（电气工程专业论文）武汉城区配电自动化试点方案研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 配电自动化是当前我国配电网改造的重要课题，配电自动化及其应用技术的研究 正在不断深入。配电自动化技术涉及面广，是一项庞大而又复杂的系统工程，发展配 电自动化必须遵循统筹规划、分区域发展、逐步实施的原则。根据这一原则，本文结 合武汉地区配电网的实际情况，开展配电自动化试点规划与设计工作，有针对性的对 配电自动化技术的应用进行了全面而深入地分析和研究。 首先介绍了配电自动化系统定义、功能及与其他系统的关系，并提出实现配电自 动化系统的条件。 接着对当前馈线自动化的各类实现模式进行分析与比较，提出了各类实现模式的 适用范围，并结合武汉大型城市城区供电需求特点，提出配电自动化应用时应采用集 中处理的馈线自动化模式。 从技术和经济两方面，分析比较了当前的通信方式，结合配电自动化系统对通信 的要求，提出集中处理的馈线自动化模式应采用的通信网络结构。 根据配电自动化系统总体规划原则与内容，指出配电自动化系统试点首先需要做 好试点区域的选点工作，应注意实现试点的前提基础、分步骤实施，并能与其它系统 集成。 最后，将前面研究确定的原则应用到武汉地区配电网配电自动化试点方案中。结 合武汉城区配电网的现状，提出了配电自动化系统的组建模式与功能要求。并就配电 网络改造、设备选型、馈线自动化、通信通道的建设、低压抄表等技术的应用问题进 行了探讨。 关键词：配电网配电自动化馈线自动化通信方式试点方案 华中科技大学硕士学位论文 a b s 仃a c t d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni so n eo f i m p o r t a n tr e s e a r c hs u b j e c t si nc h i n ac u r r e n t l ya n d i t sr e l e v a n tt e c h n o l o g yi s b e i n gs t u d i e dd e e p l y d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni s ah u g ea n d c o m p l i c a t e ds y s t e me n g i n e e r i n g ，t h e r e f o r e ，d e v e l o p m e n t so f d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns h o u l d b ef o l l o w e dw i t hs o m eb a s i cp r i n c i p l e ss u c ha su n i f i e d p l a n s ，k r e a - d e v e l o p i n ga n dp h a s ei n i m p l e m e n t a c c o r d i n gt ot h e s ep r i n c i p l e sa n dc o n s i d e r i n gt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no f w u h a n g r i d ，d e s i g na n dp r o p o s a l so f d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni nu r b a na r e ao fw u h a na r e d e v e l o p e d d e e p l ya n ds y s t e m i c a l l y f i r s t l y ，t h ed e f i n i t i o na n df u n c t i o no fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni ss u m m a r i z e d t h e c o n d i t i o n sd e v e l o p i n gd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o na r ep r e s e n t e d s e c o n d l y ，a l lk i n d so fm o d e so ff e e d e ra u t o m a t i o na r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ，a n d t h e i rr a n g e sa r ep r e s e n t e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f p o w e rd e m a n d i nu r b a na r e a o f w u h a n , c e n t r a l i z e dm o d eo f f e e d e ra u t o