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【摘要】随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。因此，需要结合电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高配电网的管理水平，为广大电力用户不断地提供优质电能。本文主要对电力系统配网自动化要求，提出了配电网的合理规划要求，对开关(断路器)的相关方面进行了分析。
【关键词】电力系统；配网自动化；技术
引言
随着电力事业的迅速发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高。配电网络作为电力市场的末端环节，面临的压力尤为突出。近年来，我国配电网络进入新一轮的改造，这给配网自动化带来前所未有的发展机遇。配网自动化就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的现代化。随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。因此，需要结合电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高配电网的管理水平，为广大电力用户不间断地提供优质电能。
配网自动化的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。
一、电力系统配网自动化的技术分析
（一）配网自动化的技术原则
1)可靠性原则
实施配网自动化的首要目标是提高配电网的供电可靠性，因此配电网络必须具有可靠的电源点(双电源进线，备自投、变电所自动化)、具有可靠的配电网网架(规划、布局、线路)、具有可靠的设备(一次智能化开关，二次户外FTU、TTU)、具有可靠的通信系统(通信介质、设备)、具有可靠的主站系统(计算机硬件、软件、网络)。
2)分散性原则
由于配电网的地域分布性特点，建立配网自动化系统希望功能分散、危险分散，采用具有智能的一次设备(如重合器)，故障可就地解决。对于县级规模的配电网，复杂性并不高，提高可靠性供电，通常双电源即能满足实际要求。为进一步提高整体系统的安全可靠性，主站软件功能分散，以SCADA为主体的实时监控功能独立运行，以GIS(地理信息系统)为主体的在线管理功能独立运行，电网分析计算功能独立运行，各功能间内核(数据库、微内核调度等)一体化设计，保证信息的可靠、高效、优质共享。
（二）配电自动化的合理规划
配网自动化的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。
（三）配电设备的选择
要做到利用计算机网络和通信技术，实现对配网正常运行的控制、检测和故障时的快速处理(故障检测、故障定位、隔离和非故障区的恢复供电)以及配网的生产管理、设备管理的自动化，正确的设备选型是关键。在配电自动化系统中，配电设备应包括一次设备——配电开关，二次设备——馈线远方终端(FTU)、配变终端单元(TTU)等，以及为一、二次设备提供操作电源和工作电源的电源设备。
实施配电自动化，必须以重合器、分段器、负荷开关等具有机电一体化特性的自动配电开关设备为基础，在架空线路上作为分段和隔离故障用的开关应该具有免维护、操作可靠、体积小和安装方便的特点，并且能适应户外严酷的环境条件。馈线远方终端(FTU)用于采集开关的运行数据、控制开关的分合，为了达到“四遥”功能，必须具有通信功能。配变终端单元(TTU)用于采集配电变压器低压侧的运行数据，控制低压电容器投切用于无功补偿，通信的实时性要求低于FTU。需要特别注意的是，配电设备都在户外布置，其工况条件恶劣，必须达到特定的运行环境要求，否则实施配电自动化不但无法提高供电可靠性，还会降低供电可靠性。
（四）通信系统建设
通信系统是电力系统与配电网终端设备联接的纽带，电力系统与终端设备间的信息交互都是通过通信系统完成，因此必须有稳定可靠的通信系统，才能实现配电自动化的功能。通信方式有：光纤通信、电力线载波、有线电缆、无线扩频、借助公众通信网等多种。配网自动化的通信具有终端设备多，单台设备的数据量小，实时性要求不同的特点，因此应因地制宜，根据当地环境和经济条件确定合理的通信系统，同时要考虑调度自动化通信系统的建设。
