（电气工程专业论文）沈阳城区配电自动化系统的规划研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 配电自动化系统可以实现配电工作电子化、信息化和智能化，为配电网的安全、 稳定、经济运行提供坚实的技术支持，可以将配电线路运行及管理水平提高到一个 新的层次。论文对沈阳城区的配电自动化系统进行了规划研究，主要包括：确定了 沈阳市区配电自动化系统的规模结构；分析了配电监测的主要功能，选择了基本的 配电测控单元；确定了配电自动化通讯系统的结构，对其工作性能提出了要求；分 析了配电自动化系统数据库的特点，确定了配电自动化系统数据库的开发原则：确 定了配电自动化系统的主要组成系统的程序及相应功能。主要包括基本功能系统、 配电g i s 系统、馈线自动化系统、变电站自动化系统、用户自动化系统。该规划已 经部分实施并投入实际应用，取得了一定的经济效益和社会效益。 关键词：配电自动化，规划，g i s a b s t r a c t d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mc a rr e a l i z ee l e c t r o n ，i n t e l l i g e n c ea n dd i g i t i z a t i o no f d i s t r i b u t i o nw o r k , a n ds u p p l ys o l i dt e c h n o l o g i c a ls u p p o r tf o rt h es a f e ，s t a b l ea n de c o n o m i c o p e r a t i o no f p o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r k s i m u l t a n e o u s l yi m p r o v et h eo p e r a t i o no f d i s t r i b u t i o n c i r c u i ta n dm a n a g e m e n tt oan e wl e v e l t h ep a p e ri st h ep l a n n i n gd e s i g n a t i o na b o u t d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mo fs h e n y a n gd i s t r i c ta n di tm a i n l yc o n t a i n st h a td e t e r m i n i n g t h es c a l es t r u c t u r eo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni ns h e n y a n ga r e a , a n a l y z i n gt h em a j o rf u n c t i o n o fd i s t r i b u t i o nm o n i t o ra n ds e l e c t i n gb a s i cd i s t r i b u t i o nm e a s u r i n ga n dm a n i p u l a t i n gu n i t a t t h es a m et i m e ，i td e t e r m i n e st h es t r u c t u r eo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ， w h i c hp u t sf o r w a r dt h er e q u e s ta b o u tt h en a t u r eo fw o r k i n g i ta l s oa n a l y s e st h ef e a t u r eo f d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e md a t ab a s ea n dd e t e r m i n e st h ed e v e l o p i n gp r i n c i p l eo f i t a tl a s t ， i td e t e r m i n e sm a j o rc o m p o s i t i o ns y s t e m s p r o g r a m sa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gf u n c t i o n s d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mm a i n l yc o n t a i n sb a s i cf u n c t i o ns y s t e m ，d i s t r i b u t i o ng i s s y s t e m , f e e d e ra u t o m a t