（电气工程专业论文）县级配网自动化系统研究.pdf

山 东大学硕 士 学位 论文 a b s t r a c t a st h ei n c r e a s eo ft h ep o w e rc o n s u m p t i o n ，p o w e rs u p p l yq u a l i t yb e c o m e st h ef o c u st h a t p e o p l ep a yc l o s ea a e n t i o nt od a yb yd a y t h er a p i dd e v e l o p m e n to f n a f i v ee c o n o m yp u tf o r w a r da h i g h e rr e q u e s to fe l e c t r i c a lq u a l i t ya n de c o n o m i c a lr u n n i n gt a r g e t a s t h er e c o n s t r u c t i o no f d i s t r i b u t i o ns y s t e mg o e so n ，t h er e l i a b i l i t yo ft h e1 0 k vn e th a sb e e ni m p r o v e dg r e a t l y b u tt h e c o m p l e x i t yo f t h e1 0 k vn e ti sm o r et h a ne v e rb e f o r e s o ，i no r d e rt oe n h a n c et h ec o n t r o lo f t h en e t a n dr e a l i z et h er e a ld i g i t a ln e t t h er e c o n s t r u c t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r km u s tb ed o n e w t h t h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t ye q u i p m e n ta n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n i se a s i e rt or e a l i z e b yt h er e c o n s t r u c t i o no fg u a n x i a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dt h ed e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ，t h i sp a p e rp r e s e n t sp a r t i c u l a rs p e c i f i c a t i o na b o u tr e c o n s t r u c t i o n o fd i s t r i b u t i o n n e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h ed e s i g no f c o n t r o lc e n t e ra n ds u b s t a t i o n o nt h eb a s i so fa n a l y s e so fd o m e s t i ca n df o r e i g nb a c k g r o u n do fd i s t r i b u t i o nd e v e l o p m e n t ， t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z et h ei n f l u e n c eo f r e c o n s t r u c t i o no f m a i nn e t w o r ko nd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n d f o r e c a s tt h el o a d a n dt h e np r e s e n ts c h e m eo fr e c o n s t r u c t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h i sp a p e r g i v e se x p a t i a t i o no f d e s i g nm e t h o da n ds t r u c t u r eo f s o f l w a r ea n dh a r d w a r e t h i sp a p e ra n a l y z e sa l m o s ta l lt h ef u n c t i o n so ft