配电运行自动化在电力系统中的应用

国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 董 云

1 配电系统自动化的解译

配电自动化系统是实现配电企业以配网调度管理为导向，实时和管理相结合， 集数据采集、配网监控、故障处理、配网应用分析、配电生产管理功能于一体，为供电企业提高供电可靠性、提高服务质量。

2 配电自动化的主要特点及功能

2.1 主要特点

一是配电网的许多设备一般都是装在电线杆上，按照配电线路长度进行安放，所以典型的配电网多为辐射型结构；二是在配电网内通常安装RTU 的数量要多一个量级（与相连的输电系统的数量比较），一处配电网设备的总数据量约比一个输电变电站的数据量少一个数量级；三是一般配电网的数据库规模数量级达到万级，要大一个比与之相连输电网数据库数量级；四是输电网可以实现远程监控大多数现场设备，而配电网内大多数的现场设备都是人工操作；五是配电网的网络接线变化，在开关安装位置很少出现，一般在出事地点发生变化；六是配电网设备名目和数量大而繁多，且面临需方负荷经常变动，所以要进行频繁的检修和更新；七是配电网中不但有供方设备，而且需方的设备数量也比较多，有时还有包括联合循环发电在内的自备电源；八是配电网通信系统的特点负荷、远程读表装置类型较多需要具有多种通信方式，主要任务是承担传输数据和通话[1]。

2.2 主要功能

2.2.1 配电网的SCADA 功能

通过利用配电网的监测装置收集实时数据并处理数据，同时起到监视和控制配电网的作用。

2.2.2 高级应用软件包括负荷预测；网络拓扑分析；状态估计；线损计算分析；潮流计算；电压/无功优化。

2.2.3 配电网故障定位与故障隔离功能在正常状态下实时监视；在故障时隔离线路故障区段，对非故障区段恢复供电。

2.2.4 负荷控制功能

进行负荷预测，根据调度自动化的要求进行负荷控制；当负荷高峰期，切除不重要负荷，保证重要负荷不停电。

2.2.5 地理信息系统

引入GIS 配电网自动化系统中，电力线路、设备的地理位置信息标明在地图上，方便管理和维修电力设备，寻找和排除设备故障；在计算机系统硬件和软件的支持下，“地理信息系统GIS” 对地理分布数据在地面或空间层面进行相关的采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统；SCADA 动态着色；配电网带电状况；潮流、电压分布；自动提供受其影响的用户、变压器和线路清单。

3 配电自动化系统的意义

可以使供电可靠性得到全面提高，在配电系统设备及线路发生故障时，快速巡检和排查，使停电的时间和面积大幅度降低， 处理故障恢复正常运行，自动化系统60min，人工90min（33%），正常运行时，可以使供电能力提升和扩大，使线路损耗降低以及供电质量提高，确保供电安全。

4 馈线自动化

馈线（配电线路）自动化，正常：监视馈线开关的状态、电流、电压线路开关的合闸、分闸操作。故障：隔离故障区对非故障区恢复供电[2]。

4.1 重合器

一是重合器的主要作用是检测、切断（给定时间内）故障电流、对给定次数重合进行整定的控制装置，起到控制和保护功能的智能化开关。

二是重合器的主要的技术参数及应用。重合器有许多技术参数其中以额定电压、额定电流、短路开断电流、最小脱扣电流、时间——电流特性最为重要。

三是重合器的工作原理。一般可整定为“一快三慢”“二快二慢”和“一快二慢”的组合，这里“快”指快速分闸，一般动作时间不大于0.06s，快速分闸一般设定在第一、二次，主要目的是消除瞬时性的故障，保护线路设备。后面几次的动作可设为慢动作，即为延时分闸，这种延时使得与线路上各分段点设置的分段器、熔断器进行配合，分断故障点。重合器可以实现按照事先制订好的程序接收遥控信号，对故障进行自动操作（自动定位、隔离、恢复供电）的功能，智能和自动化程度更高（与断路器相比）[3]。

4.2 分段器

重合器在性能上具备切断短路电流的能力，而分段器的性能是闭合短路电流、切断负荷电流。从价格上，比重合器要低廉。功能与电源侧前级主保护开关配合，在无压情况下自动分闸；工作状态正常；闭合瞬时性故障；若干次重合后闭合永久性故障；若干次重合后断开，闭锁。

4.3 故障指示器

短路故障指示器指示故障发生的主要依靠是指示牌转动位置或颜色的变化或灯光的闪动（用的是电磁原理），当发生故障（指示器指示）后，通过采取手动复归（人工）或经过延时利用线路恢复正常后通过附和电流来自动复归。

4.4 系统终端

4.4.1 FTU

安装在配电网馈线回路的柱上和开关柜等处并具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测(或利用故障指示器检测故障)等功能的远方终端。

4.4.2 FTU 的性能要求

需要具有遥信功能；遥测功能；遥控功能；统计功能；对时功能；事件顺序记录（SOE）；事故记；定值远方修改和召唤定值；自检和自恢复功能；远方控制闭锁与手动操作功能；远程通信功能；抗恶劣环境；具有良好的维修性；可靠的电源。

