配网自动化的规划建设常见问题探讨

郑丽姬

配网自动化的规划建设常见问题探讨

郑丽姬

福建省电力有限公司泉州电业局

该文总结电力系统配网自动化的要求、合理规划与建设方案，分析了电力系统配电自动化的应用现状、应用原则、应用要求及自动化模式方案，以加快配网自动化的发展，提高配网供电可靠性。

配网自动化 应用原则 建设方案

随着我国科学技术的进步和经济的发展，对电力安全可靠性和电能质量的要求越来越高，配电网作为电力系统中直接面对用户的输电系统，配电自动化是保证配电网可靠性的重要手段。配电网的可靠性指标是整个电力系统结构及运行特性的集中反映。国家电网公司提出了打造统一坚强智能电网的思路，旨在建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。

1 配电网自动化的应用现状

长期以来，由于我国电力建设资金短缺，配电网建设滞后于输电网的发展，配电网的自动化程度远低于输电网，然而目前故障停电有80%以上是由配电网系统引起的，电网有一半的损耗发生在配电网。电力作为一种商品进入市场，配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题，开展智能配网及其技术支持系统研究具有重要意义。

智能配电网是配电自动化技术的发展，配电自动化是智能配电网技术支持系统的重要内容。配电自动化技术利用现代计算机、微电子、网络及通信技术，实现配电网的运行监控及管理的自动化、信息化，以保证配电网的安全经济运行，提高供电质量及生产管理效率。

配电自动化是一个庞大复杂、综合性很高的系统性工程，包含电力企业中与配电系统有关的全部功能数据流和控制。从保证对用户的供电质量，提高服务水平，减少运行费用的观点来看，配电自动化是一个统一的整体。目前实现配电自动化大体有以下几种方式：

（1）在10kV辐射线路或树状线路采用重合器、分段器方式。由于不需配置通道和主站系统，依靠重合器和分段器自身的功能进行线路故障时的故障隔离和恢复供电，因而实施比较容易，投资较节省。

（2）在10kV环形电缆配电网络中采用重合器，配合环网柜实现配网自动化。

（3）在10kV环形电缆配电网络中采用环网柜加装FTU，并设置配电网自动化系统，环网柜可以是户外的，也可以是户内式的。

（4）我国城市大多数是由沿城市街道敷设的架空绝缘导线构成10kV配电网络。针对这种配电网络，目前采用的配电自动化方式是首先进行网络优化改造，形成多个环网或“手拉手 ”线路，使每一用户有2个供电源。

以上几种应用方式虽在各地得到一些应用，其应用效果不是很理想，由于各地经济条件、社会需求及技术发展的差异，需要优化改进的地方很多。

2 配网自动化的应用原则

配网自动化是一项综合性系统工作，最基本的条件是应具有较为完善的多路电源的配电网点，涉及到城市建设，配网规划，设备选择等一系列繁杂工程，内容丰富，技术性强。目前，配网自动化还处于起步、摸索阶段，配电网络和设备还存在许多问题需要解决，如网络环网率低，线路互供能力差，卡脖子线路较多，大量高能耗变压器及重载、过载线路需改造等。配电网自动化最基本的条件是应具有结构合理的一次网架，具有一定的备用容量和足够的负荷转供能力，具有较为可靠的设备。

2.1 配网自动化的发展应实行分期、分阶段进行

从整体上划分为两个实施阶段：

第一阶段：（1）配电自动化首先要求实现实时及准实时数据采集的两遥（即遥测和遥信）功能，在有条件、有实际需求时可考虑增加遥控功能。对馈线自动化要求实现故障告警和定位功能。（2）配电生产MIS首先实现基于GIS的自动制图和设备管理（即AM/FM/GIS）功能，在此基础上逐步实现其他相关应用功能。

第二阶段：（1）配电自动化实现遥控功能。馈线自动化在条件具备的情况下，实现故障自动隔离及恢复供电，条件具备且有实际需要时可考虑配置相关配网高级应用功能。（2）全面实现配电生产MIS功能。

2.2 配网自动化的建设原则

2.2.1采用电流控制式的原则

由于重合断路器经常有合分操作以及瞬时性故障时自动重合，使得配电开关频繁动作，导致设备可靠性降低，影响使用寿命。另外，自动配电开关有个合闸延时时间，故障时在并联组数较多的线路，最末级完成合闸的时间达几十分钟，合闸时间明显大于故障判断时间，影响供电的连续性。

2.2.2适应性原则

适应城乡经济条件的原则。结合当地实际条件，将配网自动化系统的规划设计纳入其中，统一协调配合，以保证改造后的配网在供电可靠性、电压合格率以及技术与经济效益等目标指标的实现。

