，收集一次设备的数据与状态信息，并进行传输。FTU、TTU与DTU分别是馈线终端单元、变压器检测单元和配电终端单元。其中，运用TTU实现对变压器相关参数的采集，用FTU对出现的故障进行检测，相关电力设备的保护工作则通过DTU实现。

2.2 配电主站

作为配电系统最为核心的组成部分，配电主站的主要功能是汇总并处理配电子站层采集到的实时数据。通过对数据的分析，可以了解配电网整体的运行状态，有助于实现对配电网的有效管理与控制，保证系统长期处于稳定状态。主站层具备显示功能，可以进一步确保系统的稳定性。此外，双套服务器以及AB双结构的使用提高了系统的安全性，而且通过使用磁盘阵列存储相应的关键数据，数据安全得到进一步保证[3]。整体的框架结构如图2所示。

该系统的软件结构主要分为技术的实际使用层与支撑层。在软件结构设计过程中，需要确保接口和硬件设备符合国际的相关标准。此外，应使用能够移植作业的操作系统，如UNIX和WINDOWS系统。在软件交易平台中，应配备实时的数据库、历史数据库以及网络任务管理。软件结构如图3所示。

图3 软件结构示意图

2.3 配电子站

一般情况下，配电子站属于区域工作站。其主要用于对站内设备进行数据采集和监控管理，并将采集信息传送至主站层，接着将主站层所传达的指令下发到配电终端。

在通信方面，配电子站能够为不同种类的通信规约提供支持，实现光纤协议与网络之间的通信协议。同时，配电子站包含以太网接口、Lon Works与RS485等多种接口，具备报警和监视功能。

3 配备EPON技术的通信系统

3.1 EPON技术在配网自动化中的应用

通信系统设计的目的是更好地实现远距离控制。在设计过程中，要对自身的稳定性、安全性以及通信能力进行充分的考虑。当前，EPON技术是大多数系统的首选，可以凭借一根光纤实现上下行信息的同时传输且相互之间不存在影响。EPON技术主要由OLT、ONU以及ODN组成的。其中，OLT代表光线路终端，ONU表示光网络单元，ODN则代表光分配网络。ODN的光纤接口主要由OLT提供，而OLT作为控制中心，通常位于中心机房内。对OLT与ONU无源设备的连接主要是通过ODN实现的。ONU作为终端设备，一般位于用户侧，可凭借自身太网口实现终端设备与主站层的实时通信。EPON技术功能的实现往往离不开WDM技术，后者不仅可以凭借一根光纤实现1 Gbps带宽，同时能够实现分光下行，在很大程度上节省光纤资源。此外，EPON技术具有极强的覆盖能力。若分光比为1：64，可以成功覆盖10 km范围内的区域。

3.1.1 网络性能业务保护

通常，自动化网络的健壮性取决于网络的抗单点和多点失效性。在EPON系统中，每一个ONU设备都是利用POS进行组网，且使用方式为并联。因此，当ONU设备接收到来自OLT设备的光信号时，将不会对其他的ONU产生影响。大多数情况下ONU会对双PON口作出支持，进而可以形成主干光纤1+1保护和支路的1+1保护。若经由ONU检测，主干光纤发生中断，系统会进行快速切换，使用备用光纤执行工作。

3.1.2 网络性能扩容性

配电网自动化属于周期较长的工程项目。因此，需要确保其通信系统具备良好的扩容性。与传统光传输网络相比，EPON系统进行网络扩充只需将分光器和ONU添加到设备上即可，对于节点设备的数量并没有明显的限制，同时也不需要花费太多的成本。鉴于光接口板和SFP光模块的价格远高于无源分光器，ONU设备的价格是远远低于SDH/MSTP设备和工业交换机的。

3.2 EPON技术通信系统设计

用EPON技术进行组网具备链型和环形两种保护形式。无论采用哪一种方式，都能在很大程度上减轻光纤故障带来的影响。较为典型的手拉手结构如图4所示。

图4 EPON系统手拉手结构图

在图4中，OLT0与OLT1被分布放置在两个不同的变电站中，ONU则被放置在箱变或电缆分接箱。如果出现电缆中断或其中一个OLT失去效用，该系统仍能够实施相应的保护。通过将BNU接入到所有OTL，能够使整个系统达到全光保护倒换的目的，且不需要变动原有的光纤结构[4]。

4 一次设备系统设计分析

4.1 设计需求

配电网一次设备系统的设计需要满足以下需求：（1）选用稳定性高且能实现电动操作的开关设备，减少后期不必要的维修；（2）充分的考虑配电终端安装所需空间与安装位置，问题，提前做好预留；（3）获取供电终端的供电电源信息时应配备相应的互感器；（4）加设备用电源。

4.2 系统设计

以10 kV架空线路为例对一次设备系统设计过程进行分析。其整体配置方案如图5所示。

LB（联络开关断路器）主要使用10 kV柱上断路器自动化设备，若主干线长度未超过3 km，便不需配置馈线自动化开关。当主干线的长度为3～8 km，需要配置馈线自动化开关。而当主干线过长，超过8 km，则需配备柱上自动化开关。ZB（分界断路器）可以根据现场实际环境决定是否设置。若现场环境较复杂，且支线长度达到1 km，则需配备相应ZB。通常情况下，支线长度达到3 km才可以进行ZB的配备。FB（分段断路器）的配备方式与LB相同，均使用10 kV柱上断路器自动化设备。

在实际设计过程中，技术人员为更好地加强线路分段能力，往往采用柱上开关作为分段开关。针对故障信息的指示可通过故障指示器实现。