（电气工程专业论文）东营城区电网配电网自动化系统设计与实现.pdf

山东大学工程硕士论文 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fn a t i v ee c o n o m yp u tf o r w a r dah i g h e rr e q u e s to fe l e c t r i c a lq u a l 时 a n de c o n o m i c a lr u n n i n gt a r g e t a st h er e c o n s t r u c t i o no f d o n g y i n gd i s t r i b u t i o ns y s t e mg o e so n ，t h e r e l i a b i l i t yo f t h ei o 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 ec o m p l e x i t yo f t h e1 0 k vn e ti sm o r e t 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 ft h en e ta n dr e a l i z et h er e a ld i g i t a ln e l t h e r e c o n s t r u c d t i o no ft h e d 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 i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t y e q u i 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 z a t i o ni sm o r ee a s yt or e a l i z e b yt h er e c o n s t r u c t i o no fd o n g y i n gd 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 z a t i o n m , 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 no fm a i nn e t w o r k a 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 fc o n t r o lc e n t e ra n ds u b s t a t i o n b a s e do nt h e r e a l i z a t i o no f d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h em e t h o do f t h es e l e c t i o no f p h u t o g r a p ha n d o r i e n t a t i o no f s m a l lc u r r e n tf a u l t o nt h eb a s i so fa n a l yo fd o m e s t i ca n df o r e i g nb a c k g r o u 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 s p a p e rf i r s ta n a l y z et h ei n f l u e n c eo fr e c o n s t r u c t i o no fm 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 p 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 o n g y i n gm a i nn e t w o r k t h i sp a p e rg 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 to f s o f t w a r ea n dh a r d w a r e t h ee m p h a s e si st h em e t h o do f t h es e l e c t i o no f p h o t o g r a p ha n do r i e n t a t i o no f s m a l lc u r r e n tf a u l t m a n ys u c c e s s f u le x p e r i e n c eh a dp r o v e dt h a tt 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 d w i t ha c t u a ls i t u a t i o no fd o n g y i n gd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n