i o ns y s t e m , t r a n s f o r m e rs t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e ma n dc o n s u m e r a u t o m a t i o ns y s t e m t h ep l a n n i n gh a sb e e np u ti n t oe f f e c ti np a r ta n dr e c e i v e dd e f i n i t e e c o n o m i ca n ds o c i a le f f i c i e n c y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n , p l a n n i n g ，g i s 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文沈阳城区配电自动化系统的规 划研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签钇至垄：堡日期：掣 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 导师签名； e t 期：迦z ， 日 2 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的背景及其意义 在现代社会，供电质量的好坏，不仅反映一个国家或地区人们的生活质量、水平和 投资环境的好坏，更是影响经济发展的重要因素，它决定着工业发展的方向、规模。信 息时代的到来，要求不问断供电的计算机设备越来越多，给供电提出了更高的要求。停 电或限电会导致减产，而突然的停电则会危害工厂的重要设备。长期以来我国的配电网 络结构薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线，存在着送电距离长、损耗重、可靠 性差、电压质量差、自动化程度低，管理不善等问题。随着我国城乡经济建设和社会的 快速发展。用电负荷日益增长，电网运行的控制及管理工作变得非常复杂 1 1 2 】。由于现在 电网运行管理直接面对电力企业和广大的电力用户，网络数据量大，电气关系复杂。动 态变化频繁，现有的电网运行管理手段已经难以适应现代化电网生产建设和发展的需 要。为了迸一步满足电力企业及广大电力用户对电网“安全、可靠、优质、高效、经济 运行”的现代化要求，需要采用现代化的技术和管理手段来进行规划和管理，以便增强 对电网设备的资产管理、运行管理和监管能力，提高供电可靠性和电能质量，从而更加 及时地为电力用户提供优质、高效、安全的服务。为此，利用配电自动化技术进行管理 已是大势所趋1 2 1 。 配电自动化是包括变电站、配电网和用户在内的运行、监控、维修及用户管理的自 动化功能的综合系统。配电网自动化建设，在我国尽管起步较晚，但也已经进行了近2 0 年的研究和实践，取得了初步的成效。但是研究与实践成果大多数都是在高压配电网 ( 3 5 k v 以上) 上进行的，在中压配电网的自动化问题上，还没有深入研究，既没有总体 的规划，也没有一个统一的技术原则。不仅如此，目前的纵向监控一般只限于变电站的 出线以前，对于从变电站馈线到终端用户等属于用电管理范畴的监控，除少数大用户的 负荷控制外，尚无其它监控手段 3 1 。 实现中压配电网的自动化具有以下重要意义。 ( 1 ) 实现中压配电网自动化，可提高供电的质量和可靠性。可有效减少故障次数，缩 小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的 依据。 ( 2 ) 实现中压配电网自动化，可以提高整个电力系统的经济效益。减轻维护人员的劳 动强度；减少操作人员；增强电力系统的免维护性；有利于提高设备的安全和健康水平， 延长使用寿命 ( 3 ) 实现中压配电网自动化，可以提高整个电网的管理水平。主要包括：为电力 系统计算机管理自动、准确、及时地提供更为详尽、丰富的数据和信息、任何用户的计 划停电、供电；可以方便、直观地监控全局内各个用户的用电、供电情况，实现总体控 华北电力大学工程硕士学位论文 制。 目前配电自动化远方终端已向综合性的微机自动化装置发展，不仅具有传统的r t u 数据采集、传送命令的功能，还能够进行故障检测，并可完成一些安装现场的当地自动 监控功能。配电自动化远方终端用于配电系统变压器、断路器、重合器、分段器、柱上 负荷开关、环网柜、调压器、无功补偿电容器的监视与控制，与配电自动化主站通信， 提供配电系统进行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配电设备的控制调节指 令。 配电自动化软件主要有在线运行监控、运行管理、维修管理、用电管理等功能，需 要对大量实时数据进行分析、处理，了解系统的运行状态，作出相应的指令。鉴于配电 自动化中心数据库中存储了大量的历史数据及时实数据，对这些数据进行管理和维护极 为重要。编写相应的数据库管理软件，可以方便工作人员进行查询、删除、插入、修改 等等，同时对配电自动化的正常运行、提高系统质量等，有着极其重要的作用【4 】。 