关于建设稳定实用的配电自动化系统的思考

袁钦成

（中国电力科学研究院北京科锐配电自动化股份有限公司，北京 100085）

1 引言

配电自动化技术国际上是从20世纪70年代才开始应用的，目前还在不断发展和完善之中。国内从20世纪90年代后期开始局部试点，取得了一定的经验，也有不少教训。其中比较引人关注的问题主要是配电自动化系统的实用性和稳定性问题。本文结合10多年来的配网自动化工程实践，探讨配电自动化工程实施中的一些关键问题，从实用化的角度提出一些配电自动化的方案建议，供电力系统有关部门在进行配电自动化系统的规划和实施时参考。

2 已有的配电自动化系统存在的一些主要问题

（1）追求配电自动化系统的大而全，系统投资很高、经济性不好

20世纪90年代末，随着城网改造，一些配网自动化系统缺少规划，匆忙上马，缺少针对性，什么功能都想要，什么系统都想上，又缺少仔细规划和协调，导致一些自动化系统投资不少，但实用的功能不多，因此显出投资与回报不平衡，系统性价比差，经济性不好。

（2）结构复杂导致可靠性低、同时维护困难。大多数供电局配网运行人员的技术水平不适应一些自动化系统设计复杂性的要求，在标准化程度不够高的情况下，多个不同的自动化系统集成也不成功。由于系统涵盖的技术专业面比较宽，而配网运行部门又缺乏相应的高水平技术人员，所以导致系统维护困难，或者缺少维护人员甚至没有人去维护。

（3）通信瓶颈问题

在过去已有的配电自动化系统中，通信是个瓶颈问题。往往由于通信通道故障而导致已有的系统运行效果不理想，甚至瘫痪。

很多系统选择了光纤通信，但由于配网结构复杂，导致配网的光纤通信通道复杂，特别是延线路铺设的光缆运行环境也不好，所以光纤通道经常由于物理损伤而中断。往往在一个供电局内配网线路上的通信通道缺少专业队伍和专业人员维护，故障一多，久而久之通信就瘫痪了。通信的瘫痪也导致了很多依赖通道的自动化功能失效。

（4）故障处理的原则问题

故障处理是配电自动化的一个重要内容，很多系统故障处理方式是单一的主站集中控制的处理模式，而主站集中处理模式能完成故障处理的条件是：①通信信道完好；②主站计算机软硬件系统稳定正常；③故障处理基于计算机上的配网网络拓扑结构与现场一致；④现场FTU设备和通信装置运行正常。

上述4个要素经常不能同时满足，特别是对于规模较大的系统更是如此，这也导致绝大多数系统的配网故障自动处理功能在运行一段时间后就失效了。

3 建设新的配电自动化系统应该考虑的原则

总原则：稳定可靠、实用、先进性与经济性相结合。

（1）稳定可靠需要从两个方面考虑：一方面是系统的稳定可靠，另一个方面是设备的稳定可靠。

要保证系统的结构不能太复杂，系统在设计时就必须考虑各种情况下的可靠性。主站系统在设计时要考虑系统的结构清晰、简单、模块化、标准化，以保证系统各模块的稳定性和系统集成时的稳定性。

对于配网的故障处理（故障自动隔离、自动转供和恢复供电）原则应该考虑在各种运行状态下故障处理的可靠性。因此最适当的故障处理的控制原则应该是：①故障尽可能就地处理；②分层分布式控制：局部故障局部处理（一个电气环内的开关自己互相协；③集中控制和分布式控制相结合。

故障处理的目标是：停电范围最小、停电时间最短。

中国大多数配网是简单的手拉手环网，采用分布式智能控制原理很容易实现故障的就地处理，而它不依赖于主站和通信系统，使得系统的可靠性大大提高。

从实用性要求角度看，运行单位要因地制宜，根据各单位的特点选择最适合本单位的自动方案来实施。需要综合考虑现有配网络结构、设备情况、资金规模等选择最能见效的方案实施。比如某些地方只需要故障指示和定位，某些地方只需要故障定位和隔离和基本监测，某些地方需要三遥。而主站也可以分为两大功能：配网实时监控自动化和配电管理自动化，既可以考虑同步实施，又可以考虑分步实施。但必须综合规划，统筹考虑各方案的特点，可以分步、分期实施、逐步升级。

（3）先进性

先进性是指系统设计理念的先进性，系统规划有前瞻性，使用稳定有效的先进技术设备，但不应该理解为就只是使用最新的技术和设备。实际上有些新技术由于缺少时间验证可能反而是不稳定的因素，所以应平衡两者的关系。

（4）如果该系统综合考虑了稳定可靠、实用和先进性，该系统的经济性自然就不会差。

4 几种配电自动化系统的方案介绍

（1）方案一：故障指示器和故障远程指示的故障定位系统（电力系统、架空系统）。

目的：实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间。

设备：故障指示器＋通信终端。

传统的管理模式已跟不上电力发展的要求，安全工器具管理制度不完善，使得安全工器具的入库存放、出库使用、检测维修等方面得不到细致的管理，并且没有对安全工器具的具体情况进行相应的记录；管理体系中存在很多不足，例如素质水平低，考核制度缺乏，运作效率低等。