df u l l ya c h i e v et h eg o a lt h em e t h o do f t h es e l e c t i o no fp h o t o g r a p ha n do r i e n t a t i o no fs m a l lc u r r e n tf a u l ti saa d v a n c e dt e c h n o l o g ya n d m u s tp r o d u e c en u m e r o u sb e n e f i tt os o c i e t y k e yw o r d ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；d a s ；d m s ；g i s ：n e t w o r k ；c o m m u n i c a t i o n i i 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。 论文作者签名：二蟛日期：! 望：! 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) 论文作者签名：导师签名： 耄! 燮e t期：! 竺：! 乙 山东大学工程颈士论文 _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - m l i i i 一 1 概述 1 1 配网自动化概述 电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个环节组成。其中发电、输 电、变电几个环节的监视、控制和管理属能量管理系统e m s ，包括监视控制和 数据采集s c a d a 、自动发电控制a g c 、管理信息系统m i s 和其它名目繁多的 e m s 高级应用软件。配电和用电的监视、控制和管理属配电管理系统d m s ，包 括s c a d a 、负荷管理l m 负荷控制、故障管理、自动绘图a m 设备管理f m 地理信息系统g i s 投诉电话热线t c ，配电网高级应用软件等功能1 1 i 【2 1 1 4 】【i6 1 。 配电是电力系统发电、变电、输电和配电和用电几个环节中直接面向电力 用户的环节。配电系统由配电网( 其中包括馈线、降压变压器、断路器、各种开 关等的配电设备) 、继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制设备 等构成，按照一定的规则运行，以高质量的电能持续地满足电力用户需求。 所谓配电网是指l l o k v 及1 1 0 k v 以下电压等级的电网。通常把1 1 0 k v 、3 5 k v 级称为高压，1 0 k v 级称为中压，o 4 k v 级称为低压。目前配电自动化所涉及的 主要是1 0 k v 及其以下的电网，包括1 0 k v 中压和o 4 k v 级低压，其中最主要的 又是1 0 k v 中压系统。其范围一般是从变电站的主变低压1 0 k v 侧和低压1 0 k v 母线开始，直至电力用户为止。 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户对电能质量的要求愈来 愈高。用户对电能质量的评价主要有以下几个指标：电压质量( 包括电压偏差、 电j 五波动和电压闪变三个方面的要求) 、频率、供电可靠性( 配电网对用户持续供 电能力的度量，它有多至1 l 项的评价指标，其中主要是年平均供电可靠率，用 户年平均供电时间的百分值) 及谐波含量f 2 9 】口1 】1 3 4 】。 电能质量的提高需通过整个电力系统的装备水平和运行状况的改善来实 现。显然。限于配电网络设备状况及用户所具有的能力，能显著改善电能质量中 的一些指标，如提高供电可靠率和电压质量。而合理完普的配电网络结构对于提 高供电可靠率和电压质量是至关重要的，在某种意义上讲起主要作用 2 s j 矧。 另一方面，保护监测和控制的改进并逐步自动化对于配电网的运行也十分 重要，某些方面则必不可少，如故障隔离。在这种情况下，配电管理系统应运而 生。 山东大学工程硕士论文 _ i 皇一 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。它是实时的配电自动化与配电管理系统集成为一体的系统，从 以上定义可以看出，配电自动化系统包含了多门技术学科、涉及到了配电网的几 乎所有相关信息，是一个实时的监控系统与管理系统相结合的系统。按照 i e c - 6 1 9 6 9 规范，配网自动化系统包含的范围更为广泛，但根据我国近年来实施 配网自动化的实践，配网自动化的实施主要注重实时控制系统和基于通用g i s 平台的配网管理【1 9 】【2 2 】【2 4 1 1 2 6 1 。 1 2 我国目前的配电网水平 我国的配电网在9 8 年城网改造以前很薄弱，绝大多数为树状结构，且多为 架空线，可靠性差，尤其在农村，送电距离太长，损耗严重，电压质量差。配电 设备比较陈旧，大多不可遥控。配电网运行状态监测设备少。信息传输通道缺乏， 因而信息采集量少。这些导致事故处理自动化程度低、处理时间长，事故后恢复 供电慢。