（电气工程专业论文）县级电网调配一体自动化系统的研究和设计.pdf

华北电力人学l ：科硕 ：学f 矗论文摘要 摘要 本文概要介绍了实现县级电网凋配一体自动化的意义，以及固内外渊度自 动化和配网自动化的发展情况和我国配电网的特点；根据调度自动化和配网自 动化发展情况，结合研究地区配电网的特点与实际情况，提出了县级电网调配 一体自动化系统的总体结构，确定了县级电网调配一体自动化系统主要采用基 于高速通信通道、主站集中监控的调配一体自动化模式，由调度及配网自动化 主站系统、馈线自动化系统、通信网络系统组成，确定了各个组成部分所需的 各项功能。 关键词：县级电网，调配一体，馈线自动化，通信系统 a b s t r a c t t h es i g n if i c a n c eo fr e a l i z i n gi n t e g r a t e dd i s p a t c h i n ga n dd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s y s t e m i s b r i e f l y i n t r o d u c e di nt h i s p a p e r d e v e l o p m e n t s o f d i s p a t c h i n g a u t o m a t i z a t i o na n dd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o nb o t ha th o m ea n da b r o a da r ep r e s e n t e d 。 a n dc h a r a c t e r i s t i c so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k si no u rc o u n t r ya r ea l s op r e s e n t e d a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n t so fd i s p a t c h i n ga u t o m a t i z a t i o na n dd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n i na c c o r d a n c ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i e sa n da c t u a lc o n d i t i o n so fr e g i o n a l d i s t r i b u t i o nn e t w o r k s t h eg e n e r a lc o n s t r u c t i o no fi n t e g r a t e d d i s p a t c h i n ga n d 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 mi s p u tf o r w a r d a n dt h i ss y s t e mm a i n l ya d o p t s i n t e g r a t e dd i s p a t c h i n ga n dd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o nm o d eb a s e do nh i g h s p e e d c o m m u n i c a t i o nc h a n n e li nw h i c hm o n i t o r i n ga n dc o n t r o la r ec e n t r a l i z e db yt h em a i n s t a t i o n t h i ss y s t e mi s c o m p o s e do fm a i ns t a t i o ns y s t e mo fd i s p a t c h i n ga n d d i s t r i b u t i o na u t o m a t i z a t i o n ，f e e d e ra u t o m a t i o ns y s t e ma n dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s y s t e m f u n c t i o n so ft h ec o n s t i t u e n tp a r t sa r ed e t e r m i n e d f e n gx i a n gm i n ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gx i ng u o k e yw o r d s ：c o u n t y l e v e lp o w e rg r i d ，i n t e g r a t e dd i s p a t c h i n ga n dd 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 m ，f e e d e ra u t o m a t i o n ，c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文县级电网调配一体自动化系统的研究 和设计，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：2 砬&日 期：狸! 