论文部分内容阅读
摘要：随着科技的进步和电力行业的蓬勃发展，社会对供电可靠性和供电服务的要求越来越高，而配电网规模进一步扩大，配电网运行管理难度却越来越大。随着配电自动化技术的日趋成熟和实用化程度的提高，配电网自动化是提高配电网供电可靠，提高配电网的安全运行和管理效率的有效技术手段。
关键词：配电网；主站、终端；馈线自动化运行
文章编号：1674-3954（2013）09-0258-02
配网自动化是以一次网架和设备为基础，利用计算机及其网络技术、通信技术、现代电子传感技术，以配电自动化系统为核心，将配网设备的实时、准实时和非实时数据进行信息整合和集成，实现对配电网正常运行及事故情况下的监测、保护及控制等。
配网自动化系统主要由配电自动化主站、配电自动化终端及通信通道组成，主站与终端的通信通常采用光纤有线、GPRS无线等方式。
1 配电自动化主站
配电自动化主站主要是对整个配电网的监测、控制和管理，完成配电网信息的采集、处理与存储，并进行综合分析、计算与决策，并与配网GIS、配网生产信息、调度自动化和计量自动化等系统进行信息的共享与实时的交换。配网自动化系统主站的支持平台应具备开放性、实时性、可靠性和实用性等原则。
2 配电自动化终端
配电自动化终端主要安装于配电房、环网柜、开闭所（开关站）、箱式变电站、柱上开关等处，是用于采集配电设备运行故障信息和进行控制的终端设备。其功能主要是信息采集和处理、接受并执行遥控指令、事件记录及上报、闭锁功能、电源失电保护及通信等。根据应用场合不同分为配电房配电自动化终端（DTU）、架空线馈线自动化终端（FTU）。
2.1配电房配电自动化终端（DTU）
站所终端DTU一般安装在户外小型开闭所、环网柜、常规的开闭所（站）、小型变电站、箱式变电站等位置，主要是对开关设备遥信、遥测数据的采集，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。部分DTU还具备了保护和备用电源自动投切的功能。
2.2架空线馈线自动化终端（FTU）
架空线馈线自动化终端（FTU）适用于10kV架空线路的分段开关和联络开关的监测和控制，按照控制逻辑可设置成电流型、电压时间型两种工作模式。电流型工作模式，可采集三相电流、两侧三相电压和零序电流。具有过电流保护功能和零序电流保护、两次自动重合闸功能和闭锁二次重合闸功能。电压时间型工作模式，具有延时合分闸功能，开关合闸逻辑闭锁功能，非遮断电流保护功能和可检测零序电压，零序电压保护功能。
3 配網通信方式
随着通信技术的发展，目前可供使用、选择的通信方式有多种多样。主要有光纤通信、架空电缆或地埋电缆、配电线载波、租用电话线、有线电视网（CATV）等、GPRS/CDMA、一点多址微波、传统无线电通信（AM、FM、PM等）、卫星通信、集群通信、宽带无线WiMAX等。配电网自动化对通信系统的要求，主要取决于要实现自动化的整体规模、自动化系统的功能要求、预期达到的自动化水平、配电网自动化进展等。配网通信一般采用主干层和接入层两层结构组网，配网主站系统至变电站的主干通信网一般采用光纤传输网方式，变电站至配网终端之间的接入部分主要有以下几种：
（1）工业以太网通信。有源光网络利用工业以太网技术，主要优点有技术成熟、性能稳定、组网灵活、便于升级扩容等，适合高温、潮湿和强电磁干扰等非常恶劣条件环境下的应用。不足之处是点对点结构纤芯存在资源浪费、投资相对较高等缺点。
（2）无源光纤通信。无源光网络利用以太网无源光网络（EPON）技术，采用点到多点结构，无源光纤传输，主要优点有低成本、高带宽、扩展性强以及方便与现有以太网兼容等。不足之处是EPON组网方式以星型为主，对于环形和链形的网络支持较差，施工前需要严格规划各节点的光功率，不利于灵活组网和未来扩容需求。