h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，s u c ha s s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t aa c q u i s i t i o n ) ，f a ( f e e d e ra u t o m a t i o n ) ，d p a s ( d i s t r i b u t i o np o w e r a p p l i c a t i o ns o f t w a r e ) ，d m i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t ) ，l c m ( l o a dc o n t r o l a n dm a n a g e m e n t ) ，r d s m ( r e a l t i m ed a t as o u r c em a n a g e m e n t ) ，t h ea u t o m a t i cs y s t e mf o r t h e f a u l ts e c t i o nd i a g n o s i sa n di s o l a t i o ni nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sa n ds oo n t h em e t h o d sp r e s e n t e db yt h i sp a p e ra c c o r dw i t ha c t u a ls i t u a t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n d f u l l ya c h i e v et h eg o a l p r a c t i c ew i l lp r o v et h a tt h es y s t e ms h o u l db ew i t hp e r f e c tf u n c t i o n 。e a s yi o u s e ，h a st o t a l l ys a t i s f i e dt h ea c t u a ld e m a n d ，a n di tc a ni m p r o v et h em a n a g e m e n tl e v e lo f t h ep o w e r s u p p l ye n t e r p r i s ef u r t h e r k e y w o r d ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k d m s g i s f a u l ts e c t i o nd i a g n o s i sa n di s o l a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 者签必纵日期趟 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签师签名 越日期趣：z 5 。 山 东大学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 现代电力系统大致可以分为发电、变电、输电、配电和用电五个环节。在电力系统的 各环节中，配电网作为末端直接和用户相连，具有深入城市和居民密集点，传输功率和距离 一般不大，供电容量、用户性质、供电质量和可靠性各不相同的特点，它能敏锐地反映用户 在安全、优质、经济等方面的要求。据统计，全国发电量的8 5 是通过3 5 1 1 0 k v 供配电网 输送给用户。完整地说，配电自动化应该是指整个配电网并包括电力用户在内的自动化。 配电网按电压等级来分类高压配电网3 5 1 1 0 k v 电压等级 中压配电网6 - l o k v 电压等级 低压配电网2 2 0 3 8 0 v 电压等级 按供电区的功能来分类 城市配电髓 农村配电网 工厂配电网 随着国民经济的发展和人民物质文化水平的不断提高，对电力需求越来越大，促使电力 事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，甚至连发生电 源的瞬时中断也不能忍受。对用户电能质量的评价主要有以下几个指标：一是电压质量，它 包括电压偏差，电压波动和电压闪变三个方面的要求；二是频率；三是供电可靠率，它是配 电网对用户持续供电能力的量度，有多至i l 项的评价指标，其中主要是年平均供电可靠率， 即用户年平均供电时间的百分数；四是谐波含量，应不高于规定的含量。 提高电能质量要由改善整个电力系统的装备和运行来达到。显然，限于配电网络设备及 用户所具有的能力，配电网只能对电能质量中的某些指标起到显著的作用，如提高供电可靠 率和电压质量。而且众所周知，合理而完善的配电网络结构对于提高供电可靠率和电压质 量至关重要，在某种意义上讲是起主要作用的。 从另一方面说，保护、监测和控制系统的改进并逐步达到自动化，对于配电网的运行也 十分重要，且其重要性和作用正逐渐增大，在某些方面，如故障的快速隔离和提高供电可靠 率，是必不可少的。 