但这种状况已经随着国家城网和农网改造得到极大的改善，这也是配网 自动化系统得以实施的前提1 2 0 1 2 1 】【2 3 】。 近几年各地发生导致重要用户停电的电网事故，除了某些人为的因素以外， 电网结构薄弱、可靠性低，是其主要原因。自动化程度低、管理不善也是重要原 因之一。加强电网建设，除了强化输电网以外，加强配电网建设是当务之急。这 是因为长期以来在配电网上投资欠账太多、其薄弱的程度远甚于输电网【27 1 。因 此，国家把近期内投资建设的重点设在改造和建设配电网、合理增加变电站、架 设输电线、完善配电网络、更换陈旧的开关设备是非常正确的，也十分迫切。 在建设过程中首先要搞好规划，在做好配电网一次系统规划的同时，还应 做好配电自动化的规划，与输电网相比较，这一点尤其重要。这是由于：其一， 配电网一次系统中的设备选择与配电自动化关系密切。例如：在选择开关设备时， 可以有多种选择，如断路器、重合器、重合分段器、分段器、电动负荷开关等， 这与配电自动化采取何种方式有关；其次，某些一、二次设备，如c t 、p t 等也 与配电自动化的实施方案有关【3 0 】口5 3 6 1 1 3 9 】。 1 3 国外配电自动化的情况 山东大学工程硕士论文 配电网自动化在世界上发达的国家开始较早，发展的也较快，其发展大致 可分为三个阶段。 第一阶段大约在7 0 年代，该阶段主要的目标是在重要的线段实现故障自动 隔离，进行自动抄表，并结合配电网改造的过程，开展配电网自动化的试点工作， 第二阶段大约在8 0 年代初期，配电自动化大量投入，营业自动化，负荷控制开 始发展。由于当时计算机技术条件的限制，还无法形成完整的计算机网络控制系 统，大部分为单项目自动控制系统。第三阶段约在8 0 年代后期，由于微机和各 种通信技术的发展，分布式实时网络的出现，从而可以将配电网中单项自动化功 能的装置通过微机网络连接起来，使配电网综合自动化成为可能。 国外几个发达国家的配电网自动化发展的概况如下： 德国v e w 电网覆盖面积达1 3 2 0 0 k m 2 ，v e w 电网包括发电、输电和配电三 大系统，人口4 8 0 万，总容量4 6 0 0 m w ，自动化系统结构按功能分为；调度中心 监控遥测、地区电网管理中心监控管理，分离现场操作。实现了遥测、遥控功能， 以技术代替了体力劳动，达到高标准的供电质量，并从系统中获得了效益【5 1 。 意大利8 0 年代就开发了适用于全国标准化的配电控制系统( s t u ) ，负责 高中压一次交电站的遥控操作。1 9 9 1 年提出开发新的控制系统( s t m ) 以代替 原有的控制系统( s t u ) ，目的是使中低压二次变电站和中、低压用户的仪表设 备实现全面自动化。已于1 9 9 3 年投入运行的e n e l 配电自动化系统，其最重要 的特点是为配电网的遥控以及用户服务自动化和控制提供了总的解决办法1 6 1 。 法国电力公司( e d f ) 把供电质量指标作为衡量配电网自动化水平的标准 之一。e d f 公司在1 9 9 5 年提出对低压用户一年内停电次数及时间不超过以下指 标：6 次长时间停电( i m i n 以上) ，3 0 次断时间停电( 1 5 3 0 s ) ，7 0 次极短时间 停电( 3 - l o s ) ，累计停电时间不超过3 h 。该公司已实现s c a d a 系统、电压控制、 故障定位、自动恢复供电、负荷管理、动态计算、表计控制质量监视等全面控制 功能弘1 。 美国纽约曼哈顿地区，1 9 9 2 年供电可靠性高达9 9 9 9 8 3 。美国的c o ne d i s o n 电力公司，正是在用户对供电质量的需求越来越高的前提下，将a l s t o me s c a 的s c a d a 系统与其8 0 年代初开发的地理信息系统( g s ) 、客户信息系统( c i s ) 、 抄表系统b i l l i n g 进行集成。自动制图，设备管理，地理信赢系统( a m ，f m ，g i s ) 所提 山东大学工程碗士论文 _ _ _ _ _ _ i i ii i1 11i ll _ 供的图形能准确地描述真实的配电网络，提供标准化图形符号和注释，增强可读 性，用户对图形和数据库信息易于访问，文件易于进行电子传送。当图形或数据 需要修改时，若在一处修改，则另一处的修改自动完成，为工作人员提供了一个 友好的工作环境【3 l 。 亚洲方面以日本为代表，其配电自动化的发展也很快，且自动化程度很高， 据有关方面统计，在1 9 9 2 年，日本已有8 3 5 配电系统实现自动化，其配电网 的设备比较先进，网络结构合理，运行灵活，电压稳定，网损小，供电可靠性高， 获得了很好的经济效益。日本九州电力公司，1 9 7 0 年完成了对所有变电站( 约5 0 0 座) 的遥测与遥信之后，逐步实现对柱上开关的遥控，到1 9 9 4 年实现了对所有柱 上开关( 约1 0 万台) 的遥控，预计到2 0 0 5 年在所有8 5 个营业所完成自动控制。 在九州电力公司，g i s 只为配电网络图提供地理背景，g i s 与s c a d a 之间没有 任何关联，g i s 的作用没有得到充分发挥。由于配电网络采用“三分段四连接”方 式，故障的诊断、隔离和恢复主要是由变电所出线开关多次试投再辅以计算机控 制来实现。