（电气工程专业论文）县级配电自动化系统研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文县级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：饵羟葚 一日 期：2 翌! ! ! ：! ： 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。 f 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期 翻盏兰 口聊多。如 导师签名：丝垂垂= 、 日期：厶。z z d 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1 配电网自动化产生的背景及意义 配电系统自动化就是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，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，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、 控制、用电负荷配电管理的现代化。 1 实现配电网自动化的意义在于：有利于在配电网正常运行时，通过监视配网运 行工况，优化配网运行方式；有利于在保证供电可靠性的前提下，确保电力用户用 电的时效性，满足电力用户的供电需求；有利于满足和确保供电的质量，符合高新 技术装备和居民家用电器的要求，避免高峰低谷，电压幅值和频率以及谐波对用户 所产生的不良影响；有利于降低电网的损耗，提高网络的供电能力，减少用户的停 电机率；由于采用了自动化设备，当配电网发生故障或异常运行时，能快速隔离故 障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减小停电的范 围，这样就有利于提高设备的故障判断能力和自动隔离故障、恢复非故障线路的供 电条件；有利于提高配电网设备的自身可靠性运行能力，大大地减轻运行人员的劳 动强度和维护费用；由于实现了配电系统自动化，可以合理控制用电负荷，从而提 高了设备的利用率；采用自动抄表计费，可以保证抄表记费的及时和准确，提高企 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。 2 】 1 2 国内外配电网自动化的发展情况 1 2 1 国外配电网自动化发展的情况 发达国家电力工业起步比较早，电力市场早就具备了一定规模，供电方和用电 方对于电价和电能质量以及供电的可靠性和违约责任都有明确的合同约定。为了满 足用户要求，减少各种运营损失以及昂贵的人力巡查、检修费用，发达国家于2 0 世纪7 0 年代提出了配电自动化的概念。国际上流行的配电管理系统和配电自动化 主要是针对中低压系统而言的，因此，国外配电自动化也称为馈线自动化。日本在 2 0 世纪7 0 年代就开始进行高电压大容量的配方式，以解决大城市的配电问题，并 华北电力大学工程硕士学位论文 着手开发依靠配电设备及继电保护进行配电网络自动化运行的方法；从2 0 世纪8 0 年代已完成了计算机系统与配电设备配合的配电自动化系统，在主要城市配电网络 上投入运行；其中大规模的配电自动化系统可以控制约4 0 0 0 个以上的中压开关， 中小规模的配电自动化系统也可控制l5 0 0 个中压开关。由于配电自动化工作的深 入，电网供电可靠性得到显著提高，日本1 9 9 6 1 9 9 7 年度平均每户停电0 1 次，每 次平均8 m i n ，可靠性居全球之首。香港电灯公司的3 0 0 0 多个中压开关全部可以遥 控。韩国、台湾地区于2 0 世纪9 0 年代末建立了自己的配网自动化实验网络，完成 了局配电系统的馈线自动化。 3 作为提高配电系统可靠性和改善用户服务的重要手段，西方发达国家早在2 0 世纪7 0 年代就提出了配电自动化的概念，并且有了不同程度的应用。其发展大致 经历了三个阶段：第一阶段实现故障自动隔离，进行自动抄表；第二阶段从2 0 世 纪8 0 年代中期开始，进行了大量的配电自动化的试点工作及馈线自动化、营业自 动化、负荷控制的试点工作，但大部分为各自独立的新时期自动控制系统；第三阶 段从2 0 世纪9 0 年代中后期开始，由于计算机及网络通信技术的发展、以及电力工 业的市场化改革，以配电管理系统、配电自动化、用户自动化为主要内容的综合自 动化成为配电网自动化的发展应用方向。 4 1 2 2 国内配电网自动化发展的情况 我国的配电网自动化工作起步于2 0 世纪8 0 年代末，其标志是当时石家庄和南 通各引进了一套日本户上制作所赠送的配电网自动化环路设备，该设备每一开关单 元由s f 。开关、d m 控制器和电源变压器构成，可完成就地故障隔离功能，相当于日 本7 0 年代装备水平。我国真正开展配电网自动化工作是在9 0 年代，当时进行了一 些有代表性的试验项目。