2.2.3适应配电网发展的原则

配网自动化的建设应遵循“统筹考虑，全面规划；分析现状，优化设计；因地制宜，分步实施；信息共享，增强效益；充分利用，适当改造；领导重视，专业协作”原则。发展的配电网，更需要实现自动化，并逐步向智能配电网过渡。

2.2.4适应定时限保护的原则

定时限保护方式采用电流阶梯和时间阶梯重合，可使上下级保护配合方便、协调。

2.2.5实用性原则

配网自动化实施尤其应注重实用化要求，应根据实际需要适当简化功能要求，以降低运维的难度和工作量，尽量扩大覆盖范围以实现规模效益。对新上系统和设备应考虑先进、可靠、经济、实用的方针，注重性价比。

3 配网自动化的要求

配电网自动化是以实时方式就地或远方对配电网进行数据收集、控制、调节和事故处理的技术，其基本原理是将环网结构开环运行的配电网线路通过分段开关把供电线路分割成各个供电区域。当某区域发生故障时，及时将分割该区域的开关跳开，隔离故障区域；随后，将因线路发生故障而失电的非故障区域迅速恢复供电，从而避免了因线路出现故障而导致整条线路连续失电，大大减少了停电范围，提高了供电可靠性。

3.1 配网自动化对配网规划提出的要求

（1）供电线路要连接成环网，且至少具备双电源，对供电密集区甚至要考虑构成多电源供电系统。

（2）干线分段。避免线路某处出现故障，导致整条线路都连续失电，即通过分段开关的倒闸，将非故障区域负荷转移。分段原则是:根据具体情况，或按负荷相等，或按线长相等，或按用户数量均等原则；且应考虑投资效益，一般线长在3km以内的宜分3段，线路更长时，分段不超过5段。

（3）分段开关使用负荷开关，不使用断路器，这将节省部分一次设备的投资。线路发生故障后，分段开关的作用是隔离故障区域，而不是切除故障电流。故障发生后，变电站内10kV出口断路器分开，切除故障电流，此后，划分故障区域的分段开关才跳开隔离故障，此时，故障电流已经切除。

（4）分段开关不使用负荷开关，使用断路器。目前，我国开关生产厂家已经生产出作为分、合负荷电流，过载电流及短路电流用的10kV户外真空断路器。这种设备能同计算机的遥控技术和数据传输终端设备连接，能够实现遥控操作、数据信息等功能。

3.2 配网自动化的功能

1）通过系统监测功能及时发现用户计量表故障，防止窃电，避免用电量损失。具备可靠、高速率的通讯。具备完善的、能识别故障电流、满足室外恶劣环境的故障控制器，以及实现断路器远方操作。

2）通过系统监测功能及时计算线路线损，使线路能在最佳的经济状态下运行。系统的电量控制和功率控制可促进电费回收。配电网自动化的主站系统应具有扩充性和开放性功能，主站软件功能完善、硬件上有足够的处理速度和裕度。

3）通过实时监控系统监测每条线路上的负荷运行情况，及时发现不安全因素，消除事故隐患，使配电网安全运行。

4 配电网自动化模式方案

配网自动化的目的在于提高供电可靠性，减少停电时间，提高配网的运行管理水平，提高客户的服务质量，增加用户的满意度。

4.1 馈线自动化模式

1)就地控制模式，即利用“重合器+分断器”的方式实现。

2)计算机集中监控模式，即设立控制中心，馈线上各个自动终端采集的信息通过一定的通信通道远传回主站。在出现故障的情况下，由主站根据采集的故障信息进行分析判断，切除故障段并实施恢复供电的方案。

3)就地与远方监控混合模式，采用断路器，智能型负荷开关，并且各自动化开关具有远方通信能力。这种方案可以及时、准确地切除故障，恢复非故障段供电，同时还可以接受远方监控，配电网高度可以积极参与网络优化调整和非正常方式下的集中控制。

4.2 通信方案

配网自动化的通信包括主站对子站、主站对现场终端、子站对现场终端、子站之间、现场终端之间的通信等广义的范围。通信是实施配网自动化的一个重点和难点，区域不同、条件不同，通信方案也多种多样，主要有光纤、有线电缆、电力载波、微波、扩频等，但就目前配网自动化技术不够成熟的情况下，采用混合通信方案比较符合实际。

4.3 变电站主断路器与馈线断路器配合方案

由变电站出线保护开关和馈线开关相配合，并由两个电源形成环网供电方案。也就是说，优化配网结构，推行配电网“手拉手”站电变，出线保护开关具有多次重合功能，重合命令由微机控制，线路开关具有自动操作和遥控操作功能，远动装置，事故信息、监控系统由微机一次完成。设备与线路故障由主站系统判断，确认故障范围后，发令使故障段开关断开。