沈阳供电公司配电自动化系统的规划建设和实施将会对提高沈阳供电公司的 管理素质和劳动生产率，对提高配电的可靠性，对加强电力市场建设和健全客户服 务体系，实施机构改革都具有重要的意义p 】。 1 2 当前国内外的研究现状 在传统模式下，电力生产管理信息的载体是图纸、报表、语言( 如调度指令等) ， 传递方式是手工交接。在这种机制下，信息的更新滞后于生产数据的变化，在电力生产 管理活动的各个专业环节中，导致生产管理信息的“不全面、不一致、不及时、不准确” 现象。解决这一严重问题的途径，是在生产各部门之间及部门内部各工作岗位之问，建 立起信息及时传递和同步更新的共享机制和环境。由于电力生产、规划、管理和经营具 有天然的空间网络拓扑特征，建立基于配电自动化信息管理系统的电力公共应用平台， 将是这种机制和环境的基础。 供电企业信息系统的各个子系统设计和开发都要从整体和系统的角度考虑其角色 和作用，并有效地利用最新的信息技术，如g i s 技术、组件技术、w e b 技术、数据仓库 技术、c a s e 技术等，实现设施资源、人力资源、工作流程、客户关系、规划、设计、运 营和维护、市场策略等业务管理与决策的信息化和智能化，构造一个既相互独立、又相 互协作、资源共享、可互操作的业务综合网络，实现企业经济和社会效益最大化。因此，。 电力g i s 应用平台本身不应该是孤立和封闭的系统，而应该是能够与电网生产管理的各 个环节和已有的各种i t 系统如m i s 、o a 等，更一般地要能与供电企业e r p 系统进行有 机地结合，使之构成一个集成的、综合的信息管理和决策支持平台。 9 0 年代以来，国内电力系统的3 5 k v 变电站逐步实现了四遥功能，但规模覆盖变电 站自动化、馈线的故障定位与隔离和自动恢复、负荷控制、远方自动读表、最低网损、 电压无功优化，配电投资比例系统、变电配电和用电管理信息系统的配电网综合管理系 2 华北电力大学工程硕士学位论文 统，则是近年来才起步的 6 - j o l 。 上海市东供电局在浦东金桥金藤开发区实施了配电自动化工程i i ”，第一期工程采用 法国施耐德集团生产的p r 环网丌关柜9 台基本达到了遥控、遥信和遥测的目的，但 规模较小。且设备依赖进口，造价高，不便推广普及。北京供电局以引进r 本东芝技术 生产的具有自动化功能的柱上真空丌关设备八台，即将投运，达到国外配电自动化第一 阶段水平。沈阳电业局于1 9 9 5 年安装了l o 台月邛日生产的柱上真空丌关，采用有线控制， 但未大面积推广，而且也属于国外第一阶段水平。此外，深圳供电局【1 2 l 、淄博供电局、 阳泉供电局、石家庄供电局、大连供电局、南京供电局、郑州供电局、武汉供电局和 广州供电局也分别立项或进行了一定规模尝试。 银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备【i5 1 ，采用馈线r t u 、配电r t u 和建立在w i n d o w s 9 5 、w i n d o w sn t 平台上的先进的计算机网络系统，运用s q ls e r v e i t 大型数据库系统，并采用有线通信和无线通信相结合的综合数据通道，而且充分利用银 川地调的已有资源，实现了配电网中3 0 余条进线、几十条馈线和七个刀= 闭所及小区变 的全面监控，取得了大量经验，该系统已于1 9 9 8 年8 月2 0 同通过国家电力公司组织的 技术鉴定，达到国内领先水平。这是我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统，它标 志着我国城网改造进入了一个新的阶段。目自口包头供电局i l “、西安供屯局和宝鸡供电局 也在按银川模式建设配电自动化系统。 在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系 统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制 和远方抄表等系统于体的配电网管理系统( d m s ) ，其功能已多达1 4 0 余种【1 7 】。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公 司、法国施耐德公司、美国c o o p e r 公司、摩托罗拉公司、英国a b b 公司、日本东芝公鼍 司等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。 日本是配电自动化发展比较快的国家【i 引。到1 9 8 6 年，全国9 个电力公司的4 1 6 1 0 条配电线路已有3 5 9 8 3 条( 8 6 5 ) 实现了故障后的按时限自动顺序送电，其中2 7 8 8 条 ( 6 7 ) 实现了配电线开关( 指柱上开关) 的远方监控( 包括一般的和计算机监控) 。 日本从5 0 年代开始在配电线上采用自动隔离故障区，并向健全区( 无故障区) 恢 复送电的按时限顺序送电装置：6 0 7 0 年代研究开发了各种就地控制方式和配电线开关 的远方监视控制装置；7 0 年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统：其后由于电子 技术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方监视控 制系统在实际应用上得到很大的发展。 