m a t i o ni sa d o p t e di nd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n t h e e x i s t i n g c o m m u n i c a t i o nm o d e sa r e c o m p a r e dt e c h n i d a l l y a n d e c o n o m i c a l l y c o n s i d e r i n gr e q u i r e m e n t o fc o m m u n i c a t i o ni nd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ，t h e n e t w o r k s t r u c t u r eo fc o m m u n i c a t i o nr e l e v a n tt ot h ec e n t r a l i z e dm o d eo ff e e d e ra u t o m a t i o ni sp u t f o r w a r d o nt h eb a s i so f t h e p r i n c i p l ea n d c o n t e n to f s y s t e mp l a ni nd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n , t h e p a p e rp o i n t s o u tt h ec o n s i d e r a t i o n sw h e n d e s i g n i n g a p i l o t s c h e m eo fd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n , s u c ha sc h o o s i n gs i t ea st h ee x p e r i m e n t a la r e a , i m p l e m e n t i n gt h ep r o j e c ts t e p b ys t e p ，a n di n t e g r a t i o n w i t ho t h e rs y s t e m s a tt h ee n do ft h i sp a p e r , t h ec o n c l u s i o n so b t a i n e di nt h ef o r e g o i n gs e c t i o n sa r eu s e dt o c o n s t r u c tt h ep i l o ts c h e m eo fw u h a nd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a l c o n d i t i o no fu r b a na r e ap o w e r s y s t e mi nw u h a n ，t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no f d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ni sa d v a n c e d ，a n dr e l e v a n tt e c h n o l o g i e s ，s u c ha sr e c o n s t r u c t i o no fd i s t r i b u t i o n p o w e rs y s t e m ，f a c i l i t ys e l e c t i o n ，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 ma n dm e t e r i n go f l o w v o l t a g e ，a r ee x p l o r e d k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n f e e d e ra u t o m a t i o nc o m m u n i c a t i o nm o d ep i l o ts c h e a n e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：裔，另、：j ；缸 f 加d 牛年缸月，p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并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。本人授权华中科技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、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密囱。