（电气工程专业论文）包头市区配电自动化系统研究.pdf

华北电力人学工程硕士学位论文摘要 摘要 配电网是电力系统发电、输电和配电三大系统之一。电力公司通过配电网实现其产 品销售。随着经济的发展、观念的变化，电力公司正经历着一场深刻的变革：电力市场 自由化。这场变革使电力公司面临新的挑战，必须采取新的技术和管理措施，以增强市 场竞争力。配电自动化系统的提出为配电线路的运行和管理导入了一个全新概念，可以 实现配电网的安全、稳定、经济的运行。本文以包头市配电自动化为研究内容，详细研 究了计算机、网络、通信、数据库等技术在配电自动化系统中的应用。通过配电自动化 技术的实施，提高包头市的供电的质量和可靠性，提高了电力系统的经济效益。 关键词：配电自动化，电力系统，包头市 a b s t r a c t p o w e rg e n t i a i l ，仃a n s m i te l e c 仃i c 埘a n dd i s t r i b u t i o na r et h em 陀eb i gs y s t e m s t l l e d i s 订i b u t i o nn e t 、7 旧r ki so n eo ft h e m p o w e rc o m p a j l i e sr e a l i z et l l e i rp r o d u c ts a l et h r o u g ht l l e d i s t r i b u t i o nn e t 、0 r ka n dp r o v i d ee l e c t r i c a le n e r g yt ot h ev a u s tu s e r so fe l e c t r i cp o w e r a l o n g 、v i mm ee c o n o m i c a jd e v e l o p m e n t 肌dt h ec h a n g eo fm a n a g e m e n tc o n c e p t ， p o w e rc o m p 越e s a r ee x p e r i e n c i n gap r o f o u n dt r m s f o n i l a t i o n ：p o w e rm a r k e ti i b e r a l i z a t i o n t l l i s 饥m s f o 肌a t i o n m a k e sp o w e rc o m p a n i e sf a c et h en e wc h a l l e n g e ，s ot l l e ym u s ta d o p tt e c l m o l o g ya n d m a l l a g e m e n tm e a s u r e si no r d e rt 0s t r e n g t l l e nt h em a 出e tc o m p e t i t i o ns t i e n g t h d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t e mc a ng u a r a n t e et h ep o 、e rs y s t e ms a f e r ，s t e a d ya 1 1 de c o n o m i cp e 怕m a i l c e i sr e s e a r c h e di nv i e wo fp 1 1 y s i c a lc i r c 啪s t a l l c eo ft 1 1 e n e w l yd e v e l o p e db a o t o ut o w i l ， c h o o s i n gd i g t r i b u t i o na u t o m a ：t i o ns y s t e ma st l l er e s e a r c ho b j e c t ，a i l a l y z i n gt h e 印p l i c a t i o no f t l l e c o i n p u t e r ，n e t 、v o r k ，c o m m u l l i c a t i o n ，d a t ab a s ei nt 1 1 ep o w e rs y s t e m t h ed i s t r i b u t i o n q u a l 匆a l l dr e l i a b i l 时w i nr 印i d l yf o rt h ed i s t r i b u t i o nn e 铆o r ka _ u t o m a t e ds y s t e m ，a i l dm e e c o i l o m i cb e n e f i to ft 1 1 ee l e c t r i c i t ) rs u p p l yc o m p a n i e si sr a i s e d w a n gf e n g c h e n ( e l e c t r i cp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l vf a n g c h e n k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ，p o 、v e rs y s t e m ，b a o t o ut o w n 声，明尸，明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文包头市区配电自动化系统研究， 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。 学位论文作者签名：墨丛塾 日期：型兰! 二 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： 日期：洲查：! !日期：垄! 查：! - = ， 华北电力大学f 程硕士学位论文 1 1 选题的背景及其意义 第一章绪论 在现代社会中，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，要求不间断供电的计算机设备越来越多，给供电提出了更 高的要求。