兰二! 二夕 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：2 墨鱼丝导师签名： 日期： 2 壁翌芷二z 二z 日期： 丞麴 丑础- i - g 华，i 匕：u 力人7 i 群坝一i ：。节i 、j 沦支 1 1 选题背景及其意义 第一章引言 近年来，随着我国经济的迅猛发展，电力用户对电力供应提出了更高、更新的需 求。安全、可靠和经济供电，提高供电质量和供电可靠性，转变经营理念、强化服务 意识和提供让用户满意的服务，是电力企业承担的光荣的政治责任、经济责任和社会 责任。建立运行可靠、技术先进、功能完善、使用方便的电网调度自动化系统和配电 自动化系统在县级电网中的要求愈发迫切。随着电网技术、计算机技术和通信技术的 发展，调度自动化系统、配电自动化系统等在县级供电企业逐步得到广泛的应用，在 技术上实现调配一体自动化系统已经没有障碍。随着农网一二期和县城电网改造在河 北南部电网的全部完成，县城电网结构更加坚强和合理，对实现调配一体自动化系统 奠定了电网基础。建设县级电网调配一体自动化系统，可以提高供电可靠性，提高供 电质量，提高服务质量，提高企业的经济效益和管理水平。 实施县级电网调配一体自动化可为县级供电企业带来很多益处： l 、减少了故障停电次数和停电时间，缩小停电范围； 2 、监测、改善瞬间及稳态电压质量； 3 、减少和缩短了设备检修停电时间； 4 、提高了供电设备利用率，增强供电能力； 5 、更好地管理配电设备； 6 、共享系统信息资源； 7 、提高了供电可靠性； 8 、提高了供电质量； 9 、提高了为客户服务水平和客户的满意程度，改善供电企业形象； l o 、提高了供电企业的管理水平和劳动生产率。 通过本课题的研究，在县级电网建设调、配一体化的自动化系统，还可以减少系 统建设总体投资，减少系统维护和管理的工作量，彻底消除不同系统之间的通信瓶颈， 降低系统运行和维护费用，为供电企业的各个部门提供及时、准确、唯一的电网信息。 项日的研究，有利于实现县级电网调配体自动化系统敬计的最优化，降低设计成本， 推广典型设计，加快县级电网凋配一体自动化系统的应用，全面提高县级电网管理和 运行水平，实现县供电氽业可持续发展，最大限度为f 乜力用户提供规范、。方便、流 n 勺服务。 l 华匕电力人学i ：群颂p f ：f ? f 论文 1 2 国内外研究动态 随着科学技术的发展，实现电网凋度自动化已成为电力系统发展的趋势。电力系 统的迅猛发展需要完善、先进和实用的电网调度自动化系统来保证。目前国调及网、 省调3 级调度系统均已配备了电网调度自动化系统，并先于一次系统实现全国联网。 地调、县调也已配备电网调度自动化系统，并逐步联网。调度自动化系统提供的准确 而有效的实时信息已成为调度员进行电网安全、经济调度的主要依据。随着县级电网 的不断发展和无人值守变电站的实现，县级电网调度自动化系统在电网的实时监控、 故障处理、负荷预测和电网的安全、经济、稳定运行等方面发挥着同益重要作用。 在县级电网通常把配电网特指为直接面向最终用户的1 0 0 4 k y 中低压电网。配 电系统在国外的定义为3 6 - - 0 4 k v ，一般把3 6 6 k v 的网络称为中压系统，l k v 以下 的网络称为低压系统。在我国，目前阶段所说的实现配电自动化通常是指1 0 k v 配电 网实现馈线自动化。配电自动化系统是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络 技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成， 构成完整的自动化管理系统，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。 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，并在二十世纪五、 六十年代就开始实施。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、用户负荷控制和远程抄表等系统于一体的配电网管理 系统( d m s ) ，各种功能多达1 5 0 余种。国外著名电力系统设备的制造厂商或多或少都 涉及了配电自动化领域，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、瑞典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。国外配电自动化的主要内容是围绕着馈线自动化展开的。日本在7 0 年代就开 始进行高电压大容量的配电方式，以解决大城市的配电问题，并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8 0 年代到现在已完成了计算机系 统与配电设备配合的配电自动化系统，在主要城市的配电网络上投入运行。美国在 8 0 年代就实现了一定程度的配电自动化。韩国、台湾地区于9 0 年代也完成了局部配 电系统的馈线自动化，并建立了自己的配网自动化实验网络。配电技术的现代化是建 立在一定的工业基础之上的，是社会技术经济发展到一定程度后的产物。 