（3）无线公网通信。目前无线公网通信主要包括GPRS、CDMA、3G等。无线公网可节约光缆铺设费用，组网灵活，适用于无线公共网络覆盖完整却信号优良的城市，不足之处是只适合于实时性要求不高的数据采集应用，可靠性、安全性方面有待进一步提高。
4 馈线自动化的应用
馈线自动化是指对配电线路运行状态进行监测和控制，在故障发生后实现快速准确定位和迅速隔离故障区段，恢复非故障区域供电。馈线自动化包括主站集中型馈线自动化和就地型馈线自动化两种方式。
4.1主站集中型馈线自动化
是指配电自动化主站与配电自动化终端相互通信，由配电自动化主站实现对配电线路的故障定位、故障隔离和恢复非故障区域供电。
主站集中型馈线自动化是指配电自动化主站与配电自动化终端相互通信，通过配电自动化终端采集故障信息，由配电自动化主站判断确定故障区段，并进行故障故障隔离和恢复非故障区域供电。适用于纯电缆、纯架空和架空电缆混合线路的任一种网架。
由于该方案对通信的可靠性要求较高，较依赖光纤通信，而铺设光纤施工困难、建设费用高，因此该方案主要应用于负荷密度大，且对供电可靠性要求很高的A、B类供电区域的城市中心区。
建设实施内容：
（1）变电站开关与保护装置不需要进行改造，保护定值无需配合；
（2）开关柜（环网柜）的开关本体需三遥点需加装电动操作机构及铺设光纤；
（3）加装DTU，加装A、C相CT、零序CT、PT柜。
4.2就地型馈线自动化
是指不依赖与配电自动化主站通信，由现场自动化开关与终端协同配合实现对配电线路故障的实时检测，就地实现故障快速定位/隔离以及恢复非故障区域供电。按照控制逻辑和动作原理又分为电压一时间型馈线自动化和电压一电流型馈线自动化。 4.2.1电压-时间型馈线自动化
电压-时间型馈线自动化模式以电压时间为判据，适用于纯架空、架空电缆混合线路的单辐射、单联络等网架（见图2）。
工作原理：以电压时间为判据，当線路发生短路故障时，变电站出线开关保护跳闸，线路分段开关失电后分闸。变电站出线开关第一次重合闸后，线路分段开关得电后逐级延时合闸，当合闸到故障点后，变电站出线开关再次跳闸，所有线路分段开关失电分闸，同时闭锁故障区间线路分段开关合闸；故障隔离后，变电站出线开关再次重合，非故障区段的线路分段开关再次延时合闸，恢复故障点前段线路供电，联络开关延时合闸，自动恢复故障点后段线路供电。
电压时间型馈线自动化不依赖与主站通信，投资小、见效快，因此适用于负荷密度小的C、D、E类供电区域，如城市郊区和农村地区。
建设实施内容：
（1）变电站开关、保护装置不需要进行改造，变电站保护重合闸定值需与线路开关重合及联络开关动作时间配合；
（2）柱上开关需具备电动操作功能，否则需整体更换；
（3）FTU与柱上开关成套配置。
4.2.2电压-电流型馈线自动化
电压-电流型馈线自动化在电压-时间型馈线自动化基础上，增加了故障电流辅助判据。适用于纯架空、架空电缆混合线路的单辐射、单联络等网架。
工作原理：主干线分段负荷开关在单侧来电时延时合闸，在两侧失压状态下分闸。当分段负荷开关合闸后在设定时间内检测到线路失压以及故障电流，则自动分闸并闭锁合闸，完成故障隔离；当分段负荷开关合闸后在设定时间内未检测到线路失压，或虽检测到线路失压但未检测到故障电流，则闭锁分闸，变电站出线开关重合后完成非故障区域快速复电。
电压电流型馈线自动化在电压时间型基础上增加了电流判据，提高了故障隔离的准确性，适合于A、B、C类供电区域。
建设实施内容：
（1）变电站开关不需要进行改造，变电站电流保护和重合闸定值需与线路分段断路器和分段负荷开关进行配合；
（2）柱上开关需具备电动操作功能，否则需整体更换；
（3）FTU与柱上开关成套配置。
5 结束语
通过实施配网自动化，实现了对配电网设备运行状态和潮流的实时监控，为配网调度集约化、规范化管理提供了有力的技术支撑。通过对配网故障快速定位、隔离和非故障段恢复供电，缩小故障影响的范围，减少配电网故障停电时间，提高了供电可靠性。同时，配网自动化系统能大大地提高配网的运行管理水平，相对减少运维人员，工作效率提高，能够节省大量的人力资源，而且通过系统的应用，达到降低配电网的电能损耗，提高电网公司经济效益。