根据国家电网公司2 0 0 1 年底对1 6 省( 市、自治区) 6 2 个 城市配网自动化工作的调查显示，我国真正开始系统性试点是在1 9 9 6 年以后。白 1 9 9 6 年起，为数有限的部分城市就开始了配电网自动化系统试点工作。1 9 9 9 年底 原国家电力公司发布了“l o k v 配网自动化发展规划要点”和“配网自动化终端设备 通用技术条件”，使该项工作逐步走向正轨。故从1 9 9 8 年起，全国每年新建配电网 自动化系统的城市在1 0 个以上。尤其是在2 0 0 0 年的增幅度最大，最明显的增长地 是在实施全省统一管理的山东、江苏两省。到目前为止，国内已有超过百个城市进 行了配电网自动化系统的试点，有的试点己具有相当的规模。 5 在我国，一般认为配网自动化的发展大致分为三个阶段：第一阶段是基于自动 化开关设备相互配合的配电自动化阶段，其主要设备为重合器和分段器等，不需要 建设通信网和计算机系统，其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实 华北电力大学工程硕士学位论文 现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统的自动化程度较低， 具体表现在：仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不能优化运行 方式；调整运行方式后，需要到现场修改定值；恢复健全区域供电时，无法采取安 全和最佳措施；隔离故障时需要经过多次重合，对设备的冲击大等。 第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元( f t u ) 和后台计 算机网络的配电自动化系统，它在配电网正常运行时，也能起到监视配电网运行状 况和遥控改变运行方式的作用，故障时能够及时察觉，并由调度员通过遥控隔离故 障区域和恢复健全区域供电。 随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统，它是在第二阶段 的配电自动化系统的基础上，增加了自动控制功能，由计算机自动完成故障处理等 功能。第三阶段的配电自动化系统的另一个特征是形成了集配电网s c a d a 系统、 配电地理信息系统、需方管理( d s m ) 、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工 作票管理等一体化的综合自动化系统。 6 】 1 3 我国县级配电网的特点及实现配电自动化的主要方式 我国县级配电网的特点是主要以架空线为主，目前我国架空线的配电自动化方 案主要有两种，一种是“日本”方式的重合器分段方案，另一种是欧美方式的断路 器( 或断路器负荷开关交叉) 手拉手环网方案。 实现故障的自动隔离、非故障区段的恢复可以采取多种方法，取决于自动化装 置的技术特点和整体方案。一般有就地控制和主站控制两种方式，就地控制以馈线 终端单元之间的配合为主，不需要通信通道，通过对线路过流或失压的监测，以及 对开关分合闸的逻辑控制实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复；主站控制 方式需要有可靠的通信通道，通过主站软件对f t u 上传信息的分析判断，制定合理 的隔离策略和网络重构策略，远方控制配电开关实现故障区段的隔离和非故障区段 的供电恢复。 7 1 4 配电自动化实现的前提 1 4 1 配电网供电方式和配电网结构 由于配电网有个发展过程，受到电源位置、负荷分布的限制和约束，还受经济 和地理条件等因素的影响，配电网的供电方式各式各样，配电网的结构也五花八门， 大体上可分为三大类：放射式；环网式；网格式。 华北电力大学工程硕士学位论文 l 、放射式：配电网是从简单发展到复杂，用户对供电要求也是从低到高，需要 有一个过程。 ( 1 ) 单回路供电。早期从电源点拉一条线路为沿线各用户供电，即为的单回路供 电方式。这种供电方式很不可靠，任一元件故障便引起供电中断。 ( 2 ) 双回路供电。在单回路供电的基础上增加了第二回线路作为备用，主线路停 电时切换到备用线路，即为双回路供电。这种方式比前者可靠，可靠性达到n 一1 。 若有备用行动投入装置，故障停电时间很短，大约几秒钟；否则靠人工发现故障后 再去倒换，要几分钟到几十分钟才能恢复供电。 ( 3 ) 树枝状供电。上述单回路供电，具有多个分支线，则成为树枝状供电，可靠 性较差，如果末端发生故障，影响面少，靠原端发生故障，则影响面大。改进办法 是利用扩容改造机会增加另一电源，接到末端，联络开关可常开运行，形成互供， 支线之间再设法增加互供是城网专委会推荐的接线。 2 、环网式供电：有单环网供电、双环网供电、变形环网等。 ( 1 ) 单环网供电。将若干个用户供电点手拉手地相互连起来，最后接到两个电源 点或同一个变电所的不同的母线上，称为环网供电方式，也称为手拉手供电方式。 平常用户由一个电源供电，故障时可倒换到另一测电源供电，其可靠性达到n 一1 。 若有d a s 自动化系统，可以在l m i n 内恢复无故障线路的供电，可靠性较高。 ( 2 ) 双环网供电。在单环网供电基础上增加另一环网，构成双环网供电方式，其 可靠性加倍，即n 一2 。 ( 3 ) 复杂环网供电。为了改善环网的性能，将简单的环网作些变形，出现了变形 环网供电方式，如三联供环网、三角形接线、交叉四边形接线等。 3 、网格式供电：由多条横向与纵向手拉手供电线路组成网格，每台配变同时 接到横纵两条线路上。对于一台配变而言，仅横向线路故障不会引起供电中断，保 证了n - 1 可靠性；仅纵向故障也不会停电，也有n - 1 ；相加起来为n 一2 。如果在低 压侧再相互联网，可靠性更高。网格式供电又分为单路常供和多路并供两种。 ( 1 ) 单路常供网格式供电。每台变压器可由两路以上电源供电，但同一时间只由 一个电源( 横向或纵向) 供电。 ( 2 ) 多路并供网格式供电。低压用户由多条馈线、多台变压器并列供电，该接线 方式能提供极高的可靠性，而且供电电能质量高。由系统馈线所引起的瞬时和长期 停电几乎不会发生。但控制保护复杂，线路造价高。网格式供电只适用于负荷高密 的城区，如美国纽约曼哈顿地区。 8 1 4 2 配电网自动化对配电网的要求 1 、城市配电自动化的主接线应符合供电可靠的要求，均应为双电源接线，开环运 4 华北电力大学工程硕士学位论文 行。两条线间应设可远方控制或自动投切的联络开关。 2 、城市的供电方式应以双电源通过联络开关实现环网供电。正常情况下联络开关 作为备用状态，当一端线路失电后，联络开关具有自动投切功能要求。 3 、负荷管理作为配电自动化的一部分，在工程实施中应统一设计，明确调度权限 和管理范围。 4 、城市供电的配电网的联络和分段，应根据负荷的特点、分布和重要程度进行分 段，各段距离一般不超过1 0 0 0 m 。对城郊区可以采用放射性的供电接线，但要在放射型 的主干线及支线上装设分段开关，主干线分段为l 3 段，支线分段一般为1 2 段。 9 1 5 目前配电自动化系统的典型的模式 农村电网配电自动化的典型模式包括：配电网故障指示系统、配电网信息系统、 无主站馈线自动化系统、基于主站的配电自动化系统和一体化县调配电综合自动 化系统。目前县级城市配电网广泛应用的是后三种。 1 、无主站馈线自动化系统不需要主站，通过自动化开关设备相互配合或采用 “面保护”等到措施，在配电线路发生故障时，实现故障区域自动判断和隔离，并 自动恢复受故障影响的健全区域供电的系统。有4 种典型的基于配电自动化开关设 备相互配合馈线自动化模式：即重合器和重合器配合模式、重合器和电压一时间型 分段器配合模式、重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式和“合闸速断”模式。 “面保护”模式是一种发生在故障时通过相邻开关的智能控制器间的相互通信实现 开关配合，跳开故障区域周围的开关，实现故障隔离并确保健全区域正常供电的技 术。基于自动化开关设备相互配合馈线自动化模式和“面保护”模式都可以进一步 扩展，建设主站和通信网络，实现主站与终端设备间的通信，并具有遥信、遥测和 遥控等功能。 2 、基于主站的配电自动化系统是通过安装数据采集终端设备和主站计算机系 统，并借助通信手段，在配电网正常运行时，实时监视配电网的运行情况并进行远 方控制，在配电网发生故障时，自动判断故障区域并通过遥控隔离故障区域和恢复 受故障影响的健全区域供电的系统。 3 、一体化县调配电综合自动化系统是主站采用同一平台和同一数据库，安装 数据采集终端设备并借助通信手段，实时监视变电站和配电馈线开关的运行情况， 并进行远方控制；在发生故障时，自动判断故障区域并通过遥控隔离故障区域和恢 复受故障影响的健全区域供电的系统。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 1 6 其它地区配网自动化试行情况 l 、辽宁省葫芦岛市配电自动化系统模式：此次配电自动化系统定位在馈线自 动化系统。架空线路的馈线自动化系统主要有电压型和电流型两种就地控制模式。 此次改造把电压型与电流型模式结合起来形成分布智能模式的馈线自动化系统。同 时针对“手拉手”环网部分配备了计算机系统和通信系统，实现环网线路的集中智 能控制。其主要理由是这种分布智能相结合的模式，能够有效提高线路供电可靠性， 缩短故障查找时间，并且馈线远方终端( f t u ) 预留有通信接口，为以后功能的扩 展做好了准备。若单纯采用电流型系统或电压型系统，其对主变电所出线重合器的 依赖性大，故障处理时间长，可靠性差。 1 1 2 、河南省巩义市的配电自动化方案：对整个配电系统自动化进行了统一的规 划，将配电g i s 、a m f m 、配电s c a d a 从根本上一体化设计，形成一个具有空间概念 和基础信息的分层管理基础数据库，既能实时监测电网的运行，又能为运行管理提 供具有地理信息的网络模型。采用集中与分布相结合，保证数据和信息资源的高度 共享，并和已有的自动化系统开放地、方便的实现信息交换，如变电所内的信息， 不再另外采集，节省了投资。