（五）配网主站建设
配网主站是整个配网自动化系统的监控管理中心，其功能包括SCADA实时监控、GIS(地理信息系统)在线管理、电网经济运行分析等，主站框架要突破传统的单一调度自动化系统C／S模式，以P—P—C／S—B／S一体化架构，充分体现分布式网络的管控一体的综合集成系统特点，计算机网络与软件平台技术充分体现功能与开放，并提供与异构系统跨平台接口，与调度、负控、MIS、CIS等自动化子系统实现无缝集成。
二、开关设备的选型
开关设备作为配网自动化的关键设备，为实现控制中心和各分段开关进行数据通信，要求控制开关、断路器不仅具备远方的遥控操作和数据信息通讯等基本功能，同时还要具备独立、完善的操作电源系统。为获取负荷电流、过载电流及短路电流量，达到遥信、遥测、遥脉等功能，要求开关内置CT和PT等电气设備，作为判断过负荷、各种故障电流的电气元件。目前，具备上述功能的断路器的代表型号为ZW8-12型户外真空断路器。
三、控制中心与各开关(断路器)之间的数据通信网络
配网自动化对通信系统的可靠性和通信速率要求很高，也是配网自动化建设的主要瓶颈。目前我国部分地区完成的配网口自动化的通信方式大都采用载波通信、无线通信和光纤通信等几种形式。从相关的配网自动化建设和运行的经验来看，这几种形式中，无线通信和载波通信受到很多因素的制约，不是十分稳定，但投资较少，适合小区域的城镇配网自动化。
四﹑配网自动化实用化模式
根据故障处理的具体形式，配网自动化可以分为分布智能模式和集中智能模式两种。
（一）分布智能模式
分布智能模式是指现场的开关(断路器)具备自动故障判断隔离及网络重构的能力，不需要通信与主站系统参与。主要有电压时间型(根据变电站保护重合闸到再次出现故障电流的时间确定故障区域)和电流计数型(根据开断故障电流重合器动作次数确定故障区域)两种。其主要设备是FTU结合断路器或负荷开关构成的具有重合功能的分段开关。
此类方法的显著优点是成本低，不需要主站参与。但受原理的局限，不可避免地具有以下缺点：(1)故障处理及供电恢复速度慢，对系统及用户冲击大：(2)需改变变电站速断保护定值及重合闸次数：(3)同一线路上、下级重合器动作缺乏选择性。
此外，网络重构后需改变重合器的整定参数，多电源多分支的复杂网络，其参数配合困难。并且故障点后面的分段开关的重合闭锁要依靠检测故障时的异常电压来作为闭锁条件，而故障情况不同，异常电压特征也变化较大，因此闭锁条件较复杂。
综上所述，这种方法仅适合于网架结构比较简单，主要是双电源供电的“手拉手”线路，以及不具备通信手段或通信条件不完善、可靠性较低的场合。
（二）集中智能模式
集中智能模式是指现场的开关(断路器)将检测的故障信息上传给主站，由主站根据配电网的实时拓扑结构，按照一定的算法进行故障定位，下达命令给相关FTU、开关(断路器)跳闸隔离故障。此后主站通过计算，考虑网损、过负荷等情况确定最佳恢复方案，控制开关(断路器)完成负荷转供，这种模式的特点是适用于任意结构的配电网，并且可以处理一些特殊情况(如多重故障)。
由于主站的故障处理算法是在酉己电网的实时拓扑结构基础上完成的，因此，即使是多电源复杂的网络同样适用，并且时间上几乎相同。
这种模式能适用于架空线路、电缆线路(包括环网柜方式、开闭所方式)。它具有以下特点：(1)作为电网调度自动化的一个子系统，能满足电网调度自动化的总体设计要求，其配置、功能包括设备的布置都能满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的要求。(2)能够将开关(断路器)的开关量和电流、电压等实时数据上传到调度主站或控制中心，并且能够对其进行遥控操作，具有很好的上行和下行通信功能。(3)与继电保护的整定、重合闸、备自投等配合，系统本身具有自动判断故障点和自动切除故障点的功能，能够将故障范围缩小到最小程度。(4)系统的正常运行方式和故障时的运行方式能够实现自动最优化，调度灵活，也可以根据调度员或者操作员的指令(检修状态下的运行方式)选择预定的运行方式。(5)能与配变计量监测终端及电压无功补偿装置相兼容，实现配网的VQC电压无功自动控制功能。故集中智能模式是配网自动化较先进、高级的模式。
五、结束语