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：蔬庄群指导教师签名： 毛苛；莪 f ， 训9 眸丑月i o 日i 口口y 年7 月10 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1绪论 随着人们生活的改善与提高，电作为人们生活的必需品越来越为重要，广大电力 客户对停电也越来越敏感，而且，电力客户对电的需求已不再满足于“温饱”，进而 要求“小康”，对电压质量的要求逐步提高。在“电力法”和相关法规规定中也明确 规定供电企业应提供可靠、高质量的电力。因此，如何提高供电可靠性，如何改善电 压质量，以进一步满足电力客户的增长需求，是供电企业的目标之一。 配电网络在用电需求的刺激下迅速发展，需要维护管理的配电线路与设备总量不 断大幅增长，供电企业如果仍然按照传统的管理模式己难以实现对配电网设备进行有 效地管理，对设备状况的巡视与故障处理时间难以满足用电客户增长需求。而电力行 业的企业化要求供电企业应注意经济性，应实现最优管理，有效地利用人力、物力等 资源，通过较小的投入来获得较大的效益，并立足于长期发展。因而，有必要对传统 的配电设备管理模式进行改进，引入新的管理手段，以提高运行维护效率，降低维护 单耗，同时掌握设备的确切运行情况，发现薄弱环节与不合理配置，以能指导进行有 针对性地改造。 “配电自动化”技术可解决上述两大问题。 “配电自动化”是将现代计算机技术和通信技术应用于配电网设各上进行监视与 控制，实现配电网设备半自动或全自动运行。实现配电自动化，提高运行维护效率， 节约运行维护成本，有效提高配电网的供电可靠性和供电质量，能充分利用现有设备 的供电能力，从而对电力客户和供电企业均可带来较为可观的收益。 目前，欧美和日本等一些发达工业国家正在大力推广该技术，国内部分电力企业 也对其产生较大兴趣。实践表明，配电自动化能满足供电企业的发展需求，是供电企 业今后发展的必然趋势，其实际主要意义在于： ( 1 ) 当配网发生故障或异常运行时，能迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离 故障区段，及时恢复非故障区域的客户供电，以缩小停电面积，缩短对用户的停电时 华中科技大学硕士学位论文 间，充分利用现有设备能力，并降低劳动强度，提高工作效率； ( 2 ) 根据配网运行状态合理控制无功负荷和电压水平，改善电压质量； ( 3 ) 可通过监视配网运行状态，优化配网运行方式，实现经济运行； ( 4 ) 可掌握配网设备运行负荷，提高设备利用率，避免改造的盲目与被动： ( 5 ) 可自动抄表计费，提高工作效率，同时为客户提供优质信息服务。 在对配电自动化的理解上，还存在功能和实现方式与手段的差异，也有人认为根 本没有必要进行配电自动化。那么，到底在我国现有国情与设备水平下，是否有必要 进行配电自动化，假如要进行配电自动化，应优先实现哪些功能? 实现手段如何选择 呢? 在对上述问题做出回答之前，需要先对配电自动化系统的构成的几种理解、国内 外配电自动化的发展情况作一了解。 1 2 配电自动化系统的构成 1 2 1 配电自动化系统的定义 配电自动化( d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ，简称为d a ) 这一术语，是9 0 年代由美 国提出来的，迄今为止，对配电自动化的定义有许多种，国际上尚无统一的定义和规 范。 国家电力公司发输电部输 1 9 9 9 9 5 号文“关于颁布施行l o 千伏配网自动化发 展规划要点( 试行) 和配网自动化终端设备通用技术条件的通知”中i ”，配电 自动化的定义为：“1 0 千伏配网自动化是指利用现代通信和计算机技术，对电网在线 运行的设备进行远方监视和控制的网络系统。它包括1 0 于伏馈线自动化、开闭所和 小区配电所自动化、配电变压器和电容器组等的检测自动化等。” 按照文献 2 ( d l t8 1 4 2 0 0 2 配电自动化系统功能规范) 的定义：“配电自动化 系统是应用现代电子技术、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、地理信息进行安全集成，构成完整的自动化及管理 系统，实现配电网正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。它是配电 自动化与配电管理集成为一体的系统。”此定义强调了自动化与配电管理的集成。 华中科技大学硕士学位论文 i e e e ( 美国电气电子工程师协会) 对配电自动化系统做了一个比较完整的定义： 是在实时情况下，使供电公司能够监视、协调和运行配电系统的部分设备和全部设备 的一种集成自动化系统。 根据以上各种定义，配电自动化是一种技术应用趋势，其结果是实现配电设备运 行的自动化与配电管理的现代化，配电自动化系统则是为实现此目的而需相应建立的 具体体系系统，配电自动化技术是实现该系统所涉及的特有技术。 1 2 2 配电自动化系统的功能 配电自动化能有效提高配电网运行的可靠性和效率，改进电能的供应质量，降低 劳动强度和充分利用现有设备的能力，改善服务质量，从而使电力公司和用户均受益。 配电自动化系统的功能是按以上作用而具体划分的。 为明确配电自动化本身的要求和完成这些要求的手段，需要区分“功能”和“系 统”这两个基本概念。功能是指由不同的系统作为一个整体组合在一起而执行的任务， 其特点在于其目标，动态输入与输出以及静态数据。