据九卅i 电力公司统计，依靠这样的配电自动化系统，可以使非故障区 段从停电经过故障隔离、网络重构至恢复供电，所需时间减少1 5 0m i n ，是一套 比较经济实用的控制系统7 1 。 1 4 配电自动化系统的构成 配电自动化系统一般由主站、通信网络、配电自动化二级主站( 子站) 、配电 自动化远方终端d a r t u ( 线路f t u 、配电监测仪t t u ) 等几个层次的内容组 成，如下图所示。 山东丈学工程颂士论文 - _ _ - - _ _ _ _ _ - - 一i f i ii ih _ 供的图形能准确地描述真实的配电网络，提供标准化图形符号和注释，增强可读 性，用户对图形和数据库信息易于访问，文件易于进行电子传送；当图形或数据 需要修改时。若在一处修改，则另一处的修改自动完成，为工作人员提供了一个 友好的工作环境【3 l 。 亚洲方面以日本为代表，其配电自动化的发展也很快，且自动化程度很高， 据有关方面统计在1 9 9 2 年日本已有8 3 ，5 配电系统实现自动化，其配电网 的设备比较先进，网络结构合理，运行灵活，电压稳定，网损小，供电可靠性高， 获得了很好的经济效益。日本九州电力公司，1 9 7 0 年完成了对所有变电站f 约5 0 0 座) 的遥测与遥信之后，逐步实现对枉上开关的遥控，到1 9 9 4 年实现了对所有柱 上开关( 约1 0 万台) 的遥控，预计到2 0 0 5 年在所有8 5 个营业所完成自动控制。 在九州电力公司，g i s 只为配电网络图提供地理背景，g i s 与s c a d a 之问没有 任何关联，g i s 的作用没有得到充分发挥。由于配电网络采用“三分段四连接”方 式，故障的诊断、隔离和恢复主要是由变电所出线开笑多次试投再辅以计算机控 制来实现。据九州电力公司统计，依靠这样的配电自动化系统，可雌使非故障区 段从停电经过故障隔离、网络重构至恢复供电，所需时间减少1 5 0r a i n ，是一套 比较经济实用的控制系统口1 。 1 4 配电自动化系统的构成 配电自动化系统一般由主站，通信网络、配电自动化二级主站( 子站) 、配电 自动化远方终端d a r t u ( 线路f t u 、配电监测仪t t u ) 等几个层次的内容组 成，如下图所示。 成，如下图所示。 4 山东大学t 程硕士论文 i i _ 主站是配电自动化系统的控制与管理中心，它一般采用客户服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 结构，以s c a d a 系统和g i s 系统作为基本平台，配合各种应用 软件完成d a d m s ( d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n d i s t r i b u t i o nm a n a g es y s t e m ) 的功能。 配电自动化二级主站是配电自动化系统的中间层，主要用于完成小区内配 电网馈线自动化功能，并作为通信节点，向主站转发小区内r t u f t u 或其它智 能装置的数据。 配电自动化远方终端单元d a r t u 分为安装在变电站或开闭所的站内r t u 及安装在线路上的f t u 两种设备。d a - r t u 与配电自动化主站或二级主站通信， 提供配电系统运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、 调节命令。 配电自动化系统的监控对象具有点多、分散的特点，通信系统一般采用主 干通道信与分支通信网相结合的结构，分为用户、线路f t u 、变电站或二级主 站、控制中心等几个层次。用户( 如配变监测、自动读表) 终端数据由线路f t u 、 二级主站转发，可选用有线、配电线载波、无线电、电话线等通信方式。线路 f t u 数据由变电站或二级主站转发，可选用光纤、无线电、有线等通信方式。 变电站或二级主站可采用光纤、无线扩频、数字微波、载波或有线等方式，直接 与控制中心通信【1 7 j 【l s 】【2 5 】。 1 。5 本文工作 本文结合东营城区配电网改造及配电自动化的实施对配电自动化所涉及到 的一次网架改造、通讯系统建设、及主站和分站系统设计给出详细说明。提出了 基于配网自动化实现小电流接地故障选线及定位的技术方案。 论文在深入研究分析国内外配网自动化技术发展背景的基础上，首先分析了 配网一次系统的网架结构对实施配网自动化的影响，给出了东营城区配电网一次 系统的规划、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。着重研究了一种结合配网自动化系统，基于注入法 原理实现小电流单相接地故障选线及定位的技术方案。 i i ii i i i 山东大学工i 程硕i i i 士1 1 论 文1 i ii ii i i i i in1l 1 一 2 东营市城区配网现状 2 1 东城区l o k v 配电网概况 东城现有配电线路2 2 条，自ii o k v 沙营变电站1 0 k v 出线的有市府线、工业线、文 化线、辽河线、运河线；自2 2 0 k v 东城变电站l o k v 出线的有登州一、二线、沂河线、 胶州线、水厂一线、青州线、淮河线、东开双回线：自1 l o k v 兖海变电站l o k v 出线的 有工商线、市政线、商贸线、开发区线、沂州线、八分厂线、莱州线：3 5 k v 南郊变 电站出线的公用线路有i o k v 直配线等。