目前，我国配网自动化系统的建设还处于起步和探索阶段，主要是以提高供电可靠性、经济性和电能产品质量为主要目的，以系统达到实用化为最终目标。如何使配电系统自动化系统适应电力市场环境的要求，并通过实施配电系统的综合自动化来降低供电企业的运行成本，同时提高对客户的服务质量，将成为今后各级供电企业共同关注的问题。开发出技术先进、功能实用的配网自动化系统是大家共同的目标。
【关键词】电力系统；配网自动化；技术
引言
随着电力事业的迅速发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高。配电网络作为电力市场的末端环节，面临的压力尤为突出。近年来，我国配电网络进入新一轮的改造，这给配网自动化带来前所未有的发展机遇。配网自动化就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的现代化。随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。因此，需要结合电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高配电网的管理水平，为广大电力用户不间断地提供优质电能。
配网自动化的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。
一、电力系统配网自动化的技术分析
（一）配网自动化的技术原则
1)可靠性原则
实施配网自动化的首要目标是提高配电网的供电可靠性，因此配电网络必须具有可靠的电源点(双电源进线，备自投、变电所自动化)、具有可靠的配电网网架(规划、布局、线路)、具有可靠的设备(一次智能化开关，二次户外FTU、TTU)、具有可靠的通信系统(通信介质、设备)、具有可靠的主站系统(计算机硬件、软件、网络)。
2)分散性原则
由于配电网的地域分布性特点，建立配网自动化系统希望功能分散、危险分散，采用具有智能的一次设备(如重合器)，故障可就地解决。对于县级规模的配电网，复杂性并不高，提高可靠性供电，通常双电源即能满足实际要求。为进一步提高整体系统的安全可靠性，主站软件功能分散，以SCADA为主体的实时监控功能独立运行，以GIS(地理信息系统)为主体的在线管理功能独立运行，电网分析计算功能独立运行，各功能间内核(数据库、微内核调度等)一体化设计，保证信息的可靠、高效、优质共享。
（二）配电自动化的合理规划
配网自动化的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。
（三）配电设备的选择
要做到利用计算机网络和通信技术，实现对配网正常运行的控制、检测和故障时的快速处理(故障检测、故障定位、隔离和非故障区的恢复供电)以及配网的生产管理、设备管理的自动化，正确的设备选型是关键。在配电自动化系统中，配电设备应包括一次设备——配电开关，二次设备——馈线远方终端(FTU)、配变终端单元(TTU)等，以及为一、二次设备提供操作电源和工作电源的电源设备。
实施配电自动化，必须以重合器、分段器、负荷开关等具有机电一体化特性的自动配电开关设备为基础，在架空线路上作为分段和隔离故障用的开关应该具有免维护、操作可靠、体积小和安装方便的特点，并且能适应户外严酷的环境条件。馈线远方终端(FTU)用于采集开关的运行数据、控制开关的分合，为了达到“四遥”功能，必须具有通信功能。配变终端单元(TTU)用于采集配电变压器低压侧的运行数据，控制低压电容器投切用于无功补偿，通信的实时性要求低于FTU。需要特别注意的是，配电设备都在户外布置，其工况条件恶劣，必须达到特定的运行环境要求，否则实施配电自动化不但无法提高供电可靠性，还会降低供电可靠性。
（四）通信系统建设
通信系统是电力系统与配电网终端设备联接的纽带，电力系统与终端设备间的信息交互都是通过通信系统完成，因此必须有稳定可靠的通信系统，才能实现配电自动化的功能。通信方式有：光纤通信、电力线载波、有线电缆、无线扩频、借助公众通信网等多种。配网自动化的通信具有终端设备多，单台设备的数据量小，实时性要求不同的特点，因此应因地制宜，根据当地环境和经济条件确定合理的通信系统，同时要考虑调度自动化通信系统的建设。
（五）配网主站建设