4.4.3 DTU

安装在配电网馈线回路的开闭站和配电所等处，具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测(或利用故障指示器检测故障)等功能的远方终端。

4.4.4 TTU

用于配电变压器的各种运行参数的监视、测量的远方终端在馈线自动化系统中，往往还要对配电变压器进行远方监视，采集数据，并以这些运行参数作为考核和经济运行分析的依据，还可作为安全运行的监视手段。

4.4.5 监控单元

为分布主站功能、优化信息传输及系统结构层次、方便通信系统组网而设置的中间层，实现所辖范围内的信息汇集、处理以及故障处理、通信监视等功能。

5 配电自动化在电力系统的主要应用

5.1 智能配电系统整体应用

提供智能配电一次设备、配电自动化终端、故障指示器、配电通讯网络以及配电子站、主站的全面的智能配电系统解决方案。

5.2 配电自动化电缆线路应用

主要应用于配网电缆线路实现对回路馈线的监控、故障判断、切除、隔离故障区域和对非故障区域恢复供电；可根据用户需求选用短信、无线或光纤等多种通讯方式与配电主站系统进行实时通讯管理 。

5.3 智能配电网超宽带无线通信应用

基于第四代4G 无线通信技术TD-LTE 应用于配电自动化、计量自动化以及配电网视频监控业务等 提升了配网通信网络建设的灵活性和可靠性；降低部署成本、减少维护费用宽带无线有效解决了光纤部署施工难的问题实现了新老城区的无缝覆盖；配电自动化、计量自动化以及输电线路视频监控等业务由无线宽带专网统一承载维护简单有效降低了后期维护人员工作强度及整体运行费用 提升消费者满意度通过提高电网智能化程度既改善了电能消耗方式促进节能降耗又提高了供电可靠性通过向消费者提供优质供电服务提高用户满意度。

5.4 故障自动隔离的实现应用

故障信息的检测提取功能包括功率方向信息；通过GOOSE 通信向其相邻开关的智能FTU 发送故障信息功能；接收来自其相邻开关的智能FTU 发来的故障信息的功能；按照判定规则判定故障信息是否在本配电区域实现故障定位；根据故障定位判断结果分段开关发出跳闸或闭锁命令实现自动隔离故障，联络开关发出合闸或闭锁命令实现自动恢复供电（全区域）；相邻下级开关应该跳闸但没有跳闸时开关拒动、失灵等控制本开关立即跳闸 。

5.5 配电自动化架空线路应用

主要应用于配网架空线路实现对回路馈线的监控、故障判断、切除、隔离故障区域和对非故障区域恢复供电；可根据用户需求选用短信、无线或光纤等多种通讯方式与配电主站系统进行实时通讯管理。

5.6 配电管理系统（DMS）的通信应用

配电自动化管理系统主要采用的是配电线载波通信、电话线、调幅（AM）调频（FM）广播、甚高频通信、特高频通信、微波通信、卫星通信、光纤通信等多种形式的通信方式，典型的通信方案。

一是主站与子站之间，使用单模光纤。二是子站与FTU 之间，使用多模光纤。三是数据转发（TTU 与电量集抄系统），可以利用有线（屏蔽双绞线）方式采用现场总线（如RS485，CAN 总线、Lon-Works 总线等）通信。

5.7 远程自动抄表计费系统应用

电能自动抄表系统的作用和目的是利用计算机通讯网络技术的遥测、传输功能将用户用电量（用户电能表记录数）等数据获取汇总到控制中心的自动化系统，是可以替代人工抄表的远程自动抄表系统的典型应用方案。

总线式抄表系统是由电能表、抄表集中器、抄表交换机和电能计费中心组成的四级网络系统。总线式抄表系统如图1所示。

图1 总线式抄表系统

6 典型案例

广东珠海TD-LTE 无线专网工程项目，该项目为南方电网珠海试验局TD-LTE 无线专网工程也是利用华为的TD-LTE 的电力无线设备部署的全球第一个TD-LTE 的电力无线专网快速实现了配电终端与主站的安全高速互联，如图2所示。

图2 TD-LTE 无线专网工程

广州配电自动化项目，广州配电自动化建设实施项目，根据广州供电局的特殊要求提供多电源可选的终端设备锂电、超级电筒、铅酸模块化设计可实现模块自检并满足远程维护等客户需求实现配电自动化系统的故障的定位、隔离、恢复，如图3所示。

图3 终端设备模块化设计

浙江杭州配电自动化项目，浙江杭州配电自动化建设工程，根据杭州供电局要求电源设计为48V蓄电池充分考虑远程和就地的维护实现配电自动化系统的故障的定位、隔离、恢复实现配电自动化的三遥、二遥监测控制向配电主站上报监测信息对配电线路进行有效的监控保护。

7 结语

我国的配电网自动化技术作为一种新兴的技术有了一定程度的发展，有着广阔的发展前景，配电自动化在技术上逐渐完善和成熟，达到绿色环保和节约成本的目的，将来配电自动化系统在电力系统中的应用会更加广泛。