特点：不需要改造一次设备、投资省、见效快、容易实施、容易推广。

安装故障指示器是近年来供电部门使用的一种有效地指示故障位置的手段。故障指示器是一种安装在电力线（架空线，电缆及母排）上，指示故障电流通路的装置。大多数故障指示器仅可以指示短路故障，它通过检测短路电流的特征来判别短路故障，通过在分支点和用户进线等处安装短路故障指示器，可以在故障后借助于指示器的指示，迅速确定故障分支和区段，大幅度减少了寻找故障点的时间，有利于快速排除故障，恢复正常供电，提高了供电的可靠性。近年来，还发展了具有同时检测单相接地故障和相间短路故障的二合一故障指示器，使得指示器的功能进一步扩展。在此基础上配合安装一定数量的通信终端，可以将故障指示器的动作状态发送到控制中心，在控制中心的计算机地理图上或单线图上直接定位故障点，大大提高了故障指示器定位故障的自动化程度和故障处理效率，是一种最经济实用的自动化方案。故障指示器技术和故障自动定位技术也是在德国等欧洲国家和美国等广泛使用的自动化技术。

（2）方案二：在故障定位系统基础上升级的二遥系统

目的：实现实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间；实时监测电流和开关状态，实现对电网的基本监测。

设备：故障指示器＋监测终端。

特点： 不需要改造现有一次设备、投资省、见效快、容易实施、容易推广。

在故障自动定位系统的基础上增加线路电流的测量和监测，在很多情况下可以更进一步的满足我们对配网的基本监测要求。而利用故障指示器本身作为电流测量探头，正常情况下监测负荷电流并定时上送，故障情况下检测故障电流并给出故障指示的技术已经获得突破，将大大提高该自动化方案的实用性，使得我们不需要对现有任何一次设备进行改造，即可实现对配网的两遥监测（遥测、遥信）。

（3）方案三：分布式智能控制方案

目的：实现故障自动隔离和自动转供电。

设备：电动开关＋智能控制器。

特点：投资省、见效快、可靠性高、不需要通信。

这是在原来的电压分断器、电流分断器、重合器技术基础之上发展出了的一种技术。通过给电动负荷开关、断路器配置一台智能自动化装置，综合监测线路电流、开关两侧电压、结合开关状态的检测，在故障情况下可以自主判断故障位置，自动跳开故障区段的两侧开关，自动合上联络开关，实现故障区段的自动隔离和非故障区域的恢复供电。在增加通信装置后，可以自动升级为标准的FTU，实现三遥（遥测、遥信、遥控）功能，比较适合手拉手供电的环网系统使用。

（4）方案四：网络式保护＋分布式智能控制方案

目的：实现故障的就地清除，故障时变电站不跳闸；同时实现故障自动隔离和自动转供电。

设备：电动开关＋智能控制器＋局部通信。

特点：停电范围最小、停电时间最短、效率高、投资省、见效快、可靠性高。

这是在上述方案的基础上，增加局部光纤通信，环网内的各FTU互相交互信息，在故障后毫秒级的时间内直接跳开离故障点最近的两侧开关，变电站出线开关不需要跳闸，使得停电区域最小，同时联络开关自动合闸转供，保证停电时间最短。适合具有光纤通信通道的场合。特别需要说明的是，即使在网络通信失效的情况下，该环网中的设备也会自动转为方案三工作，从而保证故障处理的功能不会丧失。

（5）方案五：实用SCADA主站＋网络式保护＋分布式智能控制＋故障指示器定位

目的：实现目的1、2、3、4，同时可对关键位置和设备进行远程监控，实现三遥。

设备：故障指示器＋电动开关＋智能控制器＋必要的通信通道＋实用的主站计算机系统软硬件。

特点：①故障可以定位到分支和区段；②但大多数场合不需要改造现有一次设备，经济性好；③故障处理以就地为主、主站为后备，可靠性高；④只在关键位置实施三遥，投资不大；⑤主站根据需要选择功能、决定规模，投资小、实用，也满足调度自动化要求。

上述几种自动化方案既可以独立实施，也可以组合实施，各单位根据自己的实际情况选择。通信通道也可以根据需要选择，比如在只需要一遥和两遥的地方使用GSM/GPRS通信，在需要三遥的地方使用光纤通信。

5 实用的配电自动化系统的终端设备要求

（1）配电自动化终端是自动化系统中的末端设备，负责信息的上传和接收。由于自动化方案的不同，故可以根据需求不同选择配置不同功能的终端，以满足实用的要求。

（2）终端设备应采用的模块化的设计要求，以方便维护、更换、升级。

（3）终端设备的电源解决方案。

1）没有交流电源的问题

一般三遥终端需要进行开关的电动操作，因此需要的电源功率相对较大，在没有 220V交流电源的场合，可以使用 PT供电，由于只需要几十伏安的功率，所以一般 PT即可以满足电源要求，同时也可以作为电压测量信号使用。

对于只需要一遥系统的场合，终端可以使用低功耗的设计技术，从而可以使用CT作为主供电源，尤其是电缆系统中安装开口的套管CT很容易实现。而在架空系统中外加套管 CT不容易实现，可以使用太阳能电池作为主供电源。

2）后备电源的问题

一般使用蓄电池作为后备电源，但蓄电池寿命有限，尤其是户外，因此存在定期维护的问题。对于不需要交流停电后长时间工作的场合，都可以使用其他替代方案（如超级电容），以最大程度的减少维护工作量。

（4）终端设备的其他要求

终端设备还应该满足通常防雨、防潮、耐低温、耐高温、防振、防撞等要求。

满足电快速瞬变干扰、脉冲群干扰、浪涌冲击、静电放电、工频电磁场、辐射电磁场干扰等 EMC试验要求，同时所有对外接口都有较好的防雷电、高压冲击等安规措施。

袁钦成（1959-），1985年获中国电力科学研究院工学硕士学位，现为中国电力科学研究院教授级高工、北京科锐配电自动化股份有限公司技术总监，主要从事配电自动化技术及配电系统故障检测技术的研究，在国内外发表学术论文三十多篇。