新加坡公用电力局( p u b ) 在8 0 年代中期投运并在9 0 年代加以发展和完善的大型 配电网的s c a d a 系统，其规模最初覆盖其2 2 k v 配电网的1 3 3 0 个配电站，目前已将网络一 管理功能扩展到6 6 k v 配电网，进而覆盖约4 0 0 0 个配电站。 芬兰“g s p o os a h k o ”电力配电公司的配电自动化覆盖了该公司的8 5 0 0 0 个用户，8 座 3 华北电力大学工程项士学位论文 1 1 0 2 0 k v 的一次变电站，1 1 0 0 k m 的2 0 k v 馈电线和1 4 0 0 个2 0 0 4 k v 的配电变电站。 沈阳供电公司从2 0 0 4 年开始着手规划研究配电自动化系统，经过一年多的论证， 目f j i f 已经进入实施阶段，其中配电g i s 系统已经进入数据核查、试运行阶段。沈阳供电 公司配电自动化系统是由鸿雨青山数码科技有限公司和韩国三星s o s 株式会社强强联 手、战略合作进行的，本系统构建范围以沈阳供电公司所属9 个供电分公司( 农村地区 除外) 为对象构建系统、试运行以及通过培训进行实际业务应用的支持。 目前已包含了沈阳地区4 个供电分公司和电缆工程局的部分数据，在国内可以算是 配电设备管理最全面、最细致：最准确，甚至管理到低压用户的每一条进户线。 1 3 沈阳供电公司市区配电网现状及存在问题 随着沈阳城市建设和经济的快速发展，供电负荷大幅度增长，沈阳供电公司 2 0 0 5 年中低压配网供电量9 4 7 0 亿k w h ，占全公司供电量6 5 。占省公司配网供 电量的2 5 3 8 。为建设好沈阳地区配电网，提高沈阳配电网供电可靠性，近几年， 辽宁省电力公司给予大力支持，单独拨付资金改造老旧配电设备，使配电设备健康 水平有了大幅改善，近二分之一的配电设备得到了改造。但是，由于配电网庞大， 负荷增长快，老旧设备多，历史欠帐多，城网改造中受政府行为影响，2 0 0 2 - - 2 0 0 4 年沈阳地区配网改造资金，基本上都投入到架空线路电缆入地工程，使很多亟待改 造的老旧设备至今没有完成，尽管己采取临时措施，仍然给设备运行和人身安全带 来了极大隐患，配电老旧设备整改工作刻不容缓，迫在眉睫。 1 3 1 沈阳供电公司市区配电网的基本情况 ( 1 ) 1 0 k v 线路总长3 9 1 2 公里。其中：架空裸导线为1 2 9 6 公里；架空绝缘导线为1 1 2 8 公里：电缆线路为1 4 8 8 公里。o 4 k v 线路回长6 8 2 2 公里。其中：架空裸导线为4 7 7 公里； 架空绝缘导线为2 t l l 公里；电缆线路为4 2 3 4 公里。 ( 2 ) 1 0 k v 开闭站1 1 1 5 座( 高压开关柜单元总数5 1 7 2 台) ，其中土建开闭站6 3 座：箱 式开闭站1 0 5 2 座。配电变电站2 4 0 7 座( 高压开关柜单元总数6 3 9 1 台，低压开关柜总数1 4 5 6 2 , a 台) 。其中：土建变电站3 0 1 座；箱式变电站2 1 0 6 座。变压器3 7 7 9 台，容量2 0 7 1 3 1 m v a 。 ( 3 ) 1 0 k v 柱上开关1 0 6 2 台：1 0 k v 跌落式开关3 4 1 6 7 支；1 0 k v 避雷器3 6 0 9 3 支：1 0 k v 高压刀闸1 2 8 5 2 只；低压刀闸1 7 2 7 7 只。 ( 4 ) 配电变台5 8 4 7 个，配电变压器5 9 5 7 台，容量1 4 6 0 4 6 m v a 。 ( 5 ) 全公司共有配电人员5 0 9 人，其中：全民职工4 3 1 人，集体职工7 8 人。按职责分 类统计：生技安全办公室8 2 人，其中管理岗位5 4 人；调度人员5 8 人；运行人员1 0 8 人： 检修人员2 6 1 人，其中修理人员9 2 人 1 3 2 配电设备存在的主要问题 ( 1 ) 配电设备总量增长快，运行检修人员缺乏，设备维护工作不到位。近年来，沈阳 4 华北电力大学工程硕士学位论文 城市建设发展迅速，供电负荷大幅度增长，配电设备总量年递增近1 0 ，而配电专业人员基 本没有增加，导致配电专业人员缺乏，尤其是检修维护人员缺乏。 ( 2 ) 部分配电单位不重视检修维护工作，培训不到位，对配电设备保养维护水平低。 沈阳供电公司所属8 个供电分公司配电人员基本上都是剥离人员，除此之外，还要负担营业 集体人员的工资奖金，造成部分供电分公司只重视千客户工程，抓效益，不重视r 常检修维 护工作。 ( 3 ) 1 0 k v 刀：闭站设备老旧、丌关故障频繁。全公司现有丌闭站】l1 5 座，丌关单元总 数5 1 7 2 台，开闭站中丌关存在主要问题表现在三个方面：一是绝缘不良烧损；二是操作机 构失灵；三是不具备五防”功能，存在各类缺陷。经统计，有问题的丌闭站共计5 3 1 座， 开关单元总数2 8 9 0 台，占开闭站总量的4 8 。在以上存在问题的开闭站中，绝缘不良烧损 和操作机构失灵：带重要负荷及丌闭站内有解列点开关且开关柜不具备“五防”功能的开闭站 1 9 2 座( 开关柜单元总数1 0 9 4 台) 。 ( 4 ) 城市个别地区还存在老旧裸导线，防外力能力差，故障率高；部分配电线路，满 足不了n l ”原则。公司现有1 0 k v 配电线路3 9 1 2 公里，其中裸导线1 2 9 6 公罩，占配电线 路总量的3 3 1 2 ；占配电架空线路总量的5 3 5 3 ；这些线路防外力损坏事故能力差，有些 城市中心区裸导线与建筑物距离还不满足规程要求，2 0 0 5 年架空线路落异物短路事故就发生 1 0 1 条次，且大部分裸导线截面小，严重影响安全可靠供电，必须改造为绝缘化线路。除此 而外，沈阳城区共有配电线路5 4 3 条，其中1 6 0 条为放射性配电线路，占城区配电线路总数 的2 9 4 ，同时沈阳开发较快地区负荷增长快，现状有1 4 7 条配电线路尽管互相联络，但已 无互供能力，有的甚至重负荷运行，现有2 3 条配电线路在2 0 0 5 年正常运行方式最大电流超 过5 0 0 a ，降低了供电可靠性，影响对客户的安全可靠供电。 1 3 3 存在问题的主要原因 ( 1 ) 配电网庞大，历史欠帐多，9 0 年以前投运的设备陈旧，有的已超期服役。按沈阳 市规划要求，从8 0 年代初沈阳城区新建住宅开始采用开闭站、配变站供电模式，8 1 年到9 0 年代初采用的老式开关不具备五防功能，又都运行了2 0 年左右，绝缘不良烧损、操作机 构失灵较多，存在各类缺陷，故障率高，严重影响安全运行和人身安全。 ( 2 ) 对客户工程验收送电把关不严，使劣质设备挂网运行。从8 0 年代初以来，沈阳地 区新上的配电设备，除电网建设投资以及近年的市政改造工程外，9 0 的配电设备都是客户 工程投入电网运行的，客户工程施工队伍多，水平良莠不齐，设备选型繁杂，有的入网设备 产品质量较差，造成部分劣质设备挂网运行。具体表现在不按图纸施工，不按标准施工，土 建施工质量差，有的隐蔽工程未进行中间检查验收，有的竣检验收发现问题在复检验收时未 彻底整改就投运。如按图纸要求，开闭站、变电站基础、电缆井需混凝土浇制，现状多数为 砖混砌筑，所有这些造成配电设施带病投入运行，给安全生产带来隐患。 ( 3 ) 设计选型存在问题，部分开关设备故障率较高。例如8 6f f - - 9 0 年代初采用g z g 开 5 华北电力大学工程硕士学位论文 关柜，是仿丹麦e l c 开关柜生产的小型化开关设备，由于当时厂家的工艺水平、技术力量 有限，没有解决好绝缘及安全距离问题，故障率较高。又如施耐德s m 6 、阿尔斯通m 2 4 、 a b b 公司u n i s w t i c h 型开关柜均为在户内使用的产品，如s m 6 只能在零下5 度以上使用，应 用在箱式丌闭站、箱式变电站中，由于运行环境差，导致发生故障。 ( 4 ) 运行维护不当，个别设备安装时留下隐患。8 0 年代以来，电缆网设备增加较快， 相应的维护人员数量未跟上，同时业务培训不到位，有些检修人员不会维护电缆网设备，具 体表现在未按规程要求定期对电缆、刀= 关类产品进行绝缘试验，绝缘监督手段不足，部分丌 闭站、变电站凝露现象严重，个别电缆沟、隧道、开闭站和变电站基础积水严重，甚至有的 作业人员野蛮操作损坏开关机构。还有的在安装时就留下隐患。 1 3 4 拟采取的措施 ( i ) 根据辽宁省电力公司即将下发的配电设备选型标准和改造原则，完善我公司的配 电网规划设计原则，推广新技术、新设备的应用，提高配电设备可靠运行水平。加强配电新 线路、新设备投入运行管理工作，建立验收工作责任追究制度，杜绝劣质设备挂网运行，提 高配电网健康运行水平。 ( 2 ) 加强工程各环节管理，确保工程质量。实行招投标程序，严格挑选施工队伍和物 质材料生产厂家，确保工程质量。明确开工、监理、竣工验收各项内容，组织相关供电分公 司认真执行，严格管理。 ( 3 ) 在配网改造及建设的同时，对配网自动化系统进行同步规划设计，预留相应的位 置与接口，避免重复改造和投资。 1 4 本文的主要工作 本文针对沈阳电力公司市区配电网的现状，对配电网自动化系统进行了规划研 究，根据需求规划设计了配电网自动化系统的结构、测控单元、通讯单元、数据库 以及相应的各子系统。主要包括以下几个方面的内容： ( 1 ) 结合沈阳供电公司的实际，以系统研究经济性、扩展性、安全性、可靠 性和易维护性为目标，分析了适合沈阳市区的配电自动化系统的结构与规模。 ( 2 ) 分析了配电自动化系统中的配电监测单元的主要功能，选择了基本的配电 测控单元。 ( 3 ) 在分析不同通讯系统的优缺点的情况下，确定了配电自动化通讯系统的 构成，并对其工作性能进行了说明。 ( 4 ) 分析了配电自动化系统数据库的特点；确定了配电自动化系统数据库的 开发原则；并对配电自动化系统数据库的几种数据接口方式进行了比较，确定了各 种数据库访问的统一接口。 6 华北屯力大学工程硕士学位论文 ( 5 ) 确定了配电自动化系统的主要子系统的程序及相应功能。主要包括基本 功能系统、配电g i s 系统、馈线自动化系统、变电站自动化系统、用户自动化系统。 7 华北电力大学r 下程硕士学位论文 第二章配电自动化系统结构设计 2 1 配电自动化系统结构设计 配宅自动化系统根据配电系统容量大小从结构上可划分为大、中、小型配电自 动化系统 2 0 j 。