而系统是指为实现某些功能的体 系结构，功能是系统目标的具体目标。 没有一个简单的划分方式能够说明配电自动化所包含的各种功能。按文献 3 ( 配 电自动化的功能和数据) 的划分方法，可按照“电网功能与客户功能应区分、在线功 能与离线功能应区分、运行功能与施工功能应区分”的原则，把系统功能划分为“电 网运行”、“运行计划及优化”、“维修管理”以及“客户管理”等4 个主功能。其 中“电网运行”是最基本的功能，它又可细分为：监控功能、故障管理功能、运行统 计及报告功能。 而按照文献 4 的划分方法，配电自动化系统包括了配电s c a d a 系统、设备信息 管理系统、需方管理系统。而配电自动化系统与网络分析和优化系统，以及工作管理 系统一起则构成了配电管理系统( 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d m s ) 。 其中配电管理系统( d m s ) 是与能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，简称e m s ) 相对应的，这是从需求管理层次上划分的，e m s 与d m s 在电力系统中的关系见图卜1 。 其中配电自动化与调度自动化相对应。 华中科技大学硕士学位论文 图1 1e m s 与d m s 在电力系统中的关系 按照文献 5 ，配电自动化应包括：配调自动化系统、变电站配电站自动化、馈 线自动化( f e e d e ra u t o m a t i o n ，简称f a ) 、自动制图设备管理地理信息系统 ( a m f m g i s ) 、用电管理自动化、配电运行管理自动化、配电网分析软件、与其他系 统的接口等八个内容。 以上对配电自动化系统功能的划分方法各异。如果借用计算机软件系统的结构化 设计思路来确定系统与功能，可将整个配电管理系统这个大系统拆解成若干个子系 统，每个子系统完成特有的功能，并与其他子系统通过标准接口传输信息。并且，针 对其中配电自动化这个子系统，还可借用面向对象编程o o p 技术方式，对配电设备终 端的功能进行设计。因此，宜按照配电自动化的定义，严格界定出其特有功能，凡不 在其定义中包含或结合不紧密的功能，均不应列入。只有这样，才能抓住工作重点， 使系统功能更明确，特点鲜明，具备更强的生命力。 按i e e e 对配电自动化系统的定义，界定了配电自动化系统应是实时监视、控制 配电设备的系统，即为配电设备的s c a d a 系统( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t a a c q u i s i t i o ns y s t e m ，数据监控及采集系统) 。配电自动化的对象是整个配电网设备， 包括中低压电网及深入到其中的高压电网设备，所实现的对象主要包括：变电站、配 电馈线、开闭所、配电变压器、用户等。其中对变电站配电室设备的s c a d a 已列入调 度自动化中的变电站自动化，对用户的s c a d a 一般已由负荷控制管理系统实现，配电 自动化通常只包括馈线自动化、开闭所自动化、配电台区自动化等。 其中，对配电馈线的自动化，主要表现为故障处理，亦称为馈线自动化( f e e d e r 4 华中科技大学硕士学位论文 a u t o m a t i o n ，简称为f a ) ，是配电系统提高供电可靠性的有效手段，包括对故障的检 测、判断定位、隔离与网络重构。在有通信通道时，还可进行对线路节点的遥测、遥 信与遥控。因此配电自动化过程中首先进行的往往都是配电网馈线自动化，这是配电 自动化的基础功能6 】【8 l 。 另外，还存在对采集的数据的二次处理与再利用，即在配电s c a d a 系统的基础上， 实现更深层次的自动处理，包括运行管理、配电网分析等。但这些功能均应是在线相 对自动化的，不是离线的。 基于地理相对位置的配电设备的地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称g i s ) 反映了配电设备的基础信息以及相互拓扑关系，为配电自动化中 最重要的部分一故障处理网络重构( 亦即馈线自动化) 提供了实现的基础，是整个 配电自动化系统的设备信息基础平台。配网地理信息系统与配电设备的基础台帐信息 联系密切，可通过配网地理信息系统获取配电设备的台帐资料与接线关系，配电网运 行情况还能在配电g i s 地理图形上显示出来，发生电力故障时能迅速找出故障地点， 为抢修工作服务。在需要了解电网的网络结构或需进行运行方式优化时，g i s 系统必 不可少。 综上所述，配电自动化系统的功能应以配电地理信息系统( 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 ) 为设备基础信息应用平台，以配电运行数据监控与采集系统 ( 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 ns y s t e m ) 功能为手段实现配电线路 设各自动化( d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ) ，还可进一步扩展配电网络在线分析、运 行统计等应用功能。