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【l 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。为了进一步满足电力企 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【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) 层次上进行的，而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 】。 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、丰富的数据和信地方、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， 华北电力大学工程硕士学位论文 实现总体控制。 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 j 。 包头供电公司配电自动化系统的规划建设和实施将会对提高包头供电公司的 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【5 】。 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 岗位之间，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。 2 华北电力大学工程硕士学位论文 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放电、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 电网综合管理系统，则是近年来才起步的【6 一引。 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【1 1 1 ，第一期工程 采用法国施耐德集团生产的p r 环网开关柜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 日本东芝技术生产的具有自动化功能的柱上真空开关设备八台，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1 0 台丹阳生产的柱上真 空开关，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【12 1 、淄博供电局【1 3 1 、阳泉供电局【14 1 、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。 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一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 0 0 p e r 公司、摩托罗拉公司、英国a b b 公司、日本 东芝公司等，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得比较快的国家【l 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13 3 0 个配电站，目前 已将网络管理功能扩展到6 6 k v 配电网，进而覆盖约4 0 0 0 个配电站。 芬兰“e 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 3 华北电力大学1 程硕士学位论文 电变电站。 1 3 包头供电公司市区配电网现状及存在问题 随着包头城市建设和经济的快速发展，供电负荷大幅度增长，包头供电公司 2 0 0 7 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 。为建设好包头地区配电网，提高包头配电网供电可靠性，近几年，内 蒙古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，由十配电网庞大， 负荷增长快，老旧设备多，历史欠账多，城网改造中受政府行为影响，2 0 0 5 2 0 0 7 年包头地区配网改造资金，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，尽管已采取临时措施，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 包头供电公司市区配电网的基本情况 ( 1 ) l o 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。0 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 1 1 1 公里；电缆线路为4 2 3 4 公里。 ( 2 ) 1 0 k v 开闭站l l l 5 座( 高压开关柜单兀总数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( 高压开关柜单兀总数6 3 9 l 台，低压 开关柜总数1 4 5 6 2 台) 。其中：土建变电站3 0 l 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 包头市配网自动化系统的主要问题 经过对包头市配电自动化系统的功能和要求的仔细分析和对包头供电分公司 情况的深入了解，我们认为，包头市配网自动化系统有以下关键技术，这些关键技 术能否正确解决，是包头市配网自动化系统成败的关键。 ( 1 )网络的安全性 在实时的电力系统中，计算机系统的网络安全，是电力系统安全稳定可靠运行 4 华北电力大学工程硕士学位论文 的基础，在包头市配网自动化系统的设计中，充分考虑网络安全，实时网和管理网 严格分离、提高应用软件和系统软件的防病毒等级，都是设计中应该首先考虑的问 题。 ( 2 ) 数据的安全性 在设计中要充分考虑数据的完整性、数据的一致性、数据的可恢复性等一系列 涉及数据的安全性的问题。 ( 3 ) 完善的用户及权限管理 电力系统的安全运行，某种程度上取决于系统的管理水平，系统提供出一套完 善的用户和权限管理的功能是提高配网自动化系统安全可靠稳定运行的必要条件， 可以大大避免人为造成的事故，提高用电可靠性。 ( 4 ) 包头市配网自动化系统s c a d a 与g i s 的一体化设计 采用s c a d a 与g i s 完全一体化设计方案，提供标准的接口可以接入第三方g i s 支撑平台，统一支持配电自动化各种应用，实现实时信息、设备信息、地理信息全 网共享。在设计之初，就必须考虑两个子系统如何共用地理信息、实时信息、网络 拓扑信息、设备参数信息，如何保证信息的一致性，如何保证维护的唯一性，这些 问题不解决好，必将导致系统今后在信息来源和系统维护上的混乱。 ( 5 ) 包头市配网自动化系统通信系统的设计 通信系统是配网自动化系统的血脉，必须可靠、安全、经济、方便，一味求全 求大，必然导致过高的投资，只有性能价格最高、扩充方便又有发展前途的通信方 案才能作为首选。包头目前的s d h 光缆、光纤环网、g s m 无线网相结合的通信方式 是即经济又合理的通信方案。 ( 6 ) 包头市配网自动化系统故障处理模式的确定 由于系统采用分层的体系结构，因而如何做到故障处理的分层以快速、准确实 现故障定位、故障隔离、非故障区域恢复供电，层与层之间协调配合是配电自动化 系统需要考虑的重要内容。 ( 7 ) 包头市配网自动化系统与其他系统的互联 系统互联的目的是信息共享，而不是简单的重复建设，然而管理g i s 、地调e m s 、 m i s 、c a l lc e n t e r 与本系统不在一个网段上，如何跨网段实现信息共享( 如与e m s 系统进行变电站1 0 k v 出线开关信息交互，从c a l lc e n t e r 获取用户信息等) ，本系 统如何承纳外部系统的信息又不增加本系统的负担，是本系统设计之初就需要着力 解决的一个关键问题。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 1 3 3 包头市配网自动化系统工程实施思想 针对以上1 3 2 节分析，对包头市配网自动化系统采用如下实现思想： ( 1 ) 建议包头市配网自动化系统采用四方华能公司的c s d a 2 0 0 0 一体化支撑平 台，是该公司最新推出的新一代s c a d a d m s g i s 系统平台。该平台将其公司成熟、 稳定的s c a d a d a 和最新的s d e 空间数据引擎结合起来，针对国内电力系统的特点， 采用面向对象技术，将s c a d a d a 和g i s 系统完美揉合在一起，两个子系统共用一 个图形数据( 共用图形和数据库工具) 入口和一个图形数据出口。采用s c a d a d a 和 g i s 的无缝连接，保证了图形和数据录入的唯一性和维护的一致性，可大大减少用 户的工作量，真正实现包头配电自动化和配电管理系统的一体化设计。包头市配网 自动化系统亦可采用与第三方g i s 集成的方案，通过接口模块实现数据一体化、功 能分布一体化和人机界面一体化。 ( 2 ) 系统采用分层的体系结构，不同的层次实现不同的功能，层与层之间采 用不同的通信方式。主站与子站之间采用光纤环网以太网进行通信；子站与配电 终端之间可采用以太网光纤自愈环网或双绞线进行通信。在子站与配电终端之间 的通信方式上，主张采用光纤自愈环网，主要是因为：( a ) 光纤以太网目前技术不 够十分成熟，对系统的稳定性和可靠性还未得到全面的验证；( b ) 以太网接口的光 端设备，价格比光纤自愈环网的光端设备稍贵，且相应的f t u 的投资也将增加；( c ) 在配网中，配电监测终端的信息量不是很大，因此，用串口通信就能满足实时性要 求；( d ) 利用以太网的快速性实现就地故障隔离，在网络结构非常简单的情况下， 如环网柜供电方式，较容易实现，在网络结构复杂的情况下，如架空环网，其实现 较难：( e ) 光纤以太网很难具有自愈功能，在通信的可靠性上较差。 ( 3 ) 故障处理采用实时网络拓扑。该拓扑是基于配网一次设备的联结关系且 结合系统当前的运行情况，因此具有速度快、通用性强等特点，适用于任何形式的 配电网络结构。另外故障处理软件还提供很多辅助功能。在故障处理模式方面，采 用集中控制和分散控制相结合的控制方式。从f t u 到子站、子站到主站均有控制功 能，根据现场情况，上一级系统对下一级系统具有监视及取消操作( 闭锁) 的权限， 权限设置可在f t u 、子站、主站进行，可单独设置或组合设置。 ( 4 ) 包头市配网自动化系统与外部系统( e m s 系统、m i s 系统、c a l lc e n t e r 、 管理g i s 系统等) 的互联采用多种解决方案：( a ) 通过w e b 方式，在m i s 系统中实现 对包头市d m s 系统的图形和数据的共享；( b ) 通过o d b c 、s q l 等标准的数据库访问 和查询技术实现对商用数据库数据的互访；( c ) 通过c s d a 2 0 0 0 提供的a p i 接口，外 部系统可以实现对实时和历史数据的访问；( d ) 四方华能与第三方开发商协商，通 过数据报文形式等方式实现互访；( e ) 与e m s 可通过转发方式实现共享。具体采用 6 华北电力大学t 程硕士学位论文 哪种或哪几种方案视具体情况灵活选定。 1 3 4 拟采取的措施 ( 1 ) 根据内蒙古电力公司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 本文针对包头电力公司配电网的现状，对配电网自动化系统进行了规划设计， 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 ) 结合包头供电公司的实际，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。 ( 2 ) 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。 ( 3 ) 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。 ( 4 ) 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t 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 配电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 动化系统晗们。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，确定包头市配电自动化 系统规模为三层结构的大中型系统( 如图2 1 所示) 。 外部系统 主站层 圉圉圈曰固 q 西8 0 鹰 通信子站层曰 卫 习 习 。7 夕弋 回囤回圆 嫦层 南击 图2 1 配电自动化系统层次结构图 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 为二层，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。 各层组成、作用、特点如下： 第一层，配电自动化主站层 华北电力大学工程硕十学位论文 它是整个系统的最高层，负责整个城市配电自动化及管理系统的监控、管理； 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，使整个配电系统处十最优的运行状态。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。系统软件是基于开放式、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 止 1 日。 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、控制单兀的总称，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 a n 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。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 2 配电自动化系统组成模式 2 2 配电自动化系统组成模式 1 0 k v 配网自动化系统组成模式可用以上图形( 图2 2 ) 说明。 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 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 ) 基于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) 。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 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 ) 基十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) ，使整个配电系统处十最优的运行状态，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。 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，包括开关设备、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、负荷开关、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、开闭站、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。 1 1 华北电力大学工程硕士学位论文 馈线自动化系统中故障监测、故障定位、故障隔离以及非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、分段器的电压一时 间型，基于f t u 的电流型和基于f t u 的智能保护型。 电压一时间型：该型不需要f t u ，不需要通信，但出线开关重合二次才能隔离故 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十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 t u 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 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。这种方式适合任何形式的网架结 构，该模式中，分段开关可以是负荷开关。 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开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。该方法要求线路开关必须为断路器，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f t u 之间可 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，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一时间型或电流计数型方案。 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 2 4 配电自动化系统主要技术指标 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 一l 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 子站容量 模拟量容量 2 0 0 0 8 0 0 0 个 遥信容量1 0 0 0 4 0 0 0 个 子站1 0 0 个子站 主站容量 模拟量容量 3 0 0 0 0 个 主站1 0 个主站 中心站容量 模拟量容量3 0 0 0 0 个 内容指标 开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 1 0 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 系统响应时间 站内事件分辨率 1 0 m s 重要模拟量越死区传递时间 1 5 s 事故画面推出时间 1 5 s 故障区段隔离 谐波含量 大气压力：8 6 1 0 6 k p a 海拔2 0 0 0 米及以下。 