结合配电自动化系统的基本要求、目标和将来系统发展规模，以系统 设计经济性、扩展性、安全性、可靠性和易维护性为目标，确定沈阳市区配电自动 化系统规模为三层结构的大中型系统( 如图2 - 1 所示) 。 土站层 子站层 终端层 图2 1 配电自动化系统组成 该配网自动化系统结构具有高度的灵活性，在建设初期先按中型系统建设，由 一个主站，若干配电子站和众多的配电终端组成，当系统规模扩大时，可配置若干 主站，并设置一个中心站，形成一个大型配电自动化系统。该系统按层次结构可分 为三层，从第二层往下，根据需要，每一层都是动态可扩充的。主站软件也设计成 模块化、配置扩展灵活的系统，这样可以非常方便地根据实际系统的需要和分布实 施的需要配置成小型系统、中型系统或大型系统，这样既可以简化设计又使用户购 买的系统方便扩容，极大地保护用户的利益口”。 各层组成、作用、特点如下： 第一层，配电自动化主站层 它是整个系统的最高层，从整体上实现配电网的监视和控制，分析配电网的运 行状态，协调配电子网之间的关系，对整个配电网络进行有效的管理，使整个配电 系统处于最优的运行状态。它是整个配电网监控和管理系统的核心。配电主站系统 通常采用基于u n i x 操作系统的服务器和基于w i n d o w sn t 系统的专用图形工作站 8 华北电力大学工程硕士学位论文 作为硬件支撑平台；数据库通常采用商用数据库如：o r a c l e 、s y b a s e 、d b 2 等作 为数据库支撑平台：地理信息系统通常采用大型地理信息系统软件平台如： s m a l l w o r d 、a r c i n f o 等作为g i s 支撑平台。系统软件是基于丌放式、一体化设计思 想的软件支撑平台。系统通常集成有配电自动化系统、负荷管理系统。a m f m g i s 系统等多种系统。它作为人机交互的窗口，可完成各种图形显示、系统维护、设备 管理、报表打印、与其它系统的信息交换功能，并具有对可控装置的控制调节。 第二层，配电监控子站 配电自动化及管理系统子站是为分布主站功能、优化信息传输、清晰系统结构 层次、方便通信系统组网而设置的中间层，实现将所辖范围内的r t u 和f t u 采集 的各种现场信息中转( 上传下达) 给配电主站( 或配电分中心站) 的通信处理机， 监控子站还具有所辖区域内故障诊断、隔离、恢复的功能。配电子站设在变电站或 大型开闭站内，可采用多种通信方式向下与所属馈线监控终端、向上与配网自动化 主站通信。 第三层，配电终端设备层 配电远方终端是用于中低压电网的各种远方监测、控制单元的总称，它包括配 电柱上开关监控终端f t u ( f e e d e rt e r m i n a lu n i t ) 、配电变压器监测终端t t u ( t r i m s f o r m e rt e r m i n a lu n i t ) 、开闭站、公用及用户配电所的监控终端d t u ( d i s t r i b u t i o nt e r m i n a lu n i t ) 等。 它们是整个系统的底层，它完成柱上开关、环网开关、箱式变、配电变压器、 开闭站、配电室等各种现场信息的采集处理及监控功能。 2 2 系统组成模式 1 0 k v 配网自动化系统组成模式可用以下的图形说明。 一叵 一匠 配 电 冈 一田 监 甘 一巴_ 控 子 站 一r 五= _ 图2 - 2 配电自动化系统组成模式 配电自动化系统的功能规划按照统筹规划，分步实施的原则进行。并根据资金 9 华北电力大学工程硕士学位论文 情况，网络状况安排实施方案。 2 2 1 配网自动化系统的主要功能 配网自动化系统的功能如下： ( 1 ) 配电网s c a d a 功能：对变电站1 0 k v 出线、开闭站、1 0 k v 配电线路( 架 空和电缆) 、配电变压器和重要用户的监控。 ( 2 ) 馈线自动化( f a ) 功能：实现配电网故障诊断、故障隔离和非故障区域快 速恢复供电，并统一考虑与变电站出口断路器以及分支断路器保护的配合。 ( 3 ) 与s c a d a 集成的自动绘画设备管理地理信息系统( a m f m g i s ) 功能 ( 选配) 。 ( 4 ) 配电高级应用软件：包括配电网状态估计、拓扑分析、潮流计算、短路计 算、负荷预报、电压，无功优化、静态安全分析、可靠性分析、线损统计与分析、网 络重构等功能模块( 选配) ( 5 ) 其于g i s 平台的配电网管理( d m s ) 功能：包括配电工程管理、故障投诉 电话管理、停电管理等内容( 选配) 。 ( 6 ) 用户服务自动化系统：对用户的基本信息和用电信息进行管理( 选配) 。 ( 7 ) 负荷管理功能：采集1 0 k v 大用户和配电变压器终端信息，实现对配电网 负荷的监控、预测和负荷分配功能( 选配) 。 ( 8 ) 与地调d c a d a e m s 系统、m i s 系统、电能量计费系统、负荷控制系统 接口，实现资源共享( 选配) 。 ( 9 ) 基于w e b 平台的实时信息发布功能( 选配) 。 2 2 2 配电自动化系统主站功能配置 配电主站是配电网监控和管理的中心层，是整个系统的最高层，它从各个配电 监控子站获取配电网的实时信息，从整体上对配电网进行监视和控制，分析配电网 的运行状态，协调配电子站之间的关系，对整个配电网络进行统一管理，实现高层 次的故障处理( 隔离、转供) ，使整个配电系统处于最优的运行状态，是整个配电 网监控和管理系统的核心。 