我国的配电网自动化工作起步于2 0 世纪8 0 年代未，其标志是当时石家庄和南通 各引进了一套f 本户上制作所赠送的配电网自动化坏路设备，该设备每一丌关单元由 s f 6 丌关、d m 控制器和电源变压器构成，可完成就地故障隔离功能，相当于闩本7 0 年代装备水平。我国真i f 丌展配电网自动化：1 【：作是在9 0 年代，肖时进行了一些有代 表性的试验项口。根据国家电刚公司2 0 0 1 年底对l6 省( 市、自治区) 6 2 个城市配 华，j 匕电力人学i ：剧硕十。f 节沦交 网自动化工作的调查湿示，我困真币丌始系统性试点是在1 9 9 6 年以后。自1 9 9 6 年起， 为数有限的部分城市就丌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 司发伽了“l o k v 配网自动化发展规划要点”和“配i 4 自动化终端设备通用技术条件”， 使该项工作逐步走向f 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 年的增幅最大，最明显的增长地是在山东、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，有的试点已具 有相当的规模。 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，容易引发事故等。 第二阶段的配电自动化系统是远方监控自动化，它基于通信网络、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，它将柱上开关加装远方终端装置( r t u ) 及操作电源，在配电网正常运行时，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，即使在停电情况下，也能通过载波或通讯线或无线电与中央控制总站保持通讯， 传送数据，摇控负荷开关进行合或分操作。 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，远动控制主机与调度和变电所计算机自动化系统在线连接， 实现配电系统的”四遥”为特征的计算机实时监控。 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、馈线丌关远程式终端( f t u ) 、变压 器测控单元( t t 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。因此，从技术上讲实现配电自动化已没有任何困难， 但仍面临两个问题：其一是供电企业应根据自己实际情况，恰当地选择各种功能，寻 求种“性能价格比”较好，符合当代技术发展方向，能够“统一规划、分自j 实施”， 符合自身：f ：作需要，不致| 天l 系统发展、技术进步而“推倒秀束”的系统；其一是输电 1 华，f 匕l u 力人l w 影! ：半： 口论文 网自动化的许多成熟技术虽然可以借鉴，但配电自动化存在本身的特点，如容量大、 故障记录信息、定值远传、远方抄表等，传统的通信规约小能够很好地满足使用要求， 【夭l 此要尽早提出满足配电网要求的标准化通信觇约，以免造成各制造厂家自行设置的 混乱局面。 我国县级配电网的特点是主要以架空线为主，有链式供电网络、环式供电网络等， 长期以来，电力建设存在“重发、轻供、不管用”问题，致使配电网络十分脆弱落后， 主要表现在：网络混乱薄弱，电网线路结构不合理；线路长，导线截面太小，导致线 损大：装备陈旧落后，供电设备日久老化、绝缘程度差；无功补偿严重不足，配电变 压器容量不足；线路负荷差别大，不能随时随地转移负荷。造成了供电可靠性低、电 能质量差、停电时间长等。 目前我国架空线的配电自动化方案主要有两种，一种是“r 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。 配电自动化系统的常见的几种实施方案包括：单电源幅射型配电自动化系统、双 电源环网型配电自动化系统和网络型结构的超高速故障隔离配电自动化系统等方式。 本课题根据目前国内外在调度自动化系统和配网自动化系统方面取得的成果，进一步 实现调配一体自动化模式，实现良好的社会效益和经济效益。 1 3 课题主要研究内容 本课题以县级电网作为研究对象，研究采用基于高速通信通道、主站集中监控的 调配一体自动化模式，实现调度及配电自动化主站系统、馈线自动化系统、通信网络 系统等组成的县级电网调配一体自动化系统。 调配一体自动化系统在建设配网自动化系统的同时充分考虑调度自动化的应用 和功能扩充需求，在统一的平台t 实现全部调度自动化、配网自动化的功能。既可方 便系统的建设、维护、升级、应用、接口，又可降低总体建设成本、缩短建设周期， 实现较高的实用价值和性能价格比。 研究主要实现的功能如下： l 、调度自动化系统- 1 ，箨。站r t u 砹备、综合( - 1 动化系统经夸川通道通过终端 华j 匕l u 力人i ：辟颂一卜学何论文 服务器接入调度配电主站，主站系统接收并处理各厂站信息以及发出控制调节命令， 还可根据需要实现高级应用功能。调配主站与各变电站的通信通过原有远动通道( 光 纤、扩频、载波) 实现。 2 、在各配电i o k v 馈线分段开关处装设f t u 采集数据，还可接入智能电度表、配 变监测仪、开闭所r t u 等其它终端设备。 3 、配电自动化系统中，各馈线终端设备的数据经光纤通道或g p r s 通道接入主站 系统( 为保证通信的可靠性，采用光纤为主通道，g p r s 为备用通道) 。