电磁干扰：满足国家电力公司的配网自动化终端通用技术条件( 试 行) 要求，符合国标g b 6 1 6 2 。 绝缘耐压：满足部颁d l 4 7 8 标准。 不允许有较强的震动与冲击。不允许有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导 电介质，不得含有爆炸危险的介质，不允许有严重的霉菌存在。 3 1 3 配电测控单元的选择 综合上述分析，本文的配电测控单元采用t t u c s f l 0 3 b 配电终端，该终端完全 能够满足上述要求。 c s f l 0 3 b 采用三相交流采样技术，以直接测量电流和电压为基础，以先进的实 1 6 华北电力大学工程硕十学位论文 时算法直接测量并显示测量值。适用于不同电压等级和不同p t 、c t 接线的各种类 型的输电线路。十六路状态量输入。可以采集无功补偿装置状态，并将采集信息上 报，其中两路“1 1 5 ，1 1 6 可做脉冲量输入，可以采集电能表脉冲或多功能电能表 的数据。三相型c s f l 0 3 b 有1 2 路继电器接点输出( 常开) 或1 2 路电平输出。可通过 编程设定每一路功能，远方主机控制，自动对电容器组进行控制。因此，c s f l 0 3 b 可以取代常规的三相电量测量仪表、变送器、数据采集设备和r t u 。c s f l 0 3 b 支持 交直流供电方式，每台c s f l 0 3 b 配置一个智能电源模块和一组2 1 2 v 德国进口“阳 光 蓄电池，可实现外部电源和蓄电池的自动切换功能。因此，c s f l 0 3 b 装置本身 具有电源监视功能和失电数据保护功能，记录的数据永久保持，不丢失。 3 2 通信系统选择 3 2 1 配电网通讯系统的特点 配电自动化系统的构建是计算机技术、通信技术和测控技术的综合应用这个分 布式系统，整个系统构建的技术关键在于设计一个有效的通信网络，保证那些在空 间上分散的测控单元能够与监控中心实时地进行数据交换。通信是配电自动化系统 不可或缺的重要组成部分乜4 | 。目前应用在配电自动化系统的通信方式主要包括光纤 以太网、光纤双环自愈，专线、无线蜂窝及g p r s 通用分组无线业务等。用户需要 因地制宜，选择适合当地配电网状况的一种或几种通信方式组合。 系统通信根据应用的特点及功能分布，采取分层配置的原则。主站与子站之间 采用以太网通信和专线两种通讯方式，配网自动化系统主站与子站之间的通信拟采 用专线通讯；子站与监控终端之间使用光纤、双绞线两种通讯方式。f t u 采用光纤 环网接入子站系统、t t u 通过双绞线与f t u 连接与子站通讯。 配电网的通讯系统有别于输电网。它的终端数量极大，但通道相对较短。而且 配电自动化系统的不同功能对通讯的要求也有所不同。配电自动化系统对配电通讯 系统的要求有： ( 1 ) 高度的可靠性 配电系统的通讯设备大多暴露在室外，需承受各种恶劣的自然条件的影响和电 磁的干扰，同时还要考虑到维护方便，因此要求有高度的可靠性。 ( 2 ) 经济性 通讯系统的投资不能太大，以免影响配电自动化系统的总体经济效益。 ( 3 ) 具有双向通讯能力 ( 4 ) 便于扩展 ( 5 ) 主干线上停电时不影响通讯。 17 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 6 ) 通讯方式要适合配电网分散多点的特点。 3 2 2 通信系统整体设计思路 通信系统是整个配电自动化系统的重要组成部分妇5 1 ，直接影响着整个配电自动 化系统的整体性能。通信系统应为配电自动化系统提供高稳定性、高可靠性、高速 大容量、可扩展性强的通信网络，并具备在一定故障条件下的自恢复功能。 1 系统通信设计原则 1 ) 配电自动化通信系统应和配电自动化系统应用功能紧密结合，将多种通信 方式进行合理搭配，以取得最佳的性能价格比，满足配电自动化系统的整体性能指 标要求。 2 ) 配电自动化通信系统的设计应具有先进性、实用性、可靠性、可扩展性。 3 ) 主干通信网的设计应和配电自动化计算机网络系统相结合；拓扑结构应路 径最短、涵盖配电终端范围最大，具有较好的扩展性；应具有较高的通信速率和较 低的误码率。 4 ) 非主干通信网的设计应和配电自动化站端系统相结合，在满足配电自动化 整体性能指标和通信可靠性的基础上适当提高通信速率。 对包头供电局配电自动化系统的通信系统的设计遵循以下几个原则： 1 ) 开放性：系统及设备均具有标准的通信接口及多种标准的通信规约，可以 与各种终端设备、通信设备实现无缝连接。通信系统能随配电自动化系统功能变更、 电力线路调整而方便的扩充和升级，并能适应以后配电自动化系统大规模扩展及与 其他网络的互连。 2 ) 先进性：采用目前国内外配电自动化工程实践中最先进、成熟，适合国情、 适合各电力用户具体情况的通信技术。 3 ) 经济性：采用具备尽可能高性价比的通信方式与通信设备。 2 系统整体通信结构 对包头供电局配电自动化系统的通信系统整体结构遵循分层、分布、分路由的 思想设计： 分层：整个配电自动化通信系统采用分层结构，从系统结构划分，整个通信系 统可分为两层结构： 1 ) 主站一子站之间 利用主站至各变电站之间的s d h 或其他光纤通信网络。主站局域网与各子站均 通过接入设备接入s d h 或其他网络，构成一个配电自动化系统计算机 网络，运行基于t c p i p 的各种标准通信协议。 1 r 华北电力大学工程硕士学位论文 2 ) 子站一f t u 、d t u 、t t u 之间 采用光纤通信方式，组成有线网络。 分布：按照实际电力线线路走向和配电系统功能需要，将具备一定的电气连接 关系的环网柜、开闭所，用光纤连接组成不同的环路，或以变电站为中心点，构成 环状或星状网络结构。 分路由：f t u ：按照一定的电气连接关系，规划不同的通信网络路由