如图卜2 所示。 如果再加入日常生产管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和对供 电用户的需方管理( l o a dm a n a g e m e n t ) 后，构成了配电管理系统( d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ) ，也可理解成为配电自动化管理系统，即广义的配电自动化系 统 9 1 一【1 l 】。 华中科技大学硕士学位论文 二二二二二至王三至三互二二二 | 一 在线网络分析、运行统计开闭所自动化l 馈线自动化i 、配电台区自动化 1 1卜 、l j r 。j r1 l 上 监测、采集与控制( s c a d a ) u z i 配电设备信息管理( g i s ) i “8 ”一一u “。 弋 v 7 卜 晶00j oj f = 图1 - 2 配电自动化系统 1 2 _ 3 配电自动化系统与其他系统的关系 配电自动化系统作为配电设备在线监控系统，必然要与其他系统进行信息数据交 换，才能充分利用数据信息，使各个系统集成起来，发挥配电自动化系统与其他各个 系统的作用，才能具有生命力。 目前，需与配电自动化系统进行集成的系统主要有：基于输变电设备的调度自动 化系统、日常生产管理信息系统( m i s ) 、用电营销系统( 包括营业用户管理系统、用 户负荷管理系统、故障报修系统等) 等。其相应关系见图卜3 。 ( 1 ) 与调度自动化系统的关系 调度自动化是对输变电设备的自动化，配电自动化是对配电线路设备的自动化， 两者对自动化的要求是不同的。高压电网的局部故障，一般不应引起用户停电，高压 电网自动化的重点是快速切除故障，避免系统失去负荷，由继电保护与综合自动化装 置来实现。而中低压电网的局部故障，通常会导致一定范围用户的停电，而中低压线 路的接线方式与保护配合较弱，配电自动化的重点是判别出故障区域并能进行切除， 对正常部分恢复送电，缩小停电范围。 华中科技大学硕士学位论文 图卜3 需与配电自动化系统进行集成的系统 为满足对变电站、输电线路的安全有效调度，必须实现调度自动化，调度自动化 系统中的调度s c a d a 采集与监视控制变电站内所有断路器，而配电自动化系统除采集 变电站内l o k v 馈线柜信息以外，还采集变电站外1 0k v 线路上的柱上开关设备和开 闭所设备的运行信息并对该类设备进行远方监控。两个系统相互独立而又紧密联系， 调度自动化是从主电网层次上监控电网，其重点是电网的运行方式是否安全经济，因 输变电设备重要程度高，除了正常的保护动作外，一般只实现了信息的自动化传递， 运行方式的调整和大的操作还是通过人工干预来实现，遥测、遥信、遥控、遥调的可 靠性不能达到1 0 0 9 6 ，近来又通过遥视来进一步确认动作的可靠性。而配电自动化是从 配电网层次上调控，在可能的情况下，尽量采取自动，两者在变电站l o k v 馈线柜设 备上有重复，其他信息则互为补充。 ( 2 ) 与用电营销系统的关系 用电营销系统的对象侧重于用户，它对用户信息进行了较详细的管理，包含了需 方管理的基本功能，可以通过用户编码与配电自动化系统进行接口。营销部门可通过 配电自动化系统取得线路实际运行情况、设备资料等，决定何处可以扩容，何处线损 过大，有无窃电可能性等等，对于用户集中抄表，可通过配电自动化通信通道传送数 据。配电自动化系统可从用电营销系统中获得用户的详细资料，对已实现了负荷控制 华中科技大学硕士学位论文 管理的用户，还可获取其负荷特性，与公用配电设备的运行特性互补，为负荷预测提 供量化依据。 ( 3 ) 与生产管理信息系统的关系【1 3 】 生产管理信息系统主要是日常工作信息的发布，其中工作流程部分可与配电自动 化系统相融合。 1 3 国内外配电自动化的发展情况 为了选择更优的配电自动化方案，有必要对国内外配电网的现状与配电自动化系 统的发展进行分析，在吸收其先进技术的基础上，开展配电自动化的研究。 1 3 1国外配电自动化的现状 国外配电网自动化技术的发展起步较早，在5 0 年代初就利用高压开关设备的功 能在配电网中实现故障控制，主要设备是重合器、分段期、环网开关柜等。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、日本东芝公司等，均推出了各具特色的 配电自动化产品。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、电容器组调控、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，其 功能多达1 4 0 余种。 日本是配电自动化发展得比较快的国家，从2 0 世纪5 0 年代开始在配电线上采用 自动隔离故障恢复送电的送电装置，其配电自动化是分阶段逐步形成的，大致可分为 三个阶段：第一阶段，由自动重合断路器和自动配电开关来消除瞬时性故障，隔离 永久性故障；第二阶段是在第一阶段的基础上增设远控装置，实现远方控制功能， 在变电站或调度中心发出操作指令；第三阶段是在第二阶段的基础上，利用现代通 讯及计算机技术，实现集中通讯、遥控，并对配电系统实现有关信息的自动化处理机 监控。