2 2 3 配电自动化系统子站功能配置 配电子站是整个系统的中间层，将r t u 和f t u 采集的各种现场信息中转( 上 传下达) 给予配电主站，配电子站还具有所辖范围内故障诊断、隔离、恢复的功能。 还可以采集变电站内的信息，实现当地监视和控制功能。配电子站一般设在变电站 内，往下通过电缆、光纤、无线或配电载波等方式与所属馈线的配电终端通信，往 上通过电缆或光纤方式与配电主站通信。 1 0 华北电力人学工程硕士学位论文 2 2 4 配电自动化系统远方终端功能配置 配电终端是配电监控基础层，该层沿配电线分布，包括丌关设备、终端设备和 通讯设备。其中开关设备包括分段开关和联络开关；终端设备包括f t u 、配变检测 仪t t u 等；通讯装置包括载波机、光端机等。终端设备监控、故障检测与处理：由 t t u 实现对配变的监控。 2 3 馈线自动化 馈线自动化的主要功能是在正常运行时监测配电网运行的工况，在线路维护或 区段故障时，自动隔离故障区段、自动恢复非故障区段的供电。 其主要任务有： ( 1 ) 线路数据的采集和监控：站内开关和设备的数据采集和监控由站内r t u 来完成。线路上各个环网开关、负荷丌关、配电房、开闭站、环网柜及配电变压器 的数据采集和监控，由安装在各个环网开关、负荷开关、配电房、刀= 闭站、环网柜 及配电变压器的馈线远方终端来完成。 ( 2 ) 馈线故障时的处理：及时确认故障线段，迅速隔离故障线段，及时恢复对 非故障线段的供电，缩小故障停电范围，减少用户的停电时间，提高对用户供电的 可靠性。 馈线自动化系统中故障监测、故障定位、故障隔离以及菲故障区供电恢复是其 主要内容。 实现馈线自动化的原则是： ( 1 ) 变电站开关不跳或少跳 ( 2 ) 尽量使靠近电源侧的开关少动作 ( 3 ) 短路电流没有流过的开关尽量不动 实现馈线自动化功能的方法很多，总结起来有基于重合器、分段器的电压时l 日j 型，基于f t u 的电流型和基于f t u 的智能保护型。 电压时间型：该型不需要f t u ，不需要通信，但出线开关重合三次才能隔离 故障，恢复非故障区的供电，整个过程时间较长，对于环网约1 分钟。这种方式仅。 适合网络结构简单( 如单环网) ，用户不很重要的地区( 如农村电网) 。 电流计数型：采用电流计数型方案用于线路分段器不能用来开断故障电流，只 能与断路器重合器配合使用，该方法投资少，无需通信，分段开关动作次数少，但 馈线长、线路分段较多时，需增加变电站断路器重合器的重合次数，对系统冲击大。 电流型：该型需要在线路环网点安装f 刚及通讯线路，故障时f t u 将故障信息 上报至主站系统，由主站系统的馈线自动化算法进行判断决策，使出线一次重合就 1 1 华北电力大学工程硕士学位论文 可以隔离故障，恢复非故障区的供电另外，还可以采集分段开关处的电量和非电 量信息，将其传到配调中心，供运行监视与分析。4 这种方式适合任何形式的网架结 构，该模式中，分段丌关可以是负荷丌关。 电流电压混合型：该型在有通信的状态下实现方法与电流型相同，在通信中断 或没有通信的状态下出线丌关仅重合一次就可进行故障定位，故障隔离和非故障区 域的供电恢复。该方法要求线路丌关必须为断路器，并且适用于网络形式比较简单 的网架中。 智能保护型：也是基于f t u 及通信网络的一种模式，在这种模式中各f t u 之日j 可以通信，使故障处理不依赖于子站和主站。这种模式故障隔离最快，但f t u 的定 值整定配合比较复杂，仅适宜于网架结构比较简单的场合，在这种模式中，分段开 关必须为断路器。 纵观这几种模式可以看出，电流模式比较灵活，适宜于任何网架结构。此种模 式下，从出现故障到隔离，再到非故障区段恢复供电，整个过程大约需2 0 秒左右， 对于大多数场所，这个速度已可以满足要求，况且这种模式中分段开关可以是负荷 开关，一次投资也比较少，故建议在城市区域使用电流模式馈线自动化方案。在远 郊和边远城镇，可采用不需要通信的电压时间型或电流计数型方案。 2 4 系统主要技术指标 为满足配电自动化及管理系统本身安全可靠运行的需要，对用于配电自动化的 设备均具有较高要求，这些一次开关设备除满足相应标准外，还应满足配电自动化 及管理系统运行要求。 表2 1 配电自动化系统主要技术指标 内容指标 遥测综合误差遥测综合误差1 5 模拟量 遥测合格率 9 8 状态量遥信正确率 9 9 9 遥控遥控正确率 9 9 9 9 出线2 0 8 0 条 每条线路的终端个数2 0 5 0 个 子站 模拟量容量2 0 0 0 8 0 0 0 个 容量 遥信容量 。 