关键词：配电网；主站、终端；馈线自动化运行
文章编号：1674-3954（2013）09-0258-02
配网自动化是以一次网架和设备为基础，利用计算机及其网络技术、通信技术、现代电子传感技术，以配电自动化系统为核心，将配网设备的实时、准实时和非实时数据进行信息整合和集成，实现对配电网正常运行及事故情况下的监测、保护及控制等。
配网自动化系统主要由配电自动化主站、配电自动化终端及通信通道组成，主站与终端的通信通常采用光纤有线、GPRS无线等方式。
1 配电自动化主站
配电自动化主站主要是对整个配电网的监测、控制和管理，完成配电网信息的采集、处理与存储，并进行综合分析、计算与决策，并与配网GIS、配网生产信息、调度自动化和计量自动化等系统进行信息的共享与实时的交换。配网自动化系统主站的支持平台应具备开放性、实时性、可靠性和实用性等原则。
2 配电自动化终端
配电自动化终端主要安装于配电房、环网柜、开闭所（开关站）、箱式变电站、柱上开关等处，是用于采集配电设备运行故障信息和进行控制的终端设备。其功能主要是信息采集和处理、接受并执行遥控指令、事件记录及上报、闭锁功能、电源失电保护及通信等。根据应用场合不同分为配电房配电自动化终端（DTU）、架空线馈线自动化终端（FTU）。
2.1配电房配电自动化终端（DTU）
站所终端DTU一般安装在户外小型开闭所、环网柜、常规的开闭所（站）、小型变电站、箱式变电站等位置，主要是对开关设备遥信、遥测数据的采集，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。部分DTU还具备了保护和备用电源自动投切的功能。
2.2架空线馈线自动化终端（FTU）
架空线馈线自动化终端（FTU）适用于10kV架空线路的分段开关和联络开关的监测和控制，按照控制逻辑可设置成电流型、电压时间型两种工作模式。电流型工作模式，可采集三相电流、两侧三相电压和零序电流。具有过电流保护功能和零序电流保护、两次自动重合闸功能和闭锁二次重合闸功能。电压时间型工作模式，具有延时合分闸功能，开关合闸逻辑闭锁功能，非遮断电流保护功能和可检测零序电压，零序电压保护功能。
3 配網通信方式
随着通信技术的发展，目前可供使用、选择的通信方式有多种多样。主要有光纤通信、架空电缆或地埋电缆、配电线载波、租用电话线、有线电视网（CATV）等、GPRS/CDMA、一点多址微波、传统无线电通信（AM、FM、PM等）、卫星通信、集群通信、宽带无线WiMAX等。配电网自动化对通信系统的要求，主要取决于要实现自动化的整体规模、自动化系统的功能要求、预期达到的自动化水平、配电网自动化进展等。配网通信一般采用主干层和接入层两层结构组网，配网主站系统至变电站的主干通信网一般采用光纤传输网方式，变电站至配网终端之间的接入部分主要有以下几种：
（1）工业以太网通信。有源光网络利用工业以太网技术，主要优点有技术成熟、性能稳定、组网灵活、便于升级扩容等，适合高温、潮湿和强电磁干扰等非常恶劣条件环境下的应用。不足之处是点对点结构纤芯存在资源浪费、投资相对较高等缺点。
（2）无源光纤通信。无源光网络利用以太网无源光网络（EPON）技术，采用点到多点结构，无源光纤传输，主要优点有低成本、高带宽、扩展性强以及方便与现有以太网兼容等。不足之处是EPON组网方式以星型为主，对于环形和链形的网络支持较差，施工前需要严格规划各节点的光功率，不利于灵活组网和未来扩容需求。
（3）无线公网通信。目前无线公网通信主要包括GPRS、CDMA、3G等。无线公网可节约光缆铺设费用，组网灵活，适用于无线公共网络覆盖完整却信号优良的城市，不足之处是只适合于实时性要求不高的数据采集应用，可靠性、安全性方面有待进一步提高。