配电主站系 统和配电r t u ( r e m o t et e r m i n a lu n i t 远方终端设备) 、f t u ( f e e d e rt e r m i n a lu n i t 馈线终端设备) 、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 配电终端设备) 、t t u ( t r a n s f o r m e r t e r m i n a lu n i t 配变终端设备) 以网络方式通信，接收并处理采集来的数据以及向各 终端设备发出控制命令。 4 、实现实时监控县局调度系统管辖范围内的所有变电站，实现调度自动化系统 的全部功能，并可扩充基本的p a s 功能支持，如网络拓扑、状态估计、潮流计算、无 功优化等。 5 、由现场f t u 和主站配合完成故障检测、故障定位、故障隔离和非故障区域负 荷的快速恢复供电。 6 、具有配电网网络分析实用功能，如区段负荷统计、负荷转移、p t 状态在线检 测、合环判断、馈线和区段着色等。 7 、和g i s 系统、m i s 系统、模拟盘系统接口和交换数据，实现资源共享。 1 4 本文的主要工作 通过对调配一体自动化系统的研究，提出调配一体自动化系统的设计方案，研究 数据采集与监视控制、配网故障隔离和供电恢复、通信系统等功能的实现，系统能够 完成调度系统、配网系统的实时数据采集、数据处理、远方控制等核心后台功能，通 过研究，结合河北南部电网的实际情况，综合考虑近期与远期、全局与局部、主要与 次要的关系，提出先进、通用、经济使用的设计方案，避免重复开发、重复投资，为 推广调配一体自动化系统的应用奠定基础。 华北电力人学i ：群硕十学何论文 第二章县级配电网现状分析 目前，县级城市的社会、经济发展很快，早期建成的配电网和电力设施已经不能 适应经济发展和人民生活用电的需要，大量对电力扰动敏感的电器设备和装备对供电 可靠性、电能质量提出了更高的要求。基于目前县级电网现状，通过对典型的县级电 网研究，研究电网调配一体自动化系统设计方案。 2 1 目前我国比较典型的配电网结线形式 1 、辐射网。这种供电方式在一回出线上带有许多用户，一旦线路出现故障，引 起开关设备跳闸，则使该线路上所有用户停电，所以供电可靠性较差。一般用于对供 电可靠性要求不高的负荷。 2 、双电源供电网。在城市区域，特别是城市的政治中心、商业中心、服务中心、 以及各类开发区，其用电负荷密集，且对供电连续性和可靠性要求很高。为此，可以 在线路中间或两条线路端结合处，建立开闭所，由开闭所向这些用户供电。开闭所的 进线都为l o k v ，但来自不同电源。开闭所及重大用户可以通过两个开关设备倒闸， 及时隔离故障线路，由另回非故障线路完成供电，这样可以保证对重要用户的供电。 3 、环网供电。将供电线路构成环网结构，通过各个开关设备倒闸，可在供电线 路任何一段发生永久性故障时，通过开关切换保证非故障区的正常供电。 2 2 实现配电自动化的基本条件 l 、一次网络规划合理，接线方式简单，具有足够的负荷转移能力； 2 、配电设备自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遥控和智能功能； 3 、具有可靠的通信系统： 4 、具有一定的技术力量： 5 、具有一定的经济实力。 2 3 研究对象的城区电网现状及规划 2 3 1 城区电网综述 以河北南部饶阳县城供电网为例，饶阳县总面积5 7 3 平方公里，人口2 9 万，区 域特色为棉纺、机械、食品加工及工艺品的生产。县城是饶阳县的政治、经济、文化 中心。近几年来，饶阳县经济发展很快，人民生活逐年提高，用电量逐步增加i ，2 0 0 7 年售电爱达2 3 亿干瓦时，饶阳县城的电力负荷、# 要分前j 在县城老区和，r r 发区两大部 6 华北电力人学i 样硕 ：学位论文 分。开发区一些工厂企业为首，最高负倚可达3 万k w ，并且这些工厂企业发展势头 强劲，负荷在未柬几年仍有大幅度上升。城区内的负荷由政府、县直单位和居民牛活 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。随着饶阳县供电公司供电容量的 迅速增长、电网设备同趋繁多、以及对提高供电质量的需求，亟需建立运行可靠、技 术先进、功能完善、使用方便的电力调度自动化系统和配电自动化系统。 目前，饶阳县级电网主要由3 座l i o k v 变电站、1 0 座3 5 k v 变电站构成，以后还 要根据实际用电需求陆续改造和建设新的变电站。从1 9 9 8 年起，经过两次农网改造 完成了县级电网大部分线路的改造，利用县城电网改造资金对县城区域的i o k v 配网 网络进行改造。县城配网由l 座l i o k v 变电站和1 座3 5 k v 变电站的不同馈线供电， 构成一个多电源的不规则复杂配电网络，而且在配电线路建设的同时已经考虑了通信 光缆的铺设。县城配网一期工程选用2 5 台装设了双侧p t 的柱上真空断路器作为馈线 分段联络开关，不仅具有分合短路电流的能力，还装设了双侧p t ( 1 0 0 0 2 0 0 ，0 5 级， 3 0 v a ) ，可以为f t u 提供交流采样源和工作电源。因此，饶阳县城配网客观上已经 具备了实现配网自动化的条件。以后将在现有基础上进一步扩大配网自动化的覆盖面 积，并适当增加实用的配网高级应用功能。