根据巩义市电业局的现有状况，本规划拟实施城区3 个变电所( 巩义变、和平变、北山变) 、7 条1 0 k v 线路的配电自动化方案，共安装 一个配电主站，1 4 台自动化断路器及1 4 台配电自动化远控终端( f t u ) 和1 0 台配 变综合监测仪( t t u ) ，并用原有1 0 k v 线路杆塔建设了主站与f t u 的1 6 k m 通信线路 和4 k m 的f t u 与t t u 的双绞线通信线路。 1 2 3 、山东省蓬莱市电网调配一体化系统概述：为了保证配电网运行的可靠性， 提高城区供电可靠率，1 9 9 8 年蓬莱电业公司启动了配网自动化工程。结合蓬莱电网 的实际情况，采用调度配电一体化的设计方案，与烟台东方电子合作共同开发国内 第一套基于w i n d o s 平台的调度配电一体化系统。该系统采用分层分布式系统结构， 在基于统一平台的技术基础上，完成了调度配电一体化的功能；即实现了对原有 的调度自动化系统的升级改造，又达到了对配电线路及开关进行监控的目的。运行 实践青表明调度配电一体化设计，具有良好的性能价格比，方便调度、配电、用 电等各个部分的相互协调。 1 3 4 、山西太原南郊供电支公司配网自动化系统建设：按照山西省电力公司的要 求，我们在对太原南郊供电支公司配网现状进行深入研究的基础上，本着“整体规 划、分步实施”的原则，制定了城区配网自动化工程建设规划。首期工程是对城区 现有变电所进行综合自动化改造，将1 1 0 k v 及3 5 k v 网架联网，并建立起城区光纤 通讯网；二期工程是实现5 条城区1 0 k v 线路的手拉手环网供电，做到多电源互为 备用，实现城区公变遥调和配信息的实时监测。 1 4 6 华北电力大学工程硕士学位论文 5 、广州南区馈线自动化系统方案：为了减少进行城市配电网开关设备和供电 方式改造的投资压力，电缆网改造采取分段投资和分阶段实施的思想，先实现馈线 自动化，保证对配电线路故障情况下的快速响应，减少故障停电范围、缩短非故障 区域恢复供电时间。根据广州南区江南变电站江南f 8 、f 2 2 出线电缆网设备的现有 情况，可以采取以下2 种实现自动化改造的方案：在现有环网柜的基础上增加电 动操作机构、远方监控终端和与自动化要求配套的t a 、t v ；直接采用智能化开关 设备( 如重合器、智能化环网柜) 构成智能分布环式供电方式。 1 5 6 、贵州贵阳市北供电局配电自动化实施策略：馈线自动化的模式选择电压型 自动化开关。采用电压型配电自动化经典的三段式实施策略：就地控制的馈线自动 化；有通信支持的s c a d a ；高级应用软件支持的d m s 。 1 6 1 7 本文的主要工作 我局现在正在进行城区电网的改造，准备在城区范围内的主干线路及大分支实 现配电自动化。现在主干网架已经确定，分别从中曹站和高开站各选取5 个出线口， 建设5 个覆盖全城的主干环网，采用手拉手环网结线开环运行方案，主网全部采用 2 0 0 平方的架空绝缘线，现在整个主网己全部建设完成，分支线路改造预计到2 0 0 6 年底完成。主网完成后将马上面临配电自动化系统的选择问题，结合我局城区配电 网的建设情况，我选择县级配电自动化系统作为研究课题。 ( 1 ) 根据配电网自动化系统对电网结构的要求，以及农村电网配电自动化系统的 典型模式，参考己开展配电网自动化建设地区的的方法与经验，结合本局电网的实 际情况，确定所采用的配电自动化系统的模式，并确定通信系统需要采用的通信方 案。 ( 2 ) 根据所选取定的配电自动化系统模式，确定馈线自动化方案及f t u 所需的各 项功能。 ( 3 ) 根据所选定的配电自动化系统对配电s c a d a 系统的要求，选择配电s c a d a 系统的各项功 能。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章配电自动化系统方案及通信系统方案的确定 2 1 城区电网的规划思路 2 1 i 城区电力负荷分布情况 宁晋县总面积1 0 7 9 k m 2 ，人口7 1 6 万，其中城区由县直各单位、居民区和凤凰 镇部分单位及村庄构成。面积3 0 平方公里，人口8 3 万人。是宁晋县的政治、经 济、文化中心。近几年来，宁晋县政治稳定，经济繁荣，人民生活逐年提高，用电 量急剧上升。 宁晋县城的电力负荷主要分布在县城老区和开发区两大部分。开发区以单晶硅 厂等一些工厂企业为首，最高负荷可达6 4 万k w ，并且这些工厂企业发展势头强 劲，负荷在未来几年仍有大幅度上升。城区内的负荷由县直单位和居民生活构成。 尤其是居民生活用电，随着冰箱、空调、微波炉、电磁炉和电饭锅等大功率家用电 器的普及，供电负荷必将还会有大幅度的上升。 2 1 2 城区l o k v 电网的规划原则 1 、县城i o k v 主干根据变电站布点、负荷密度和运行管理的需要划分成若干个 相对独立的分区配电网。 2 、i o k v 主干配电线路实行划片供电，供电半径不超7 公里，所带负荷不超 4 0 0 0 k w 。 