4 馈线自动化的应用
馈线自动化是指对配电线路运行状态进行监测和控制，在故障发生后实现快速准确定位和迅速隔离故障区段，恢复非故障区域供电。馈线自动化包括主站集中型馈线自动化和就地型馈线自动化两种方式。
4.1主站集中型馈线自动化
是指配电自动化主站与配电自动化终端相互通信，由配电自动化主站实现对配电线路的故障定位、故障隔离和恢复非故障区域供电。
主站集中型馈线自动化是指配电自动化主站与配电自动化终端相互通信，通过配电自动化终端采集故障信息，由配电自动化主站判断确定故障区段，并进行故障故障隔离和恢复非故障区域供电。适用于纯电缆、纯架空和架空电缆混合线路的任一种网架。
由于该方案对通信的可靠性要求较高，较依赖光纤通信，而铺设光纤施工困难、建设费用高，因此该方案主要应用于负荷密度大，且对供电可靠性要求很高的A、B类供电区域的城市中心区。
建设实施内容：
（1）变电站开关与保护装置不需要进行改造，保护定值无需配合；
（2）开关柜（环网柜）的开关本体需三遥点需加装电动操作机构及铺设光纤；
（3）加装DTU，加装A、C相CT、零序CT、PT柜。
4.2就地型馈线自动化
是指不依赖与配电自动化主站通信，由现场自动化开关与终端协同配合实现对配电线路故障的实时检测，就地实现故障快速定位/隔离以及恢复非故障区域供电。按照控制逻辑和动作原理又分为电压一时间型馈线自动化和电压一电流型馈线自动化。 4.2.1电压-时间型馈线自动化
电压-时间型馈线自动化模式以电压时间为判据，适用于纯架空、架空电缆混合线路的单辐射、单联络等网架（见图2）。
工作原理：以电压时间为判据，当線路发生短路故障时，变电站出线开关保护跳闸，线路分段开关失电后分闸。变电站出线开关第一次重合闸后，线路分段开关得电后逐级延时合闸，当合闸到故障点后，变电站出线开关再次跳闸，所有线路分段开关失电分闸，同时闭锁故障区间线路分段开关合闸；故障隔离后，变电站出线开关再次重合，非故障区段的线路分段开关再次延时合闸，恢复故障点前段线路供电，联络开关延时合闸，自动恢复故障点后段线路供电。
电压时间型馈线自动化不依赖与主站通信，投资小、见效快，因此适用于负荷密度小的C、D、E类供电区域，如城市郊区和农村地区。
建设实施内容：
（1）变电站开关、保护装置不需要进行改造，变电站保护重合闸定值需与线路开关重合及联络开关动作时间配合；
（2）柱上开关需具备电动操作功能，否则需整体更换；
（3）FTU与柱上开关成套配置。
4.2.2电压-电流型馈线自动化
电压-电流型馈线自动化在电压-时间型馈线自动化基础上，增加了故障电流辅助判据。适用于纯架空、架空电缆混合线路的单辐射、单联络等网架。
工作原理：主干线分段负荷开关在单侧来电时延时合闸，在两侧失压状态下分闸。当分段负荷开关合闸后在设定时间内检测到线路失压以及故障电流，则自动分闸并闭锁合闸，完成故障隔离；当分段负荷开关合闸后在设定时间内未检测到线路失压，或虽检测到线路失压但未检测到故障电流，则闭锁分闸，变电站出线开关重合后完成非故障区域快速复电。
电压电流型馈线自动化在电压时间型基础上增加了电流判据，提高了故障隔离的准确性，适合于A、B、C类供电区域。
建设实施内容：
（1）变电站开关不需要进行改造，变电站电流保护和重合闸定值需与线路分段断路器和分段负荷开关进行配合；
（2）柱上开关需具备电动操作功能，否则需整体更换；
（3）FTU与柱上开关成套配置。
5 结束语
通过实施配网自动化，实现了对配电网设备运行状态和潮流的实时监控，为配网调度集约化、规范化管理提供了有力的技术支撑。通过对配网故障快速定位、隔离和非故障段恢复供电，缩小故障影响的范围，减少配电网故障停电时间，提高了供电可靠性。同时，配网自动化系统能大大地提高配网的运行管理水平，相对减少运维人员，工作效率提高，能够节省大量的人力资源，而且通过系统的应用，达到降低配电网的电能损耗，提高电网公司经济效益。