如图：2 1 饶阳电网现状图 毹中工厂 饯中轰 重辱靛鼍口 l 川。 ，7” ，l _ il l , i i t l i i - i 1、由出丧 l 白池曲 ， ，! ，ql 。 l l l - ， 必丰站采 ，。訇- t，吨， 私 i t l i ! l i l - q l i , l l l l - i 1 l ” 【 vv 誓，1 戈站由 “￥气卓砧南 菇t 寸砖t南皿n r p l 酉， 缺汽事鲤 7 一 。事一袁 螺市厂 ，挎行毫 ，i ! l i l - i t ”f m ：靛_ 譬l i 考 ，扫更1 t发连静一 峨曲站 罨f “一鑫r 蕊 一 饨武露口 曩逭南 ， ，l ，t 车站i 卜 一，。7 9 7 lj h i 图2 一l饶阳电网现状图 7 # 北l u 力人zi ? 氍颐 ：学f 谚论艾 2 3 2 城区1o k v 电网的规划原则 l 、县城l o k v 主干根据变电站和点、负倚密度和i 运 t 箭理的需要划分成特干个相 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3 0 0 0 k w 。 3 、两座l i o k v 变电站之间的i o k v 主干由线路开关做为联络丌关，j 下常运行时开 关为断开位黄。使i o 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 1 2 1 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 。 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。 l o 、配变均采用双杆架构式安装，i o 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 l 、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 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，高低压同朴架没时，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：占绝缘线，：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 l o 。 毕北电力人学i ：样颐十学何论文 2 3 3 县城1o k v 配网发展方向 l 、在县城区域形成灵活结构的lo k v 坏嘲，使重要用户具备双电源供电； 2 、县城配电网实现高速自动故障检测、故障定位、故障隔离、和非故障区域线 路自动恢复供电，故障隔离由f t u 装置完成，发生故障瞬时切断； 3 、县城i o k v 配网的运行管理基本实现自动化，供电可靠性达到9 9 9 9 以上， 安全经济和供电服务水平上一个台阶。 9 华北l 乜力人学i ：f ! i ! 颐十学何论文 第三章县级电网调配一体自动化系统方案设计 3 1 调度自动化 3 1 1 综述 随着计算机及其网络技术、通信技术、远动技术的发展，为县级电网调度自动化 及其支撑平台的发展提供了条件。县级电网调度自动化系统，在电网的实时监控、故 障处理、负荷预测和电网的安全、经济、稳定运行等方面，发挥了重要作用，同时也 为各级领导和生产、管理部门提供科学准确的决策依据等方面发挥着重要的作用。我 国的电网调度自动化起步较早，大体经历了远动化、数字化和自动化3 个阶段。近几 年来，电网的发展对调度自动化系统提出了更多、更高的要求，变电所综合自动化、 无人值班变电所的实现，使调度自动化系统成为集电网测量、控制、保护、经济运行、 指标考核等多方面的综合性管理系统。随着县级电网调度自动化系统技术同趋成熟， 在实际应用中取得了很好的效果。 3 1 2 调度自动化系统总体结构 根据县级电网管理的特点组建的调度自动化系统，其总体设计为三级分布监控与 管理结构，所谓三级管理：生产管理级、运行管理级、厂站终端级。所谓分布式是指 系统的管理功能是分布的，即各工作站的任务是按电网的生产、运行、管理的分工不 同而设计的。其分为两部分：( 1 ) 主站。即为远动系统的调度端。由生产管理级和 运行管理级两级组成。( 2 ) 远方终端r t u 。 如图： i o 华北l i 三力人。7 i f 坚顷 ：。f 移论文 q 上机拿，么。埘侑别作- 7 孑一 i 曩 ， 站 由曲由曲南 终 由南由曲由 搏 站 壤 墙 i ， _ 电度磕雉 叠蔫遣摊鼍傍 选缱 3 1 调度自动化系统总体结构 3 1 3 调度自动化对通信系统的要求 统计指出：信道故障占调度自动化系统故障的5 0 6 0 。其原因是信道的抗 干扰能力薄弱，失码率、误码率、故障率高，特别是在恶劣气候条件下，难以保证信 息传输的要求。所以在这种原因下，要求建立双信道，互为备用，满足“五遥功能， 以保证实时信息的传输。 3 2 配网自动化 3 2 1 综述 配网自动化系统利用现代电子、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敝状念下的监测、保护、控制、剐电 负倚配电管理的现代化。 