3 、两座li o k v 变电站之间的i o k v 主干由线路开关做为联络开关，正常运行时 开关为断开位置。使1 0 k v 配电网形成手拉手供电方式。 4 、主干线路采用断路器进行分段，分段开关5 台，中间的一台为联络开关。分 段开关用z w 2 0 a 一1 2 i 0 0 0 型号，按照每段负荷均等的原则将主干分成4 段。 5 、i o k v 主干线路采用架空方式架设。电杆以砼杆为主。耐张杆、分支杆、转 角杆和跨越杆采用钢杆，电杆高度采用1 5 米，导线尽量采用钢芯铝绞线，线路走 廊窄不能满足安全用电标准的采用绝缘导线。跨越道路、通迅线路等无法满足安全 用电标准要求时，使用电力电缆地下敷设方式。 6 、导线截面按经济电流密度选择主干线路一般为2 0 0 m m 2 。 华北电力大学工程硕士学位论文 7 、i o k v 分支线路采用1 2 米或1 5 米水泥电杆，原则不使用钢杆，导线尽量采 用钢芯铝铰线，当线路走廊窄或跨越建筑物、树木等达不到安全距离要求时，使用 绝缘导线。 8 、i o k v 分支线路采用柱上分段开关( z w 2 0 a 一1 2 6 3 0 ) 与i o k v 主干线路互联， 当i o k v 分支线路发生短路故障时能够立即被隔离，当i o k v 分支线路检修时，确保 非故障非检修线路的正常运行，以提高县城电网的供电可靠性。分段开关处再配上 通迅光缆设备监控，只需在调度办公室即可方便查找事故发生区。 9 、配电变压器按用户的用电性质分开设置，要符合密布点、小容量、短半径 的要求，容量满足用户用电的需要。 1 0 、配变均采用双杆架构式安装，1 0 k v 侧装设避雷器，并确保有良好接地设施采 用熔断器进行隔离。 1 1 、变压器二次侧选用具有防雷、漏电保护、防窃电、过流保护、无功补偿于 一体的j p 柜。 1 2 、县城i o k v 线路实现配网自动化，新建主干线路耐张、终端、分支、转角 杆塔用钢杆，直线杆用1 5 米砼杆，档距不大于7 0 米，高低压同杆架设时，档距不 超过5 0 米。主干线路导线为1 6 0 2 0 0 钢芯绝缘线，分支导线为6 3 - 1 0 0 钢芯绝缘线， 悬垂绝缘子用复合绝缘子f x b w 一1 0 7 0 ，针式绝缘子用复合绝缘子f p q 1 0 。 2 1 3 城区电网改造后的现状 宁晋县城区电网电源分别从中曹1 l o k v 变电站和高开1 1 0 k v 变电站取得，其中 从中曹1 1 0 k v 变电站出线5 条，高开1 1 0 k v 变电站出线5 条，主网共组成五个环网， 其中环一、环二线组成一个环，共装设开关7 台；环三、环四、环北线组成一个环， 共装设开关1 0 台；环五、环六线组成一个环，共装设开关1 0 台；环七、环八线组 成一个环，共装设开关6 台；环九、环十线组成一个环，共装设开关6 台，主网合 计装设开关4 0 台。城区电网主干线路全部采用j k l g y j q 一1 0 2 0 0 型架空绝缘导线， 共形成5 个主供回路。现在城区电网主网的改造工作已基本完成，分支线路的改造 工作也将于2 0 0 6 年底完成。到时城区可实现配电自动化的配电网线路长度将达到 7 5 k m ，开关数量达到6 5 台。 宁晋县电力局城区供电系统地理接线图见图2 - 1 ： 9 华北电力大学工程硕士学位论文 宁晋县城市电网主网平面图见图2 2 ： 一一一一一一一_ - 灞湖瞩潦鳓戳麟戮黪鬻漤i 强；黼l 携黢徽瞄瓣黝c 。j 。薯ji 二舭意荽鬻煳翩，影， 凌池缓l 鞠戮滤l 渊i 焱氨瓢l 赢磊烈量l 瓯瞄：。氨薹妻宋#暑1 2j 玑，点。 ili 涵l 褪 盛e 瓣，也，a i 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配电系统自动化的规划应与配网改造和发展规划同步，并相互协调配合，实 现整体投资的综合优化。 ( 3 ) 规划的系统和设备必须满足各种接口标准化和开放性要求。 ( 4 ) 尽量发挥现有系统和设施的作用，最大限度地利用原有资源，非标准系统可 通过必要转换接入标准系统，尽量延长可用期限。 ( 5 ) 应尽量选用模块化设计产品，便于功能扩展和现场升级，满足系统发展要求， 避免以后重复投资。 ( 6 ) 配电系统自动化的信息分为实时、管理和网际三个层次，信息管理应具有不 同层次的安全保护措施，以保证配电系统自动化的正常工作，尤其应确保实时系统 的安全。 ( 7 ) 配电系统自动化所需的基础设备和装置，应贯彻先进、可靠、实用、经济的 方针，不应盲目攀比。 ( 8 ) 在确保功能和质量的前提下，应优先采用国产设备。 ( 9 ) 配电系统自动化应综合考虑经济效益和社会效益，从提高供电安全性和可靠 性，提高工作效率和管理水平，减少运行维护费用和各种损耗，推迟电源建设投资， 改善社会公众形象等各方面进行分析。可能条件下，尽量进行定量分析，计算投资 效益。 1 7 小型系统一般为二层次结构，在馈线较少的情况下，可以不设配电子站，或者 与调度r t u 一体化设计，也可以适当设置配电子站，为二层次、三层次混合结构， 并且主站一般也是与调节度自动化一体化设计，称为调配一体化自动化系统。 