配网主站是整个配网自动化系统的监控管理中心，其功能包括SCADA实时监控、GIS(地理信息系统)在线管理、电网经济运行分析等，主站框架要突破传统的单一调度自动化系统C／S模式，以P—P—C／S—B／S一体化架构，充分体现分布式网络的管控一体的综合集成系统特点，计算机网络与软件平台技术充分体现功能与开放，并提供与异构系统跨平台接口，与调度、负控、MIS、CIS等自动化子系统实现无缝集成。
二、开关设备的选型
开关设备作为配网自动化的关键设备，为实现控制中心和各分段开关进行数据通信，要求控制开关、断路器不仅具备远方的遥控操作和数据信息通讯等基本功能，同时还要具备独立、完善的操作电源系统。为获取负荷电流、过载电流及短路电流量，达到遥信、遥测、遥脉等功能，要求开关内置CT和PT等电气设備，作为判断过负荷、各种故障电流的电气元件。目前，具备上述功能的断路器的代表型号为ZW8-12型户外真空断路器。
三、控制中心与各开关(断路器)之间的数据通信网络
配网自动化对通信系统的可靠性和通信速率要求很高，也是配网自动化建设的主要瓶颈。目前我国部分地区完成的配网口自动化的通信方式大都采用载波通信、无线通信和光纤通信等几种形式。从相关的配网自动化建设和运行的经验来看，这几种形式中，无线通信和载波通信受到很多因素的制约，不是十分稳定，但投资较少，适合小区域的城镇配网自动化。
四﹑配网自动化实用化模式
根据故障处理的具体形式，配网自动化可以分为分布智能模式和集中智能模式两种。
（一）分布智能模式
分布智能模式是指现场的开关(断路器)具备自动故障判断隔离及网络重构的能力，不需要通信与主站系统参与。主要有电压时间型(根据变电站保护重合闸到再次出现故障电流的时间确定故障区域)和电流计数型(根据开断故障电流重合器动作次数确定故障区域)两种。其主要设备是FTU结合断路器或负荷开关构成的具有重合功能的分段开关。
此类方法的显著优点是成本低，不需要主站参与。但受原理的局限，不可避免地具有以下缺点：(1)故障处理及供电恢复速度慢，对系统及用户冲击大：(2)需改变变电站速断保护定值及重合闸次数：(3)同一线路上、下级重合器动作缺乏选择性。
此外，网络重构后需改变重合器的整定参数，多电源多分支的复杂网络，其参数配合困难。并且故障点后面的分段开关的重合闭锁要依靠检测故障时的异常电压来作为闭锁条件，而故障情况不同，异常电压特征也变化较大，因此闭锁条件较复杂。
综上所述，这种方法仅适合于网架结构比较简单，主要是双电源供电的“手拉手”线路，以及不具备通信手段或通信条件不完善、可靠性较低的场合。
（二）集中智能模式
集中智能模式是指现场的开关(断路器)将检测的故障信息上传给主站，由主站根据配电网的实时拓扑结构，按照一定的算法进行故障定位，下达命令给相关FTU、开关(断路器)跳闸隔离故障。此后主站通过计算，考虑网损、过负荷等情况确定最佳恢复方案，控制开关(断路器)完成负荷转供，这种模式的特点是适用于任意结构的配电网，并且可以处理一些特殊情况(如多重故障)。
由于主站的故障处理算法是在酉己电网的实时拓扑结构基础上完成的，因此，即使是多电源复杂的网络同样适用，并且时间上几乎相同。
这种模式能适用于架空线路、电缆线路(包括环网柜方式、开闭所方式)。它具有以下特点：(1)作为电网调度自动化的一个子系统，能满足电网调度自动化的总体设计要求，其配置、功能包括设备的布置都能满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的要求。(2)能够将开关(断路器)的开关量和电流、电压等实时数据上传到调度主站或控制中心，并且能够对其进行遥控操作，具有很好的上行和下行通信功能。(3)与继电保护的整定、重合闸、备自投等配合，系统本身具有自动判断故障点和自动切除故障点的功能，能够将故障范围缩小到最小程度。(4)系统的正常运行方式和故障时的运行方式能够实现自动最优化，调度灵活，也可以根据调度员或者操作员的指令(检修状态下的运行方式)选择预定的运行方式。(5)能与配变计量监测终端及电压无功补偿装置相兼容，实现配网的VQC电压无功自动控制功能。故集中智能模式是配网自动化较先进、高级的模式。
五、结束语
目前，我国配网自动化系统的建设还处于起步和探索阶段，主要是以提高供电可靠性、经济性和电能产品质量为主要目的，以系统达到实用化为最终目标。如何使配电系统自动化系统适应电力市场环境的要求，并通过实施配电系统的综合自动化来降低供电企业的运行成本，同时提高对客户的服务质量，将成为今后各级供电企业共同关注的问题。开发出技术先进、功能实用的配网自动化系统是大家共同的目标。