实现配电网自动化的意义在于：有利于在配电网f 卜常运行时，通过豁视配网运行 t ：况，优化配网运行方式；有利下n ：保i i e 供电可话忭的i j 订提下，确保电力用，f 、用电的 i l 华此电力人誓i ：雅颂t j 学位论文 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，避免高峰低嵛，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问，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， 并可及时为用户提供自动化的用电信息服务。 3 2 。2 配网自动化系统规划设计的要求 配网系统自动化工作涉及的面广、量大，投资高，因此应该根据各个地区的不同 特点，社会用电需求，配网结构、设备状况和可靠性要求等方面综合考虑，制定规划， 开展试点工作。在总结经验的基础上，逐步推广，分步实施。 规划设计的要求：统一规划、分步实施，以避免因系统发展和技术进步而造成重 复建设或推倒重来。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。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。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。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。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。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。在确保 功能和质量的前提下，应优先采用国产设备。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。 3 2 。3 配网自动化对通信系统的要求 配电网系统拥有众多的配变、用户变、箱变、丌闭所、配电变压器、柱上丌关等 电气设备，地域分佰广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣，要对这些设备进行 实时监控就需要安装大量的r t u 、f t u 、d t u 、t t u 等终端设备，规模较大的配电网还 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规 模、复杂程度和自动化秤度决定了通信网络必须满足下述要求： l2 华此l u 力人学i 科硕 ：学何论文 ( 1 ) 高可靠性：配电网通信设备大多安装在室外，自然环境恶劣，高温、低温、 f 晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然侵袭以及射频、工频等强电磁干扰时时发生。 凶此要求配电网通信系统要能够长期稳定亓丁靠地：r 作，并在线路停电时仍能正常工 作； ( 2 ) 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， 并要能充分利用已有的各种通信资源； ( 3 ) 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，不仅考虑配电网系统的需要，还要综合考虑数据网络、语 音电话、图形图像等多媒体业务的需要； ( 4 ) 低运行维护成本：要易于建设、易于使用、易于维护； ( 5 ) 结构灵活、扩展方便：配电网络在不断发展，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的通信手段； ( 6 ) 双向通信：配网自动化要实现遥测、遥信、遥控功能，就必须要求具有双向 通信能力。 3 ，2 4 配网自动化系统通常采用的几种通信模式及其优缺点 配网自动化系统的通信方式分为有线方式和无线方式，有线包括架空明线或电 缆、配电载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网( c a t v ) 、现场总线等； 无线包括微波、无线电通信( a m 、f m 、p m 等) 、无线扩频、卫星通信、无线寻呼、 数控电台等，还有近几年采用的g p r s 。 以下对几种主要通信模式作简单功能分析： ( 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 一3 0 0 b s ，基本能 满足配电网自动化系统对通信的要求。配电载波有两种变形即脉动控制技术和工频控 制技术，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，沿着电力线路传输剑配电网的各个环节，不 必考虑另架专用线路：安全性好，所有资源都受电力部门控制；便于管理，不必 经过无线电管理委员会的许可。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，还有由于反射效应在馈线的某些部分存在盲点、数据传输速率较低、 容易受到干扰以及非线肜失真和信道阳j 交叉调制的影响、采用的电容器和i 乜感器体积 o 互，i 匕电力人学l ：程硕十学何论文 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的 先进的通信手段。光纤通信具有传输频带宽、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，可以组建复杂的环型、星型、树型、链型等光纤网 络，可以根据网络节点灵活联网或改变网络拓扑结构。