1 8 2 3 配电自动化系统方案的确定 经过城网改造后的我局的城区电网结构属于单环网供电方式，即手拉手环网供 电方式，见图2 5 。手拉手环网供电线路在开环运行时开关两侧的负荷由两端的电 源各自分担，而发生故障后所有负荷都要由一侧电源承担，因此导线的截面均加粗 华北电力大学工程硕士学位论文 了一半，即导线的利用率只有5 0 ，因此为提高线路的利用率，今后几年我局还将 继续对城区电网结构不断进行优化，充分利用宁纺3 5 k v 变电站和开发区3 5 k v 变电 站，最终将在城区范围内实现网格式供电方式，使供电可靠性达到n - 2 。 图2 5 为了选择一个切实可行的配电自动化系统方案，根据我局的实际情况在实施配 网自动化时必须坚持做到五项要求：一要能满足1 0 一1 5 年的配电网发展要求；二要 做到技术成就可靠，投资回报年限短，社会效益和经济效益最大化；三要有技术升 级的空间，能不断完善配电网控制系统；四要做到配网主站能实现对配电网的实时 状态监控、短时故障隔离及供电恢复；五要做到实现配电自动化系统与调度自动化、 办公自动化、营销自动化系统和配电设各地理信息管理系统及其它应用系统的连 接，并能在一个操作平台上实现资源共享。 经过对各种配电自动化系统及模式的比对分析，以及对其它地区配电自动化实 施情况的参考，我们确定了与我局城区电网相适用的供电方案。我局决定采用由配 电主站、配电子站和户外配电终端三层结构的调配一体化的配电自动化系统模式。 调配一体化系统层次结构图见图2 - 6 ： 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 - 6 2 4 配电自动化系统的通信方式及其特点 配电网自动化的通信方式分为有线方式和无线方式。有线方式包括架空明线或 电缆、配电载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网、无线扩频、卫星 通信、无线寻呼、数控电台等，还有最近出现的通用分组无线业务( g p r s ) 。下面 对几种主要通信模式进行简单分析： ( 1 ) 架空明线或电缆。其优点是建设简单，但线路衰耗大、频带窄、噪声大、易 受干扰、占地多、投资大。 ( 2 ) 配电载波。目前典型的配电载波机传输速率可达到1 5 0 3 0 0 b s ，基本能满足 配电网自动化系统对通信的要求。配电载波有脉动控制技术和工频控制技术2 种变 形，它们都是利用电力线路作为信号的传输途径，并都有应用实例。此外，扩频载 波机也开始应用，它根据山农信息理论，用加大带宽来换取传输的可靠性，将话音 带宽扩展到整个输电线路频谱，提高了传输速率。配电载波通信有如下优点：技 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 术简单，建设容易。配电载波可以连接电力公司管理的任何测控点，沿着电力线路 传输到配电网的各个环节，不必考虑另架专用线路。安全性好，所有资源都有受 电力部门控制。便于管理，不必经过无线电管理委员会许可。但停电区数据如何 用配电载波上传仍然是一个有待解决的技术难题，另外由于反射速率较低、容易受 到干扰以及非线性失真和信道间交叉调制的影响、采用的电容器和电感器体积较 大、价格较高等缺点。 ( 3 ) 光纤通信。光纤通信是以光导纤维作为传输介质，以光波作为信息载体先进 通信手段。光纤通信具有频带宽、通信容量大、传输损耗小、光电隔离不受电磁干 扰、抗腐蚀、可靠性高、保密性好、运行维护成本低、组网方便灵活、敷设简便等 优点。采用无源光分路器，可以组建复杂的环形、星形、树形、链形等光纤网络， 可以根据网络节点灵活联网或改变网络拓朴结构。在配电网自动化中，可以利用已 建成的变电站到主控中心的光纤电话网络进行数据传输，此时，光纤通过m o d e m 将 数字脉冲转换成话音频带占用一路或几路话音通道进行传输，也可以架设专门的光 纤网络进行数据传输，发可以用光纤以太网或光纤自愈网来进行数据通信。 目前光纤通信技术已经成熟，随着光缆技术的提高和生产成本的不断下降，光 缆的性价比将继续提高，因此在配电网自动化系统中，光纤将被作为通信主干线被 广泛应用。 ( 4 ) 微波通信微波在电力通信中发挥着重要的作用，对调度自动化和变电站综 合自动化的数据传输有重要意义。微波频率为1 g 以上，属视距传输，它传输容量 大，稳定性能好，同时由于微波通信在电力系统应用多年，已积累了经验。但微波 为点对点传输，而配电系统点多面广，显然不适合在配电网中应用。而一点多址小 微波系统应用多址技术和统计复用技术，信道利用率高，稳定性较好，可以多点传 输，缺点是路由选择较困难。 ( 5 ) 无线电通信。传统的无线通信方式如a m 、f m 、p m 、无线寻呼等也可以应用于 配电网自动化的数据传输，但速率低且太多只能进行单向发送，对于需要进行双向 数据通信的场合则要使用具有双向通信功能的新型无线通信技术。8 0 0 m h z 为无线数 据通信频段，可以应用于配电系统通信。 ( 6 ) 基于移动通信技术的c d m a g p r s 通信。 2 1 2 5 配电自动化通信系统的特点及要求 占 由于配电网自身的监测点多、覆盖面广因此配电自动化通信系统具备以下特 ( 1 ) 要求有较高的可靠性和灵活性。 ( 2 ) 传送的信息量大，实时性强。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 通信范围点多面广，组织困难。 配电网系统要对各种电气设备进行实时监控，需安装大量的r t u 、f t u 、d t u 、 t t u 等终端设备，规模大的配电网还要配置子站，其总体规模要比调度自动化系统 大得多。因此，配电网自动化系统的通信网络必须满足下述要求：高可靠性：配 电网通信设备大多安装在室外，自然环境恶劣，经常受到自然侵袭以及射频、工频 等强电磁干扰。因此要求配电网通信系统要能够长期稳定可靠地工作，并在线路停 电时仍能正常工作。良好的经济性：限于配电网一次设备的状况，通信系统的投 资不能过大，并要能充分利用所有的各种通信资源。技术性能优越：速率、容量 等不仅要满足目前需要，还要考虑综合数据通信和未来升级扩容的需要，不仅要考 虑配电网系统的需要，还综合考虑数据网络、语音电话、图形图像等多媒体业务的 需要。低运行维护成本：配电网络要易于建设、使用和维护。结构灵活、扩展 方便：随着配电网络的不断发展，通信系统要能方便地覆盖到新的配电网络区域以 及兼容新通信手段。 2 2 3 2 6 配电网自动化通信层次的划分 配电网自动化的通信层次与配电系统自动化的整个系统结构和功能密切相关， 可分为用户、变电站或二级主站、控制中心三层，通信方式应根据使用场合，通信 速率、实时性、可靠性和数据量等要求，经过经济技术比较后，合理选择。 ( 1 ) 用户 在抄表、设备监测( 如配变监测及用电设备监测) 等场合，主要目的是监视和 测量，实时性要求不高。与它连接的上一级一般是其自己的监测主站，也可能是现 场终端装置。它们之间的通信可以选用音频、双绞线、电话线、无线电、配电线载 波等媒体。 ( 2 ) 变电站或二级主站 变电站或二级主站与控制中心之间的通信可采用光纤、无线扩频、数字微波、 载波或有线通信。 ( 3 ) 控制中心 现场的测控装置既需要与上一级通信，也可能相互之间通信。上经主站可以是 控制中心，也可以是设在变电站等地点的二级主站。 在新建的电缆网络中，其通信媒介应优先考虑使用光纤系统，一般使用光纤 单环网系统。对可靠性要求较高的场合，可使用星形结构或具有自愈能力的光纤双 环网系统。 在改造的电缆网络及某些线路不复杂的架空网络中，可使用光纤通信系统， 根据实际情况也可使用音频、双绞线等有线通信方式。 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 在架空网络中，对于中小城市，无线频点允许的情况下，可使用无线通信系 统，对于无法申请到无线频点或无线通信效果不能满足可靠性要求时，可使用光纤 或其他有线方式。在通信阻挡不严重的场合也可以使用扩频无线通信。 配电线载波。多用于自动抄表和负荷管理等场合，采取一定措施后，也可用 于馈线自动化。 2 3 2 7 配电自动化通信系统方案设计 2 7 1 设计原则 ( 1 ) 坚持电力通信为电力工业发展、为电力生产服务为根本宗旨，为电力系统 安全、可靠、经济的运行提供先进、可靠的通信保障。 ( 2 ) 遵循统一规划、分级实施的原则，做到远近结合、网络层次分明、结构合 理、目标明确。 ( 3 ) 规划满足宁晋电力网及宁晋电力通信系统联网的需要，适应电力生产调 度、经营管理的需求，充分发挥通信网的效益。规划中充分考虑提供增值业务及迅 速增长的业务需求。 ( 4 ) 积极采用各种成熟的适合电力通信的新技术，同时把握通信技术的发展方 向，保证电力通信的可持续发展性和先进性。 ( 5 ) 规划以现有电力系统通信网为基础，充分利用现有的基础设施和资源，防 止重复建设。 ( 6 ) 电力通信网络的建设规划同步于电网建设规划。 ( 7 ) 通信系统的设计水平和范围与电网保持一致。 ( 8 ) 遵循电力系统通信“一业为主，多种经营”的发展战略。 2 7 2 通信系统方案设计 总体思路： 确定光纤通信为我区通信网的主要通信方式，并利用电力线载波 通信作为辅助通信方式；结合城区电网的建设，建成覆盖全部城网主干线路光纤自 愈双环网。 通信系统理论接线图见图2 7 ： 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 7 具体方案如下： ( 1 ) 主站与子站的通信：借用现有的调度中心与变电站问的光纤通信网络。 ( 2 ) 子站与f t u 的通信：以子站为中心沿各个电力主干线路架设光纤通信网，构 成光纤自愈双环网通信方式。对邻近主干线路的大分支开关配电终端可以迂回接入 主干环网，对于距离主干线路较远的分支配电终端采用点对点光纤通信方式接入主 干环网。正常情况下，f t u 通过各自的子站上传数据，在一方子站故障情况下，可 以使所有f t u 采集的数据都通过另一子站上传，这样两子站中任一子站故障均不影 响数据的传输。