当然，电力系统应以最经济的能源消耗、最有效的运行管理，以最合理和便宜的价格向 用户供电。配电网及其控制和用户管理也关系到供电的经济性。因此，可以说，实现或实施 配电自动化的目的是采用现代电子、通信和计算机等技术和设备对配电网和用户在正常运行 和事故情况下实行监测，保护、控制和管理，提高供电质量和经济性，改善服务和提高工作 3 山 东大学硕士学位论文 效率。【1 1 1 2 】【3 】1 4 1 1 2 配电自动化的内容和意义 随着电力市场化改革的迅速发展，用户对用电质量提出了更高的要求。而供电的可靠性 和电能质量是电力系统两大考核指标。在2 0 0 3 年我国国家电网公司提出的目标是：提高供 电可靠性，城市供电可靠率达到9 9 9 0 ，大城市市中心区达到9 9 9 9 ；提高供电质量，电 压合格率大于9 6 。要达到上述目标，必须采用现代化手段提高供电自动化水平，即实施 配电系统自动化。 配电系统自动化是利用现代电子技术、通信技术、计算机技术及网络技术，将配电网在 线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整 的自动化系统，实现配电系统正常运行及事故情况的监测、保护、控制、用电和配电管理的 现代化。实施配电系统自动化的目的是提高供电可靠性、提高供电质量、提高服务质量、提 高企业的经济效益和提高管理水平，使供电企业和用户双方受益。 配电自动化系统( 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 m ，简称为d a s ) 从功能上主要可以分 为两丈部分的内容，即包括基础配电自动化层和配电管理层。基础配电自动化层主要实现数 据采集、运行工况监视和控制、故障实时处理。主要包括变电站( 配电所) 自动化系统、馈 线自动化( f e e d e r a u t o m a t i o n ，简称为f a ) 。配电s c a d a 系统。配电管理层主要实现配电 管理、停电管理、工程管理、电能计量管理及配电高级应用，其主要内容包括配电工作管理 系统、用电管理自动化系统、配电高级应用软件( d p a s ) 配电地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称为g i s ) 的引入是配电自动化的主要特点之一，因为配电网节点多、 设备分散，其运行管理通常与地理位置有关，将g i s 与一些属性数据库结合，可以更加直 观地进行管理。通常把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称 为配电管理系统( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称为d m s ) 。 配电自动化是电力系统现代化的必然趋势，其主要意义在于：在正常运行情况下，通过 监视配网运行工况，优化配网运行方式；当配网发生故障或异常运行时，迅速查出故障区段 及异常情况，快速隔离故障区段，即时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时问， 减少停电面积；根据配网电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量达到经济运行 的目的；合理控制用电负荷，从而提高设备利用率：自动抄表计费，保证抄表计费的及时和 准确，提高了企业的经济效益和工作效率并可为用户提供自动化的用电信息服务等。 配电自动化在人力尽量少介入人的情况下完成大量的重复性的工作。这些重复性的手工 操作通常有查抄用户电度表、监视和记录变压器油温、检查核对配电变电所的负荷、沿配电 线路合或分开关、投入或撤除补偿电容器、升或降有载调压装置分接头以调节电压等 配电自动化系统的主要目的之一在于尽量减少停电面积和缩短停龟时间。为此必须能够 采集配电网上的实时数据( 即遥测和遥信) ，并对其进行分析，从而使调度员能够随时监视 4 山 东大学硕 士 学位 论文 网上运行情况和作出明智的决策。此外，还要求能够通过遥控和遥调在控制中心就能对配电 网进行必要的操作，从而缩短故障处理时间和降低劳动强度。 配电自动化系统有助于使配电网的潜力得以最大限度地利用，并且确保提供给用户的电 能质量满足要求。因此，电力公司和用户都能从配电自动化中得到收益。 配电自动化系统通常都设计成开放的积木块式结构，因此可以采用分期实施的策略。在 建设初期可以先控制在适当的规模和实现基本的功能，然后根据需要逐步扩容和全面实现期 望的功能，这样既能够获得看得见的和看不见的收益，又便于实施。比如，电力公司可以先 实现对于进线变电站和开闭所的数据采集与监控( 即s c a d a ) ，然后再扩展到对馈线上分 断开关的远方测控，逐步实现远方抄表和负荷控制等功能最终全面实现配电自动化。但在 工程实施的各个阶段，应注意满足以后扩展的需要。 使配电自动化系统发挥出其潜在效益的关键，在于从整体的角度对电力公司的日常操作 和需求进行分析。