到1 9 8 6 年，全日本9 个电力公司的4 1 6 1 0 条配电线( 占3 6 5 ) 实现了故障后的 按时限自动顺序送出，其中2 7 8 8 条( 占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) 。 华中科技大学硕士学位论文 新加坡公用电力局( p u b ) 在2 0 世纪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 0 k v 配电网的1 3 3 0 个配电所，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 个配电所。 英美国家配电网发展较早，架空配电线路以放射型为主，简化变电站保护，线路 上采用智能化重合器、分段器相配合，并大量采用单相重合器，在城市配电网中主要 采用电缆环网供电，多路供电方式，设备采用环网型开关柜，通过提高配电设备本身 的可靠性以及灵活的接线方式来提高供电可靠性。 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中，往往由多种通信技术 组合成综合的通信系统，各个层次按实际需求采用合适的通信方式。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的研究，并且在研究通过负荷分配 的优化来减少损耗，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。 随着电子及通讯技术的发展，出现了将配电网的监测采集与计量、故障探测定位、 自动控制、规划、数据统计分析管理集为一体的综合系统。由于各国配电网发展的差 异与地域性差异，各国对供电可靠性的要求与实现方向有所不同，实现的配电自动化 方案也有差异，但总的方向可以归结为： ( 1 ) 一次配电设备本体的技术性能提高，不检修周期长，本身可靠性高，无污染 爆炸以及火灾危险； ( 2 ) 能快速定位故障点，以最快最简捷的方式进行故障处理，恢复供电； ( 3 ) 能利用先进的电子技术对配电设备进行自动化控制，以实现机电一体化 ( 4 ) 能有效地对配电设备进行运行数据管理。 1 3 2 国内配电自动化的发展 由于过去“重发轻供不管用”的影响，我国国内配电网络的发展不甚理想。长期 以来，规划与改造的重点集中在发电厂的建设中，对配电网络的改造投入较少，注重 于变电站的建设与监控，而配电网络由于停电影响面小而未受重视，配电自动化的发 展也不大，主要是近几年随着对用户日益提高的供电可靠性要求才发展起来“】。 9 华中科技大学硕士学位论文 上海市东供电局在浦东金桥金藤开发区实现了配电自动化工程。第一期工程采用 法国施耐德集团生产的p r 环网开关柜9 台，基本达到了遥控、遥信和遥测的目的， 但规模较小。 大连电业局于9 5 年4 月在甘井子供电局实现了架空配电线路自动化系统，采用 自产真空断路器，系统主要功能包括配电s c a d a 功能和故障管理功能。其后，又于9 8 年在中山供电局实现了电缆网自动化系统，主要功能是配电s c a d a 功能。 银j t i 城区配电自动化系统全部采用了国产设备，实现了配电网中3 0 余回进线、 几十条馈线和七个开闭所及小区配变的全面监控，该系统于1 9 9 8 年8 月2 0 日通过了 国家电力公司组织的技术鉴定。 目前实现配电自动化系统主要存在以下问题： ( 1 ) 与输变电自动化系统相比规模大，建设费用高。 ( 2 ) 大量一次、二次终端设备，必须放在户外，工作条件相对恶劣，对设备要求 较高。 ( 3 ) 通信复杂：由于终端设备数量非常多，没有一种通信方式能够单独满足通讯 系统的要求，必须综合采用多种通讯方式，增加了通信系统的建设难度”】。 ( 4 ) 终端设备由于是户外设备，分布较散，其控制电源和工作电源的提取问题比 较困难。目前常采用蓄电池和与之配套的充电器和逆变器。长期未进行深放电的蓄电 池性能受到较大的影响，而对于蓄电池的充放电，通常是不便进行控制的1 6 1 。 近两年来，各地陆续通过了配电自动化局部试点的验收，在对配电自动化的理解 上，还存在功能和实现方式与手段的差异。从各地方已实现的自动化系统运行情况来 看，一次设备与二次设备是影响整体系统可靠性的关键因素，各类产品的相关配合( 尤 其是对通信规约的应用) 还存在一些问题。但不能仅仅因为存在一些问题而对配电自 动化予以否定，也不能大面积推广应用。 1 4 实现配电自动化系统的条件 配电自动化是供电水平达到一定程度后才出现的，其实施的必要性与各地区的供 电现状与管理水平紧密相关。而供电可靠性的提高是必然的，进行配电自动化也将势 华中科技大学硕士学位论文 在必行，这是现代电力企业实现现代化的必然趋势。但要避免盲目的“追风”与“赶 潮流”，由于配电设备点多面广，而配电自动化需要投入大量的资金用于一次、二次 以及通讯设备的配套改造和系统的建立，全面实现高层次的配电自动化是不可能也是 没有要的。应根据本地的设备状况、可靠性需求与发展趋势来确定应配电自动化实现 的层次，并能具有可扩展性1 1 7 1 。 实现配电自动化系统的前提条件是：供电能力相对较强，线路网络接线灵活，具 有一定的负荷转移能力；线路故障率低，架空线路的绝缘化率、电缆线路的交联化率 高：一次设备自身可靠性高，可免维护或少维护 18 】；城市地域发展相对稳定，配电线 路网络相对固定，不会存在迁移与电力杆线入地【l ”。 