4.4 自动重合器方案

此方案是将两电源连接的环网分成有限段数，每段线路由相邻的两侧重合器作保护。故障时，由上一级重合器开断故障，尽可能避免由变电站断路器进行分合。当任一段发生故障时，应使故障段两端重合器分断，对故障进行隔离，线路分支线故障由重合器与分断器动作次数相配合来切除。

4.5 自动重合分段器方案

每段事故由自动重合分段器根据关合故障时间来判断。此方案在时间设置上，应保证变电站内断路器跳开后，线路断路器再延时断开。然后站内断路器进行重合，保证从电源侧向负荷侧送电，当再次合上故障点时，站内断路器再次跳开，同时故障点两侧线路断路器将故障段锁定断开，确保再次送电成功。

目前我国配电自动化系统的建设重心尚不是全面推行馈线自动化系统的建设，而是优先发展以实时监控为基础，提高配电网运行管理规划水平的综合管理信息系统。从提高供电可靠性的目的出发，由于馈线自动化的主要作用是减少故障停电时间，对于计划停电无能为力，因此，我国的配网自动化建设也需要根据自身的条件和需求进行建设。我国许多城市的电网建设及基础管理比较好，用户对供电可靠性及服务质量提出了更高的要求，完全有必要上马包括馈线自动化在内的配网自动化系统，以进一步提高电网运行管理水平。

5 配网自动化实施中应注意的问题

5.1 后备电源应具有较高的可靠性

配电终端设备中的电源用于控制开关动作，正常情况下从线路中取得，因此，线路失电后的后备电源应具有较高的可靠性。

5.2 对运行人员提出较高的要求

实施配网自动化降低了运行人员的劳动强度，提高了劳动效率，使运行人员对网络的运行状况掌握得更全面、更快捷，为供电企业创造更好的经济效益和社会效益。配网自动化的实施，改变了配电网传统的运行管理方式，但对运行人员提出了较高的要求。

5.3 要做好配网自动化的规划

配电自动化系统涉及专业多、覆盖面大，系统接入设备型号繁多，通道形式多样，相关技术标准尚未统一。因此，配网自动化的规划是必不可少的，配电自动化系统的建设应保证系统的兼容性、开放性、安全性、先进性与实用性，避免因系统发展和技术进步引起大规模改造甚至推倒重来。

5.4 户外运行环境对开关设备、配电终端设备提出更高要求

配电线路设备的户外运行环境，对开关设备、配电终端设备等提出了更高的要求，必须考虑雷击过电压、低温和高温工作、雨淋和潮湿、腐蚀、风沙、振动、电磁干扰等因素的影响，在开关的外绝缘材料、电子设备的设计、元器件的筛选等方面综合考虑其性价比。

5.5 坚持建设与管理并重

配网结构调整和设备改造频繁，图形参数维护工作量巨大，在配电自动化系统设计和建设中，应充分考虑运行维护的业务流程设计，评估配电自动化系统投运后的管理成本，提高系统的投入产出效益，坚持建设和管理并重。

5.6 要实现整个电网模型、图形统一创建和维护

配电自动化系统的数据维护，完善配网GIS与配电自动化系统的数据接口，实现GIS图形参数的全模型和增量模型自动导入，确保配电自动化系统的数据质量，避免重复维护图形数据。完善配网GIS与主网系统的模型拼接，按照IEC61970/61968等标准升级和扩展各自动化系统，做好安全防护，做到系统统一维护。建立配网图形参数的维护流程，提高GIS数据质量，确保系统维护质量和维护效率，实现整个电网模型、图形的统一创建和维护。

5.7 配电自动化终端设计及设备选择

配电自动化终端设备的选择在通信方式选择上优先考虑利用已有的光纤通道资源，兼容电缆屏蔽层载波、GPRS/CDMA、Wimax等灵活多样的通道方式，优选出最佳通信方式组合。在终端设备选择和配置上，采用系统供电和电池相结合的混合供电模式，提高系统免维护运行时间。将配网自动化作为配网建设和改造的必备条件，将配电自动化系统终端纳入配网标准设计，确保系统覆盖率。

6 结束语

电网改造将给配网自动化技术与可靠性水平带来前所未有的发展机遇，电网应在未来的几年内加速网架结构建设和配网自动化系统建设，提高供电质量和供电可靠性，以满足现代化建设的供电需求。对此，应该及早规划建设适应现代化需求的配网自动化系统。随着计算机软硬件技术的发展，将会有越来越多的新技术应用于配电网中，配网自动化技术会逐步成熟，为配电网安全高效的运行提供技术保证。随着电力市场化的实行，供电企业对配电网运行的安全性和经济性要求越来越高，配网自动化是解决这一需求的必由之路。我们相信，配网自动化建设必将为我国的配电网发展作出巨大贡献。

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