提高通信系统传输的的可靠性。 ( 3 ) f t u 与t t u 的通信：由于t t u 数据通信的数据量大，实时性要求不高，因此 为节约成本，采用配电载波通信方式。 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章馈线自动化系统方案与f t u 功能的选择 3 1 馈线自动化系统方案 由于配电自动化系统采用调配一体化主站系统，并采用三层结构的通信系统， 所以馈线自动化的实现主要依靠主站系统与子站和配电终端的相互配合。配电网正 常运行时，由配电终端实时采集各断路器所在线路的各项电气参数并通过配电子站 向配电主站系统传输，最终实现配电自动化系统对整个配电网运行状况的实时监 控。当配电线路发生故障时，由配电主站和配电子站分工合作，共同完成故障区域 的隔离与非故障区域的供电恢复。 配电网在运行中发生故障时，配电终端将检测到的故障信息并上报到配电子 站，由配电子站根据各配电终端上报的故障信息和配电网络的拓朴结构，对故障发 生的位置进行判断，并根据故障定位结果对故障区域的断路器进行分闸操作，把故 障区域与非故障区域隔离开来，同时将操作结果上报配电主站，由配电主站根据上 报的故障信息以及配电子站对故障进行隔离的情况并结合配电网络拓朴结构，制定 非故障区域的负荷转移和供电恢复方案，下达给配电子站，再由配电子站转发给配 电终端，操作断路器进行合分闸，最终实现故障区域的故障隔离及供电恢复。故 障解除后，恢复供电以及原供电网络的恢复等操作由配电主站完成。 3 2 配电自动化系统对f t u 的功能要求 为满足故障隔离、负荷转移和恢复对非故障用户的供电、提高供电可靠性的需 要，配电网络除应有可靠的电源外，还应根据具体应用条件，正确选用一次及其附 属设备，以保证和配电系统自动化网络可靠性相匹配。 应采用可靠性高、免检修、少维护、可电动操作的无油化开关设备，包括断路 器、重合器、负荷开关、分段器、重合分段器、环网开关等设备。它们的技术指标 和技术性能应满足相应的标准要求，同时还应具有以下特性。 ( 1 ) 用于就地控制的开关设备，在失去交流电源的情况下，除能就地进行手动合 闸和手动分闸外，至少还能进行自动合闸和自动分闸各一次。 ( 2 ) 应至少内附一组电流互感器或电流传感器，用于故障电流及负荷电流的检 测。 1 9 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 可内置或外接电压互感器，或其他低压电源作为操作电源。 ( 4 ) 用于电压信息检测时，应内置电压互感器或电压传感器，或高压电源变压器， 或外接电压互感受器。 ( 5 ) 应至少提供一组反映开关状态的辅助接点( 常开常闭) ( 6 ) 失去交流电源后，仍需进行控制和数据通信的开关设备( 包括断路器、重合 器、负荷开关、分段器、重合分段器等设备) ，应配备足够容量的蓄电池组和相应 的充电设备。 1 9 f t u 由线路测控单元、电源部分、通信模块和密封机箱构成，安装在户外运行， 完成一次开关设备的监测与控制功能。 f t u 主要功能包括： ( 1 ) 采集馈线故障电流并向中压监控单元( 配电子站) 或主站发送。 ( 2 ) 采集并向远方发送状态量，状态量，状态变位优先传送。 ( 3 ) 采集正常交流电流并向远方传送。 ( 4 ) 接收并执行遥控命令或当地控制命令，以及返送校核，与各种类型重合器， 断路器和负荷开关配合执行操作。 ( 5 ) 具有后备电源或外接电源的接口，其容量应能维持配电终端正常工作不小于 8 h ( 特殊情况由厂家和用户协商确定) 。当主电源故障时，能自动投入。 ( 6 ) 采集和监测装置主要部件及后备电源的状态，故障时能传送报警信息。 ( 7 ) 交流电源失电后，能对开关进行不少于分、合一次操作。 ( 8 ) 具有程序自恢复功能。 ( 9 ) 在当地或远方能进行参数设置。 2 0 3 3f t u 功能的确定 3 3 1 线路分段开关f t u 功能的确定 分段开关f t u 应具有的功能： 1 、具有r t u 三遥功能。 2 、 具有故障信号( 相间短路、单相接地等) 捕捉能力，结合断路器，可实 现自动重合闸功能；配合配电主站，可实现配电线路的故障自动隔离和非故障区段 恢复供电。 3 、 具有故障录波功能和存储功能，为分析线路故障原因提供可靠的追忆数 据。 4 、 支持光纤、电台、以太网、专线m o d e m 等多种通信方式。 2 0 华北电力大学工程硕士学位论文 0 、 6 、 7 、 8 、 小时以上。 9 、 1 0 、 l1 、 12 、 1 3 、 1 4 、 支持多种通信规约。 f t u 采用d s p 交流采样技术。 提供开关分合操作电源和开关储能电源。 蓄电池应具有充放电保护，外界电源断电后蓄电池能保证终端工作2 4 具有笔记本本地调试维护功能和远程维护功能。 具有现场远方操作转换、复归、防跳等功能。 具有定值远方下载与召唤功能。 具有自检和白恢复功能。