尽管难以定量估计配电自动化的一些功能所带来的效益，但是它们如同那 些可以定量反映的效益一样是实实在在地存在的。 目前实现配电自动化所需要的技术已经成熟，电力公司所要做的工作是分析本公司配网 所需要的潜在功能，以确定合适的实现方案。值得注意的是，每个电力公司的配网都有其特 殊性。比如地理环境、范围和规模、管理模式、用户性质等，这往往决定了该公司的配电自 动化最佳模式。酬6 j 1 7 1 1 8 】f 9 1 1 3 嗍 1 3 国内外配电自动化发展现状 1 3 1 国外配电自动化的发展和现状 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、馈线分段开关遥控、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 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、日本东芝公司等，均 推出了各具特色的配电网自动化产品。 欧美等发达国家的配电自动化开始于2 0 世纪7 0 年代，早期目标是缩短馈线停电时间。 美国在开展配电自动化工作的初期，采用配电线路上装设多组重合器、分段器方式，使线路 故障不影响变电站馈线供电。在纽约曼哈顿地区，2 7 k v 任一线路故障时真空重合器和变电 站内的断路器配合，经过小于3 次的开合操作，自动隔离故障使非故障段恢复供电。1 9 9 7 年全纽约的用户平均停电时间( 含检修、故障等各种因素停电时间) 为1 0 4 m i n ，而曼哈顿 地区仅为9 m i n 。1 9 9 4 年，美国长岛电力公司配电自动化系统采用8 5 0 台f t u 和无线数字电 台组成了故障快速隔离和负荷转移的馈线自动化在4 年内避免了5 9 万个用户的停电故障 s 山 东大学硕 士 学位 论文 ( 根据美国事故统计标准。对用户筹电达到或超过5 r a i n 就是停电事故) ，并因此获得i e e e d a d s m 大奖。整个系统的形成大致经历了三个阶段：第一步使线路运行达到能自动分段： 第二步建立通信通道实现s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n 。监控和数据采 集) 功能；第三步实施菲故障段的自动恢复供电。 日本是配电自动化发展得比较快的国家。从5 0 年代开始在配电线上开始采用自动隔离 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：其后由于电力电子技术、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。到1 9 8 6 年，全国9 个 电力公司的4 1 6 1 0 条配电线路己有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) 。 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，目前己将网络管理 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。 从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地满足于配电 系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合成综合的 通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式 在日本，由于无线电通信频段大都被电台占用而很难得到保证，日本在配电自动化系统 中，基本不采用无线电通信。光纤因处在发展阶段，目前只在一部分地方使用。比较普遍的 是利用通信电缆和配电线路来传送信号。而在欧美等国，却广泛采用无线寻呼通信网络和有 线通信相结合的方式。 目前使用较多的配电线信号传送方式有：音频控制方式，音频电流传送方式和位相脉冲 方式。利用专用电话线或c a t v 有线电视电缆，采用屏蔽双绞线( r s 4 8 5 ) 、光导纤维等方 式，也是广泛采用的配电自动化通信方式。u h f 和v h f 电台、调频广播( f m ) 和调幅广 播( a m ) 多用来用作负荷监控的信道。无线扩频和一点多址微波通信大多用于配网自动化 的通信主干线。 国外配电自动化的实现，大致是先实施馈线自动化，然后建立通信通道和配电自动化主 站系统，再完善各项功能。然而，在这过程中留有大量的有待开发的自动化功能和一些已开 发的功能之间的重叠。配电自动化的发展经历了各种单项自动化林立，号称“多岛自动化” 的配电系统向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程目前己具有相当的 规模，并从提高配电网运行可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设 备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会效益。 