具备了实现配网自动化的网架，实施配电自 动化条件已经成熟。东城区现有高压用户3 1 6 户，其中专用用户3 1 0 户，配变3 l l 台，容 量1 3 8 3 8 5 k v a ；公用用户6 户，容量4 4 3 6 5 k v a 。 2 2 配电网络实施方案 良好的一次网架结构是实施配电自动化的前提条件，东营电业局配网自动 化系统采用集中控制方式来实施，所有现场故障的检测、故障隔离及非故障段 恢复供电都由主站系统来完成。现在的一次开关设备主要采用负荷开关的方式， 对部分重要的支线采用断路器。在一次改造的过程中遵循了以下的几个基本原 则： 实现环网供电、开环运行； 线路供电半径小于3 公里； 导线截面选择满足2 0 年负荷发展需要； 线路容载比满足负荷转移的要求； 线路容载比满足负荷转移的要求； 1 、 根据线路之间的联络方式，考虑到负荷的自然增长和可能新出现 的点负荷，线路之间的联络关系刚形成时，每条线路的最大 供电电流应低于网络结构所允许的最大值。 2 、单电源放射形供电的线路，每条线路的最大供电电流不大于其安 全载流量的7 0 。 6 山东大学工程硕士论文 3 、 两条线路之间拉手和电缆环网结构，每条线路的最大供电电流不 大于其安全载流量的4 0 。 4 、 三条线路构成“星”型结构每条线路的最大供电电流不大于其安 全载流量的6 0 。 5 、 四条线路构成简单的格式结构，每条线路的最大供电电流不大于 其安全载流量的7 0 。 6 、 开闭所：每条进线电缆能在任何运行方式下能供开闭所的全部负 荷。 7 、 形成联络关系的线路，至少应该有两条线路来自不同的变电站， 或同变电站的不同母线。 线路装接总容量不超过1 3 0 0 0 k v a 中，这个数值根据变电站出线开关容 量的不同而不同： 每段装接容量不超过2 5 0 0 k v a ： 所有开关设备采用具备免维护的真空或s f 6 负荷开关，采用电型开关与 主站配合来完成故障处理的方式； 实施无功就地补偿。实旎此功能是降低网损，提高线路供电能力，及提 高电能质量的有效措施。 根据以上基本原则，我们对城区的线路进行了改造，规划图如下所示。 配电自动化一期工程中一次网络部分包括：3 个变电站的配电线路1 1 条。自 1 l o k v 沙营变电站l o k v 出线的有市府线、工业线、辽河线、运河线；自2 2 0 k v 东 城变电站l o k v 出线的有沂河线、胶州线；自l l o k v 兖海变出线的有工商线、市政 线、商贸线、开发区线、沂州线等。 由于先期已经对部分线路实施了电缆化改造，配电格局也以开闭所和环网 柜为主，对所有的负荷点都可以有两处以上的供电电源给其供电，完全实现了 n - 1 冗余，在东城区基本实现了网格状供电的全新网架结构，这种网架结构由现 场设备通过相互之间的配合已经不可能完成对故障的自动隔离，只有使用具备 拓扑功能的主站系统才能对如此复杂的现场进行分析和综合处理，为了配合主 站系统的故障自动处理的实现，现场的开关设备全部采用电流型的负荷开关， 而没有采用电压型开关。 2 2 1 架空线路 馈线采用两个负荷开关三分段一个联络开关的方式连接，使两个电源点成为 手拉手环网供电方式，一般采用两两联络，特殊重要用户( 市府、电视台、医院) 采用三联络或四联络，但只为两路自动，一路可以遥控分合闸。从而既保证每一 馈线的每个分段都能从不同变电站取得电源，又使网架和运行方式简单安全。 每条馈线的分段数量一般控制在三个分段，平均1 5 - 1 8 k m 段，对于负荷 密集地区，按负荷分段，每段带负荷 系统采用分层结构，易于扩展； 系统关键硬件设备采用双倍冗余结构，重要节点和模块采用主备热备用冗余 配置，可自动( 故障时) 和手动切换，从物理上保证其高可靠性； 良好的开放性：并提供二次开发接口； 主站采用u n i x 、w i n d o w s 2 0 0 0 系列操作系统，既保证了极高的可靠性、安全 性、实时性又确保了系统的易用性； 计算机系统网络连接使用t c p i p 协议，通讯可靠，开放性好，与外系统接 口方便，扩展性好； 实现s c a d a d a 和g i s 系统的一体化应用设计； 指标统计、分析功能： 实时分析网络运行情况，确定各部件的供电属性，动态跟踪网络状态的改变； 动态网络拓扑着色，运行状态一目了然； 快速准确的故障判断、定位、隔离和恢复供电，大大提高供电可靠性： 完善的模块化和平台化，能方便地实现系统功能扩展和系统升级： 采用商用数据库系统o r a c l e ( 可提供标准的o d b c 接口) 和专用实时数 据库结合，既保证了实时性又保证了开放性： 先进的前置接收系统，采用终端服务器方式接收f t u 、删、r t u 信息，终 端服务器直接挂在网上，通过网络与后台机相互交换信息，完全实现双机双 通道切换： 稳定和易用性考虑：系统处理核心采用专用软总线及专用的实时数据库，为 运行的稳定性提供了可靠保障，丰富的系统功能确保了系统使用的易用性； 系统采用基于i n t e m e t 技术的w e b 服务器向m i s 网等其它系统发布信息，用 户可访闯实时信息和历史数据； 能够与大屏幕投影或模拟屏进行连接； 具有远程诊断服务功能，可在远地对用户系统进行维护，修改程序等； 在国内率先实现了对现场终端蓄电池的巡检功能。 