1 0 0 0 4 0 0 0 个 华北电力大学工翟硕士学位论文 内容指标 主站子站 1 0 0 个子站 容量模拟量容量3 0 0 0 0 个 中心站主站l o 个主站 容量 模拟量容量3 0 0 0 0 个 丌关量变位由终端传递到子站 5 s ( 光纤方式) 开关量变位传递到主站 l o s ( 光纤方式) 遥控返校 2 0 s ( f t u 级，光纤方式) 双机切换时间 2 0 s 系统 站内事件分辨率 l o r e s 响应 重要模拟量越死区传递时间 1 5 s 时间 事故画面推出时间 1 5 s 故障区段隔离 4 0 s 非故障区段恢复送电 l r a i n 配电子站、远方终端平均无故障时间2 5 0 0 0 h 系统可用率 9 9 9 9 1 3 华北电力大学： 程硕士学位论文 第三章配电测控单元的分析与选择 先进的配电测控单元是集保护功能与高精度r t u 功能于一体，更强调测量能力、通 信能力的提高，是构成配电s c a d a 的基础，其发展趋势是将与小型化、智能化、带有丰 富的传感环节和可靠的控制机构的开关集成于一体。配电自动化是变电站综合自动化的 延伸与发展，建立在配电网测控单元及配电网通信基础上的集保护、控制、管理、营销 与一体的，以功能优化为鲜明特征的综合自动化系统，主要功能覆盖配电网保护、配电 s c a d a 、配电系统高级应用软件功能、电力市场化的用电营销等f 2 2 】。 3 1 配电测控单元的功能要求 配电测控单元是采用高性能单片微机和d s p 处理技术，采集线路或配电设备的电流、 电压、有功、无功以及功率因数等，实现配电监测功能；应用区域控制和模糊判断原理， 控制自愈式电容器的投切，实现无功功率自动补偿；同时，t 通过一定的通信方式能够现 场联网使用。配电测控单元是配网自动化的基本单元模块，其主要功能要求如下【2 3 1 。 1 测量功能 先进的数字信号测量系统( d s p ) ，在电网一周波( 2 0 m s ) 内对电网的各项参 数进行测量。能在线测量三相电压、电流、谐波电压、谐波电流、有功、无功、有 功电度、无功电度、功率因数等。 2 记录功能 配电测控单元需要在线记录每月每日各相电压、电流、有功、无功、有功电度、 无功电度、功率因数、诣波畸变、3 、5 、7 、9 、1 1 次谐波、电压的最大最低值及其 出现的时间。能记录下所有的操作事件，包括装置上下电、手动投入切除电容等事 件，为事故分析提供必要的依据。可以记录无功补偿电容器的投切过程，为用户详 细了解无功补偿的效果提供直观的信息。 3 统计分析功能 配电测控单元可以在线统计一年的停电时间、电压合格率、电容投切次数、电_ 压电流有功无功的极值出现时间。为线路考核提供依据；同时还可以在线和离线 分析电流曲线、电压质量、谐波畸变率等，并给出治理意见。 4 保护功能 配电测控单元应当具有完善的越限报警和过压、欠压、缺相、零序电流( 负载 不平衡) 超标、谐波超标等报警或切电容功能，以保护现有设备安全。 5 无功补偿功能 采用区域控制原理，可实现三相补偿、单相补偿和综合补偿，保证补偿方式最 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 优，效果最好。其中，电容容量用户在订货时可以自由选择补偿方式，即可以由用 户指定三相投切级数和单相投切级数，并指定各级容量。具有手动分相补偿和自动 补偿两种工作方式，方便用户调试试验和操作。可以按人工输入的补偿目标自动 选择最佳模式进行投切补偿。 综合考虑现场设备( 如自愈式电容，投切开关) 的寿命、补偿目标和历史补偿 过程，采用模糊控制理论，每次从可能的上千种方案中选出最佳的一种方案实旎补 偿，以达到最佳的无功补偿效果。 6 通讯功能 配电测控单元具有1 个r s 2 3 2 本地通信和一个r s 2 3 2 4 8 5 扩充通讯接口，所有 通信口具有完善的通讯功能，兼容1 0 1 等国内常用规约，可以接无线收发设备、光 端机、m o d e m 等通讯设备；扩充通信1 3 可以用做抄表c i ，为配电自动化的全面实 施提供必要的保证。本t t u 通过连接通讯接口设备后，能与远方站端设备通讯，实 现远方遥测线路电气参数、遥信各电容器投切位置、遥控电容器投切等，从而为实 现配电自动化提供可能。 7 显示功能 全中文界面，可实时显示电网所有的主要参数( 三相电压、电流、谐波电压、 谐波电流、有功、无功、有功电度、无功电度、功率因数等) 和电容器的投切情况。 3 2 性能指标要求 配电测控单元中需将电网的各个参数储存三个月以上。且在断电后不丢失，并能一 在来电后自动恢复工作。产品应符合i e c 、v d e 、c e 、g b 等有关标准，通过国家 配电设备质量监督检验中心的产品性能及质量检验，各项指标均达到国家行业标准 的要求。 工作电压：要求a c 2 2 0 v 1 5 频率5 0 h z 测量范围及精度：电压6 0 2 6 0 v 、测量电流0 1 6 a 、测量功率0 9 9 9 9 k w 或 k v a r 、测量功率因数：滞后o 2 0 0 超前0 2 0 0 、测量有功电度、无功电度，要求精 度为o 5 级以上。 数字量输3 , 输出：8 路以上数字量输出：光隔输出，用于控制电容器投切 ( 1 2 v d c 2 0 m a ) 和报警( 1 2 v d c 2 0 m a ) 无功补偿：补偿响应时间： 的电压和电流 软件要求：适用于各种网络重构；能计算单重故障和多重故障；能计算单相接地、 两相接地、三相接地、相闯短路、单相断线、两相断线、三相断线各节点的电压和电流； 故障点的位置可由人工在界面上设定。 输入数据：直接取用实时数据库和潮流信息，负荷采用二次模型或简化模型 编程方法：采用阻抗矩阵法或潮流计算法 调用软件：潮流计算、结线分析，状态估计 2 9 华