6 山东大 学硕士学位论文 目前国外正致力于配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等研究。并且在研究通过 负荷分配的优化来减少网损，对变压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低 系统有功损耗，以及按即时电价对用户负荷进行管理等。【1 o 】【1 1 l 1 3 2 国内配电自动化的现状 国内配电自动化起步于2 0 世纪9 0 年代，较国外发达国家滞后2 0 年。由于资金和计算 机技术等条件的限制同时这也是一个相对崭新的课题，需要一个认识过程，因此一直发展 比较缓慢。近年来特别是全国大规模进行城乡电网改造以来，配电自动化方面的工作取得了 比较大的进展，众多科研开发企业和制造商开发研制了配电系统自动化集成技术、应用软件 和一二次设备，许多地方供电企业迸行了不同层次不同规模上的试点，这些都为供电企业的 供电可靠率，供电质量、设备安全、劳动生产率、现代管理水平的提高发挥了一定的作用， 为我国配电系统自动化的发展积累了经验、创造了条件。 上海市供电局在浦东金桥金藤开发区实施了配电自动化工程，第一期工程采用法国施耐 德集团生产的p r 环网开关会柜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l o 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，采用馈线r t u ，配变r t u 和 建立在w i n d o w s9 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 r 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7 个开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 日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。目前西安供电局和宝鸡供电局也在按银川模式建设配电自动化系统。 从设备制造水平的角度看，国内不少企业已成功地研制出能够满足配电自动化要求的产 品，比如可靠的柱上真空开关、重合器、馈线开关远程式终端( f t u ) 、变压器测控单元( t 1 1 u ) 、 开闭所、小区变远程终端( r t u ) 、配电网地理信息系统( g i s ) 、负荷监控系统、配网管理 信息计算机网络、智能式电度表及远方抄表计算机系统，以及各种数据传输设备( d c e ) 等。 我国配电自动化的发展大致可以分为三个阶段。第一阶段，引进国外的自动化开关设备， 通过智能开关设备之间的配合实现故障定位、隔离和自动恢复供电，这被称之为就地控制的 馈线自动化模式，这种方案仅在故障处理时才起作用，且不能检测出中性点小电流接地电系 统的单相接地故障，而在我国绝大多数城市中，故障停电占用户的停电时间比例很小，而引 入的自动重合器、分段器和负荷开关价格昂贵，投入很大，收效甚微。第二阶段，实现配电 ， 山 东大学硕 士 学位论文 层次的s c a d a 功能。通过建立配电系统的实时监控系统( s c a d a 系统 ，即在配电网调度 中心建立主站系统。在各变电站、开闭所设置r t u ，f 1 u 等远方终端。通过通信通道联系， 从而达到实现对配电网监控的功能。这种模式的故障处理时间大大缩短，而且在配电网正常 运行时可以对配电网进行监控和运行管理，实现系统的优化运行，这也是近年国内来所采用 的主要配电自动化的模式，但是这种模式需要借助于通信系统。而且故障的处理依赖主站进 行。第三阶段，通过多年的配电网的改造和各单项自动化( 如负荷控制、远程抄表系统、配 网系统管理系统等) 的发展，借助现代计算机技术、网络技术和通信技术实现各子系统之间 资源共享，达到配电管理层次。 1 2 l 1 3 1 1 4 肺1 1 3 邮7 l f 3 8 1 【3 9 4 0 1 1 4 1 1 1 4 2 l | 4 3 】【“】 1 3 3 国内配电自动化实旌存在的主要问题 由于我国配电系统自动化缺乏应有的规范和标准，国外一些典型的工程又很难与我国配 电网相一致。早期的试点方案又受到当时的认识水平、计算机网络、通信技术及其价格的制 约，因而，成功的工程不多。主要问题有： ( 1 ) 在系统功能上，功能单一，实用性差。试点工程多以馈线自动化为主，引入的国外 的重合器、分段器建设的就地控制模式的馈线自动化仅能进行故障处理，且不能监测出中 性点不接地系统中的单相接地敌障。而在我国绝大多数城市中故障停电时间所占比例很小， 且大多数为单相接地故障，故其提高供电可靠性很小。 ( 2 ) 在系统集成上，缺乏统一规划，单项“孤岛”林立。由于各地对配电自动化的认识 不同，投入的各种单项功能也未进行统一综合考虑，它们之间标准不统一，软硬件不兼容， 致使信息不能公用资源不能共享。 ( 3 ) 在应用层次上，停留在初级应用阶段，缺乏高级应用。如网络重构、自动无功电压 调整尚处在理论分析阶段。 1 4 课题的意义及论文主要工作 配电自动化是一项综合性系统工程，涉及到城市建设、配电网规划、设备选择等一系列 的问题，内容丰富、技术性强、涉及面广。