而实施配电自动化的必要条件是停电损失较大，包括经济损失与社会影响，或者 在现有人员与良好的管理制度无法满足运行维护的精细化要求，如经测算，实施一定 程度的配电自动化可节约运行维护成本时也有必要实现配电自动化。 当社会与用户对供电可靠性的要求达到一定程度后，供电企业应考虑实施配电自 动化。但是，配电自动化并不是提高供电可靠性的唯一途径，也不是有效途径。事实 上，提高线路设备的健康水平与防护等级对提高供电可靠性最有效，其次是减少停电 施工，通过不停电作业和加强停电管理。配电自动化是建立在已实施以上手段的基础 上才考虑的，因为同样的资金投入，投入在前两者上所得到的效益要远高于后者。 配电自动化的层次与实施范围也不能一蹴而就，实现低层次的配电自动化一般具 有更好的投资收益。应针对不同的地段实现不同层次的配电自动化方式，只要能具备 兼容性与扩展性即可。例如，在城郊结合处，实现无通信通道的重合器分段器方式要 经济的多。从广义上说，通过一些配件与自动化装置，例如加装短路故障指示器，再 通过人工操作来隔离故障与恢复送电，也能提高故障查找效率，减少停电时间，同样 也能提高供电可靠性，更为经济，就是配电半自动化的初级模式【2 。】，只不过层次与实 现手段相对较低而已，所能满足的供电可靠性与采集的设备运行信息也有所降低。 1 5 论文主要工作和章节安排 论文工作主要围绕武汉城区配电自动化系统试点的设计与实施展开，重点就系统 华中科技大学硕士学位论文 的总体规划设计与实现应用等技术问题进行了研究和探索，并介绍了具体试点项目的 模式选择与应用情况。论文的主要工作和章节安排如下： 第一章对配电自动化综述，介绍配电自动化系统的构成、功能及其发展现状。 第二章对当前实现馈线自动化的几种模式进行分析与比较，在此基础上，结合武 汉城区配电网实际，确定馈线自动化的应用模式。 第三章从技术和经济两方面，分析比较了当前的通信方式，结合配电自动化系统 对通信的要求，提出集中处理的馈线自动化模式应采用的通信网络结构。 第四章对当前实现配电自动化系统的总体规划与设计原则进行了探讨。 第五章结合武汉城区配电网的现状，对配电自动化系统的组建、功能要求进行了 研究；就配电网络改造、设备选型、馈线自动化、通信通道的建设、低压抄表等技术 的应用问题进行了探讨。 最后对论文工作进行了总结和展望。 2 华中科技大学硕士学位论文 2 馈线自动化实现模式研究 如前所述，在配电自动化的所有功能中，配电网馈线自动化( d i s t r i b u t i o nf e e d e r a u t o m a t i o n ，简称为f a ) 是最主要的功能，其他功能是在实现了馈线自动化基础上才 完成的。由于馈线自动化实现的模式较多， 投入、供电可靠性和收益回报等重要问题， 而选择不同的控制模式关系到企业的资金 对整个系统的影响非常敏感，因此馈线自 动化是配电自动化的焦点【2 ”。必须对馈线自动化的实现模式进行研究，然后根据试点 区域现状选择合适的实现模式。 2 1 馈线自动化的基本要求 馈线自动化技术的应用，从早期的单个电力环路、双电源，逐步扩大到多个电力 环路、多个备用电源。配电网_ 次接线的网络结构越来越复杂，系统对配电网馈线自 动化的要求也越来越高。 由于l o k v 配电系统中，瞬时故障占8 0 以上，因此，馈线自动化应能区分瞬时故 障与永久故障，对于永久故障应能在较短时间内将故障段隔离而将非故障段恢复送 电。 按文献 2 2 ，f a 处理主要包括：故障自动检测与故障类型识别，故障点自动定位 与自动隔离，网络重构和快速恢复供电，即故障的“检测判别”、“隔离”与“恢复”。 整个f a 处理过程的基本要求如下：故障检测要准确，故障隔离要快速，网络重构要 慎重。其中，故障检测是否准确是馈线自动化故障处理的基础，当发生故障时，必须 在变电站出现开关动作之前捕捉到故障信号，包括故障电路的幅值、持续的时间。配 电子站和主站系统，在接收到来自线路上各个节点的信号后，经过f a 软件综合分析， 快速定位出故障位置，尽快隔离故障段。为保证故障隔离的快速性，采取能在底层处 理的尽量在底层处理，底层处理不了的则逐级上报，交由上一级处理。而网络的恢复 重构则应慎重，以保证非故障段用户的安全可靠供电，避免事故扩大蔓延【2 3 】。 馈线自动化的要求和功能如下： 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 故障定位，故障隔离，对非故障线段自动恢复供电，自动缩小由故障引起的 停电范围，减少对非故障线段的停电时间，提高供电可靠性。 ( 2 ) 馈线设备运行参数的采集：采集线路上的分段开关、联络开关、环网开关柜 等设备的状态量，运行电流值，故障发生时间，故障定位隔离时间。 ( 3 ) 累计配电线路上的分段开关、联络开关、环网开关等设备的断合次数。 ( 4 ) 馈线设备的控制：实现对各馈电线路上的环网开关、分段开关、联络开关等 电气设备的远方控制。 ( 5 ) 远方控制闭锁：在设备检修或处理故障时，为避免误操作，远方控制能实现 闭锁，以确保人员和设备的安全。 ( 6 ) 能实现自我诊断：监控系统设备发生故障时，能自动向值班员告警，保证配 电自动化系统的安全稳定运行。 2 2 馈线自动化实现模式的类型 馈线自动化模式的类型如图2 1 所示。 ，电流型 ，无通信通道一 i呤电压型 ，分布处叫 馈线晌掣l 有通信通道 k 集中处理 图2 - i 馈线自动化模式分类 根据故障处理方式的不同，馈线自动化可以分为两种模式，即分布( 就地) 处理 模式和集中( 远方) 控制模式。分布处理模式根据故障处理时是否需要通信又分为两 种类型：无通信通道故障处理和有通信通道故障处理。其中，无通信通道故障处理模 式在故障处理时只利用自身检测的故障信息做出判断和动作处理，属基于点保护的分 布处理。而无通信通道分布处理模式又根据开关动作原理可分为电流型和电压型；有 通信通道故障处理除了利用自身采集的信息外，还利用了系统中其他信息作出判断和 华中科技大学硕士学位论文 动作处理，又称为基于面保护的分布处理【2 4 】。 虽然有以上这么多类型，其基本原理仍是对可控制开关故障时的运行状态进行采 集与故障判断，在采集数据不足的情况下，按照预先设定的分合闸操作来进一步尝试 确定故障的范围。当控制部分分散在各个开关位置时，即为分布处理模式；控制部分 集中在一处或相对集中在几处时，即为集中控制模式。分布处理时需要利用对侧开关 控制信息的，需要通信通道传递信息，即为有通信通道的分布处理模式；直接利用本 开关故障信息而不需利用对侧开关故障信息的，即为无通信通道分布处理模式。各种 模式比较如后所述。 2 3 馈线自动化实现模式的基本原理与比较 分布处理中的无通信通道分布处理，主要特点是各节点之间没有通信通道，主要 通过变电站出线断路器( 具有重合闸功能) 与安装在馈线上的重合器( r e c l o s e r ) 或分 段器( s e c t i o n a l i z e r ) 的动作配合结果来实现故障的判断、隔离与恢复非故障线路的 供电，整个故障处理过程无需通讯与子站、主站的参与。根据故障判断原理的不同， 这类模式又分为电压时间型和电流计数型两种。 2 3 1电流型无通信通道分布处理模式 实现这种模式的开关设备组合一般为两种： ( 1 ) 断路器( 或重合器) + 电流计数型分段器( 不能开断故障电流) 电流计数型分段器也称为过流脉冲计数型分段器，有的地方也称为自动线路分段 器，通常与前级的重合器或断路器配合使用，它不能开断短路故障电流，但可记忆超 过其启动电流的故障电流动作次数，并保持一段时间。在达到预定的记录次数后，当 前级开关将线路短时切除的无电流间隙内，分段器分闸闭锁，隔离自己后面的故障线 路。这种分段器在整回线路无电情况下才进行分闸与合闸，实际上是l o k v 电动隔离 开关( 即俗称的刀闸) 加上控制器。 华中科技大学硕士学位论文 图2 2 分段器动作示意图 如图2 2 所示：分段器b 和分段器c 的次数设定为两次，重合器的计数次数设定 多一次为3 次。当线路在d 点故障时，变电站出线断路器( 或重合器) a 切断电源， 分段器b 因无过电流不计数，分段器c 因监测有过电流而计数一次，变电站出线断路 器( 或重合器) a 重合后如为永久故障，分段器c 因监测有过电流而再次计数一次， 达到预先整定的次数，其在再次断电时自动分闸闭锁，将后段故障线路隔离。 如故障点不在d 点，而在a b 之间时，重合器a 重合后第三次检测到故障电流后 再次跳开，达到预先整定次数而闭锁，不再合闸。 可以看出，这种模式实质上为“逐段试切法”，一条线路分成若干段，由线路末 端依次向上每次试切除一段后再通过送电来判断故障是否已切除。这种模式由于没有 时延要求，配合范围扩展而较容易实现，并且分段器的动作次数少。但反复停送故障 点，尤其是遇到出口故障最不利情况时，反复近区短路对主变及用户设各冲击较大， 容易损伤电力设备，不能应用在线路上对电压较敏感的用户。由于重合次数较多，断 路器不能满足要求，一般在变电站出口通过加装重合器来实现。 ( 2 ) 重合器+ 重合器 重合器开断的时间一电流曲线又称为t c c 曲线，一般具有快速操作、延时操作、 超延时曲线三种。通过对重合器的重合次数与重合t c c 曲线的设置来实现前后配合， 充分发挥重合器的作用。其优点是无需通信，变电站出线开关无需多次动作，但在分 段多时，保护整定配合较难，只适合于分段较少的农网或城郊配电网。 华中科技大学硕士学位论文 4 c ( - a a b b4 4 b 图2 3 重合器动作示意图 如图2 3 所示，三个重合器的动作次数与动作曲线分别为1 a 3 c 、2 a 2 b 、2 a 1 b ，若 在末端发生故障，第一次三个重合器都按快速曲线a 快速跳闸，第二次重合器2 、3 按快速曲线a 快速跳闸，而重合器l 因按超延时曲线c 工作重合后不分闸，l 1 2 保持 送电，第三次重合器2 、3 按延时曲线b 延时分闸，重合器3 由于达到允许重合次数 而分闸闭锁，将后段故障线路l 3 4 隔离，重合器2 第四次重合后，将正常段l 2 3 送电。 还有熏合器与熔断器的配合方式，但由于配合方式不灵活，实际中采用不多。 以上两种电流型模式均是依靠逐段试切原理进行故障判断与隔离，虽然故障判断 隔离送电时间相对较短，但除了最后一次合闸恢复送电外，前面每次合闸送电均为带 故障合闸，会对系统产生冲击，尤其是发生近区故障时多次重合对系统冲击较大，只 能适用于农网线路，在城区配电网较少应用。 2 3 2 电压型无通信通道分布处理模式 这种模式采用的开关设备一般为断路器( 或重合器) + 电压时间型分段器，其中 电压时间型分段