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，如可以用光纤以太网或光纤自愈环网来进行数据通信。 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广泛应 用。 ( 4 ) 微波通道：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，已积累了丰富的经验。但 微波为点对点传输，而配电系统点多面广，显然不适合配网应用。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，但速率低且大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：与传统通信方式相比，g p r s 有明显 的技术优势，主要表现在：( 1 ) 资源利用率高。g p r s 在g s m 网络中引入了分组交换 的传输模式，使得原来采用电路交换模式的g s m 传输数据方式发生了根本性的变化， 这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。电路交换模式下，在整个连接期内，无论 是否传送数据都独自占有无线信道。实际上在连接期间，许多应用如i n t e r n e t 浏览、 收发e - m a il 等都有不少空闲时段。对于分组交换模式，则只有在发送或接收数据期 间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的 利用率。g p r s 以通信流量为计费依据，体现了“得到多少、支付多少”的原贝i j 。实 际上，g p r s 用户的连接时间可能很长，却只需支付相对低廉的连接费用；( 2 ) 传输 速率高。g p r s 可提供1 7 1 2 k b p s 的传输峰值( 含f e c ) ，净数据速率可达l1 5 k b p s 。 g p r s 用户能和i s d n 或a d s i 用户一样快速上网，同时也使一些对传输速率敏感的移 动多媒体应用成为可能：( ：3 ) 接入时间短。分组交换接入时f n j 小于1 秒，能提供 1 4 华j r 【l 力人。警l ：科颂十学何论文 快速即时的连接，可大幅度提高一些应用( 如远程监控) 的效率，并使已有的i n t e r n e t 应用( 如e - m a i1 、网页浏览等) 更加便捷流畅；( 4 ) 支持r p 协议和x 2 5 协议。g p r s 支持【n t e r n e t 上应用最广泛的i p 协议和x 2 5 协议。越米越多的企业将i n t e r n e t 作 为职员访问企业内部网i n t r a n e t 的媒介，因此支持i p 协议显得尤为重要。由于存在 大量的分组数据网( p d n ) ，所以支持x 2 5 协议可使已存在的x 2 5 应用能够在g s m 网络上继续使用。而且由于6 s m 网络覆盖面广，也使6 p r s 能提供i n t e r n e t 和其它分 组网络的全球性无线接入。 在实际的配网自动化的通信系统，必须构建一个成本低、收效高的双向通信系统， 用可以接受的费用在可靠性和信息流量方面提供非常高的性能。同时，由于配电网自 动化系统所要完成的功能太多而系统复杂，采用单一的通信系统来满足所有的功能需 要是不现实的，也是不经济的。因此，在配电网自动化系统中，要应用多种通信方式， 按综合的经济技术指标而选取其中最优的组合。 在本课题研究的电网调配一体自动化系统中，经过综合比较，采用各馈线终端设 备的数据经光纤通道或g p r s 通道接入主站系统( 为保证通信的可靠性，采用光纤为 主通道，g p r s 为备用通道) 。配电主站系统和配电r t u 、f t u 、d t u 、t t u 以网络方式 通信，接收并处理采集来的数据以及向各终端设备发出控制命令，此种方案有利于确 保调配一体自动化系统的稳定性。 3 3 县级电网调配一体自动化系统方案设计 3 3 1 设计依据 配网系统自动化规划设计导则( 试行) 配网自动化系统功能规范 配电自动化系统远方终端d l t 7 2 1 - 2 0 0 0 县级电网调度自动化功能规范d l t 6 3 5 1 9 9 7 县级电网调度自动化系统应用软件基本功能实用要求及验收细则 能量管理系统( e m s ) 应用软件功能及其实施基础条件的通知，国家电力调度 通信中心件，1 9 9 8 年1 2 6 号 地区电网调度自动化功能规范d l t5 5 0 一9 4 远动设备及系统第5 1 0 l 部分：传输规约基本远动任务配套标准d l t 6 3 4 5 l o l 一2 0 0 2 远动设备及系统第5 1 0 4 部分：传输规约采用标准传输协议子集的 t e c 6 0 8 7 0 5 一1 0 l 网络访问d l t6 3 4 5 1 0 4 2 0 0 2 因家电力公司农网自动化及通信系统建设技术指导意见( 试行) 2 0 0 2 华北电力人学l 氍颐1 ：学他论文 国家电网公司系统县城电网建设与改造技术导则 1 e e ep 1 0 0 3 工作小组制定的p o s i x l 0 0 3 0 标准 i e e e 能量控制中心工作小组对丌放的e m s 的定义 软件工程术语g b t1 1 4 5 7 - 8 9 软件工程标准分类法g b tl1 4 5 7 - 1 9 9 5 计算机软件产品开发文