首先，配电自动化的实现是以网架结构改造为前 提。配电自动化的设计必须与一次规划相配合。如果没有一个布局合理、结构灵活、转供互 带能力很强的配电网，配电自动化的功能将受到很大的限制。同时它还涉及信息采集点的设 置，信息流的优化传输，通信网的规划选择以及配电网的结构。因此，城市电网应该与配电 自动化一并规划建设或先于配电自动化建设改造。配电网的改造、设备的选择都要考虑到 今后配电自动化的开展。 当前实施的配电自动化工程不少，但是成功的并不多，其中一个重要的原因在于。对 于配电自动化的功能需求认识不清，与一次规划没有配合进行，没有进行合理的功能规划。 本课题的实施从一开始就与配电一次改造相配合，明确了功能要求和所达到的目标，采用统 8 山 东大学硕士学位论文 一规划、分步实施的思路，为用户铡( 大用户) 配电自动化的建设提供重要的参考依据。 本文分析了配网一次系统的网架结构对实施配网自动化的影响，并对未来负荷的发展进 行了预测，据此给出了冠县配电网一次系统的改造方案。较为详细地阐述了配网自动化系统 的整体设计方案，给出了其软件、硬件体系结构。对配电自动化系统的功能进行了较全面的 分析，包括数据采集和监控、馈线自动化、配电网高级应用软件( 网络拓扑、状态估计、潮 流计算、网损计算、负荷预测等) 、配电管理、负荷管理、实时数据资源管理等。 9 山 东大学硕士学位论文 第2 章现状分析 冠县电网隶属于山东电网，处于山东电网西部的末端。1 9 6 5 年，冠县引入河北1 0 k v 电 网供扬水站及部分城区照明。1 9 6 9 年，3 5 k v 直隶村变电站建成投运，通过3 5 k v 聊冠线路 向冠县送电，冠县电网开始接入山东电网。1 9 8 2 年，冠县变电站建成投运，通过1 1 0 k v 徐 冠线向冠县送电，冠县具有了11 0 k v 电网。1 9 9 9 年新建了2 2 0 k v 蒋庞线输电线路，2 0 0 0 年 建成了2 2 0 k v 庞庄站，以1 1 0 k v 降压方式运行，2 0 0 1 年升压改造为2 2 0 k v 变电站。从此， 冠县1 1 0 k v 电网具有了双电源。经过3 0 多年的建设和发展，冠县电网已初步构成了以2 2 0 k v 为骨干电网，1 1 0 k v 和3 5 k v 为主网架，1 0 k v 和0 4 k v 为配电网共5 个电压等级的供电网 络，基本形成了适应冠县国民经济发展和城乡人民物质文化生活需要的电力网，2 0 0 5 年供 电量达到4 8 5 亿k w h ，2 0 0 6 年最高用电负荷达到1 5 0 m w 。 一、电网规模 冠县现有2 2 0 k v 变电站1 座、1 1 0 k v 变电站6 座、3 5 k v 变电站1 8 座；共2 个电源点， 即2 2 0 k v 聊庞线和聊城电厂供出的1 1 0 k v 徐冠线；徐冠线送入1 1 0 k v 冠县变、贾镇变、定 寨变，由庞庄出线的1 1 0 k v 庞冠线送入冠县变，1 1 0 k v 庞i i 贾线送入范寨变、贾镇变，由 庞庄出线的11 0 k v 庞西线送入西郊变、工业园变。 1 1 1 0 k v 电网 全县共有冠县、贾镇、范寨、西郊、工业园、定寨6 座1 1 0 k v 变电站，主变容量2 6 1 5 m v a ， 冠县变和贾镇变实现了双电源供电，全部实现了无人值班。 2 3 5 k v 电网 冠县共有3 5 k v 变电站1 8 座( 包括用户站7 座) ，主变4 5 台，容量1 5 0 4 2 m v a 。沿3 2 9 省道以北有清水、柳林、万善，北陶、辛集、甘屯6 座公用变电站，沿3 2 9 省道以南有桑阿 镇、斜店、东古城、梁堂、烟庄6 座公用变电站，7 座公用变电站实现双电源供电，3 5 k v 变电站全部实现无人值班。 3 5 k v 线路共有1 9 条，总长2 0 0 9 2 k m 。 3 1 0 k v 电网 冠县共有1 0 k v 线路8 8 条，总长度2 1 8 4 7 1 k m 。 4 调度自动化 调度自动化主站系统于2 0 0 4 年升级改造为烟台东方电子公司的d f 8 0 0 2 系统，并通过 了省集团公司实用化验收。该系统采用当前的主流先进技术，在完成正常的“四遥”功能的 前提下，增加了状态拓补、潮流分析、在线模拟仿真、实时安全性控制、无功控制等多项功 能是目前国内较为先进的主站系统。与调度主站相联系的1 8 座公用变电站综合自动化系 l o 山 东大学硕士学位论文 统与主站间实现数据无阻塞交换。 二、电网结构分析 冠县农网有2 2 0 k v 、l l o k v 、3 5 k v 、l o k v 、o 4 k v 共5 个电压等级。1l o k v 和3 5 k v 系 统尚未全部实现环网或手拉手供电。县城l o k v 配网实现“手拉手”供电，农村t o k v 线路 为放射性结构。 山东大学硕士学位论文 3 1 系统设计原则 第3 章系统方案设计 本系统方案设计全面贯彻以下原9 1 0 - 1 采用系统工程的设计思想，对整个配电系统的自动化进行统一规划和设计，集中 与分布相结合。保证数据和信息资源高度共享，并使数据和功能设置合理分布( 按职能部门、 地理位置等) ，以从整体上把握系统的性能，避免重复和资源浪费，避免形成孤岛自动化， 采用统一的电网描述数据库，避免用户的重复输入，确保数据的一致性，以获得最大的投资 效益。 2 软、硬件系统采用层次化的体系结构，充分保证系统的可维护性、可扩展性和实 用性，避免瓶颈效应，从各个环节上保证整个系统对配电网远期规划的适用性，并不失相对 稳定性和先进性。 3 系统硬件采用双机、双网、双电源、可接入双通道等冗余设计结构。发生故障时 可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。操作系统和数据库满足c 2 级安全性。并配合系 统设计的不同操作等级，系统满足严格的安全要求。 4 遵循各种国际标准，保证系统的开放性。 5 配网本身的物理特点，使配电自动化系统所有应用( 子系统) ，都需要地理信息 的支持。本方案不是单独地形成一个配网的地理信息系统。而是将一个高性能的地理信息系 统作为整个系统开发的支撑平台，使得包括配电s c a d a 在内的d m s 的所有子系统都构筑 在地理信息的基础上，使得他们不仅可共享非图形数据，而且可以共享图形数据，共用统一 的图形资料。 6 对于已经形成的自动化系统( 如调度自动化系统等) ，本方案设计的开放性保证 方便地可与之实现系统集成。 7 系统的分层、分布式体系结构，保证了可根据实际情况，分期、分阶段逐步实施 配电自动化的各项功能，并使系统具有良好的伸缩性、可扩充性和灵活性。 & 伸缩性 根据配电自动化应用系统的需要和投资状况，可灵活选择系统的软、硬件配置。系统具 有跨多硬件平台，可选c i s c 或r i s c 多种工作站、服务器、高档微机以及对称多处理器机 ( s m p ) 等硬件平台。系统的规模可从单机到多机、单种机型到混合机型任选。 b ，扩充性 在系统的生命周期中，系统的功能有可能不断的增加。因此，系统的体系结构必须适应 1 2 山 东大学硕士学位论文 这一需要。应用软件采用模块组装式结构，可方便的扩充应用模块 c 灵活性 应用软件各功能模块，是以数据库为核心灵活分布在网络的各个节点上，除个别模块 与硬件相关外，都能在任意节点机上运行，做到“即装即用”。 3 2 总体目标 配电自动化从整体而言分为一次网架、终端设备、通讯系统和主站系统四个部分。其中 一次网架是自动化建设的基础。终端设备、通讯系统和主站系统是完成对一次网架监控、数 据分析、优化建设的辅助系统。 l 、多电源供电：使接入1 0 k v 公用线路上的用户具有两个以上电源供电的可能性。其 中应使2 3 及以上的用户享有n 1 可靠性准则的能力。 2 、对配网设备运行状况进行远方监视和检测。 3 、对实现手拉手或有备用电源的线路，故障发生时，能自动隔离故障区段，并自动恢 复对非故障区段的供电。 4 、具备接受远方命令完成网络重构和负荷转供的能力。 5 、与其他系统进行信息交换，资源共享，支持配网运行有关的管理过程。 3 3 总体方案 配电自动化系统的总体规划设计，应适合于配电网本身的物理特点。配电管理系统 ( d m s ) 不象调度自动化( e m s ) 那样是基本远动化的纯供方的输、变电管理系统，输， 变电系统的设备全集中在变电站内，且其各种信息操作亦大多在变电站内；而配电网的设备 ( 如：分段器、补偿电容器、台变等) 多沿街装设于室外电杆上，具有地理分布特性，且配 网设备名目繁多、数量大，因而其测控点( 信息量) 亦较输、变电网多一个数量级。此外， 配电网1 0 k v 馈线分支多，网络结构复杂，直接伸展到用户，配电网的运行管理亦涉及到较 多的职能部门。 鉴于上述原因，配网自动化设计应采取纵向分层、横向( 网络按功能、按职能部门) 分 布的原则，如附录图1 所示，这样，一可以避免产生信息传输的瓶颈效应：二可以将功能合 理的分散和分布于不同的层次上，以降低系统复杂性，提高系统的可靠性和整体性能；三可 以很好地保证系统的可维护性和可扩展性，+ 以适应系统长期发展。 1 6 1 1 1 7 】 3 3 1 纵向分层 如图l 所示，整个配电自动化系统在纵向分三个层次： 1 3 山 东大学硕 士 学位 论文 终端测控设备( 馈线自动化) 它们是雅个系统的底层。它完成柱上开关、环网开关、锉式变、配电变压器、开闭所、 集抄系统等各种现场信息的采集处理及监控功能。 变电站分站 囡为配网中监控设备点多面广，不可能把所有的站端监控设备直接连判配电主站上，这 样一来必须增设中间一级，以变电站作为分站，它将r t u 和刑采集的各种现场信息中转 ( 上传下达) 给配网控制中心的通信处理机，监控子站还具有所辖区域内故障诊断、隔离、 恢复的功能。站控终端设在变电站或大型开闭所内，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。 主站( d m s ) 主站是整个系统的最高层从整体上实现配电网的监测和控制，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。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。 这种层次体系符合配电网本身的物理层次结构特点。 系统的监控功能被合理地分布于纵向的三个层次上，功能分布原则是：较低的层次实现 基于局部信息的局部监控功能，而较高的层次则实现基于全局信息全局监控功能，能够在较 低层实现的功能不会由其上层实现。终端测控设备( r t u 、f 1 f u 、t 1 u 、d t u 等) 实现某 一测控点( 开关、台变等) 的测量控制功能；变电站分站系统置于变电站内，负责采集站内 及所属1 0 k v 馈线上测控点的实时信息，具有信息汇集和转发、数据预处理、规约( 库) 转 换、当地局部监控等功能；主站系统( d m s ) 采集所有变电站内、并通过变电站分站系统 采集所有馈线上测控点的信息，通过计算机网络实现基于全局信息的综合实时监控及信息管 理的自动化功能。 3 3 2 横向分布 。 配电网主站自动化管理系统( d m s ) ，含盖非常广泛丰富的内容，电力市场化运营的发 展，必将体现d m s 各种功能实现和完善的必要性。配电网运营管理涉及很多职能部门，d m s 的功能亦应按不同部门进行分布式设置，通常可分为： ( 1 )配网运行监控功能( 配网调度) ：包括配电s c a d a 及高级应用； ( 2 )用户及用电管理：包括用电营运管理、用户电话投诉管理、用户查询系统等： ( 3 )配电网工作管理：主要包括配电设备及设施管理等。 1 4 山 东大学硕士学位论文 上述三大部分功能的实现涉及数据和信息，既有高度偶合交叉，也有各自不同的数据集。 如：s c a d a 的实时数据和用户管理系统的用户数据性质完全不同，对这些数据的访问亦 有不同盼性能要求。为此，配网自动化主站系统设计的最佳方案应考虑设置三个局域子丽， 分别对应于上述d m s 的三大部分，子网之间以路由器相连，以实现数据共享。这样可以保 证系统对数据的访问性能，又能保证数据的安全性。【i s l l l 9 1 2 0 】【2 1 牌1 1 2 3 1 3 4 系统整体功能 系统最终需要完成以下功能： 1 对辖区所需监控的柱上开关、配电变压器实现s c a d a 功能即通过通信网络通 道、f 1 v 、1 v i u 、站控终端、配电分站对配网设备进行数据的采集与监控。 2 馈线自动化功能：实现1 0 k v 馈线上的故障诊断、故障隔离和非故障区域的快速 恢复供电功能。 3 a m f m ，g l s 功能，实现基于地理信息的网络建模、设备查询与统计，动态数据 显示与分析。 4 配电工作管理：在g i s 系统提供的平台上对配网运行、维护及工程运行进行管理。 5 d m s 配网高级应用软件，主要实现网络拓扑分析，潮流计算、短路计算、静态安 全分析、负荷预报、线损统计与分析、电压无功优化、状态估计等其它功能。 6 基于g i s 平台的t c m 故障电话投诉、检修管理 7 与调度s c a d a 系统、m i s 系统及变电站综合自动化系统接口，实现数据共享。 8 实现与负荷控制系统、电量计费系统、用电营业系统等的接口。 9 实现集中抄表功能。 1 5 山 东大学硕士学位论文 4 1 系统结构 第4 章变电站及馈线自动化 图4 1 所示为变电站分站系统和馈线自动化的系统结构。为实现层次化系统结构设计， 在变电站内或某些较大规模的开闭所内设置一个分站系统，该分站系统与站内r t u 、所属 开闭所子系统、1 0 k v 馈线上分布的环网柜d t u 或杆上刖共同构成变电站分站及馈线自 动化系统。 去 主 站 i i “il k 1u lf r t ul 1 0 n e li站内现场lf 网络il lli 适酉a 器 管理 辈 市u 兰辱垂薪p 兰司 c p li 川k i ! 竺 多 网络 昌 蟊菩圣毒i 适配 口 器 卡 串口裂爿删i 错射龇纤同i o p i f 4 2 变电站分站系统 4 2 1 主要功能描述 图4 1 分站系统硬件配置 在i1 0 k v 1 0 k v 变电站内设置分站系统，符合配网本身的物理层次结构特点，有利于提 高和优化配电自动化系统的整体性能。 分站系统的设计功能主要包括： 1 数据汇集和转发； 2 数据预处理； 3 通讯规约转换及管理； 1 6 山 东大学硕士学位论文 4 当地监控功能。 数据汇集转发功能可以优化通讯通道的配置，减少占用的通讯通道数；数据预处理功能 可减少主站系统的负担：规约转换功能可以使分站系统兼容不同厂家的r t u ( 或d t u 、f 1 u 等) ，并以统一的通讯规约与主站进行通讯：当地监控功能指那些基于变电站监控子系统局 部信息可以实现的控制功能。如1 0 k v 出线故障自动定位、隔离及局部供电恢复功能、站内 无功，电压控制等。这些功能没必要再送到主站去执行。 4 2 2 硬件配置方案 变电站分站系统的核心由一台工控机主板配以多串口卡组成。采用光端机可以使分站作 为一个节点挂接于一个或多个自愈式光纤环网或辐射式光纤通道的端点。变电站所属1 0 k v 馈线上分布的环网柜d t u 或杆上f 1 u 以及所属开闭所子系统可以通过光端机挂接自愈式光 纤环网或辐射式光纤通道上。 一 对于站内出线处的遥测、遥信、遥控，根据站内配置情况有几种不同的实现