在国内率先实现了在配网自动化系统中加入单相接地故障自动选线及定位 功能。 3 1 设计原则 ( 1 ) 系统功能设计符合东营供电公司生产实际需要： ( 2 ) 使用先进、开放、稳定的操作系统： ( 3 ) g i s 平台的选用遵循开放、实用、先进等原则； ( 4 ) 通信系统的选用要满足可靠、实用的标准； ( 5 ) 系统结构采用分层分布控制方式； ( 6 ) 采用高可靠性的硬件设备和网络结构： 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。 ( 7 ) 充分考虑配电自动化系统与调度自动化系统间协调关系 ( 8 ) 充分考虑s c a d a 与g i s 的体化设计： ( 9 ) 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： ( 1 0 ) 高效的实时数据处理： ( 11 ) 良好的系统伸缩性、可扩充性和灵活性： a 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 山东大学工程硕士论文 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”。 ( 1 2 ) 具有友好的人机界面和功能强大的电子报表软件，确保系统的使用、 维护的简单与方便。 3 2 配网自动化系统整体结构 系统结构设计遵循统一规划分步实施的建设原则，并考虑到城区配电网持续发 展的要求，它需要分期分批完善，因此要求配网自动化系统结构具有良好的可扩充 性，把每期的配电子系统以“积木”的方式“填加”到整个配电自动化系统中。 配网自动化系统分为三个层次：配网控制中心层( 配电主站) 、站控终端层 ( 配电子站) 和配电自动化终端层( 即：监控终端、监测终端、其他终端) 。其 基本结构如图： 1 3 一1 h l l i i 。i m l i i i i i i - - - - _ - ：銮0 蔷量；喾叠譬番警盏- - _ - _ - _ _ - _ - - _ - _ _ _ 幽 i _ - _ _ l _ - - - 配网控制中心层： 它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。 站控终端层： 因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到配电主 站上，这样一来必须增设中问一级，这称为站控终端，它将r t u 和f t u 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。 配电终端设备层： 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、 开闭所、集抄系统等各种现场信息的采集处理及监控功能。 3 3 系统整体功能 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 t u 、t t 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i o 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 i 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。 1 4 山东大学工程硕士论文 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 0 在国内率先实现了对现场终端蓄电池的巡检功能。 1 1 在国内率先实现了在配网自动化系统中加入单相接地故障自动选线及定 位功能。 配电自动化系统功能框图如下图示： 1 5 6 电站综合自动化系统接口 山东大学工程硕士论文 3 4 配电主站系统 3 4 1 主站系统组成 本次主站系统采用u n i x w i n d o w s 混合平台，系统主服务器和数据库服务器 采用u n i x 平台， 利用u n i x 平台为系统提供高效、可靠、稳定及安全的处理核 心，w e b 服务器、g i s 服务器及工作站端采用基于w i n d o w s 的图形工作站，提 供易于操作的人机交互界面。为满足国家经贸委2 0 0 2 年3 0 号令及全国电网二次 系统安全防护总体要求，在主站系统采用物理隔离器+ 硬件防火墙将内网与外网 完全隔离来保证安全性。 具体的配置示意如下图所示。 一一一 配电主站硬件配置结构图 i n t e r a e t 一j 1 7 3 4 2 主站系统硬件 主处理服务器和数据库服务器是系统运行的最核心部分，不允许有任何不稳 定的情况，各由二台互为热备运行的大容量计算机组成，按主、备方式运行。并 配置磁盘阵列，其主要功能是配置、管理、协调配网描述数据、实时数据和历史 数据的存储，为工作站和配网分析软件提供数据支持。 磁盘阵列为配网描述数据和历史数据提供高可靠性数据存储、共享和管理功 能。具有增加存取速度、更有效的利用磁盘空间和自动提供数据的冗余备份的特 点，而且存储共享不再占用数据库服务器系统资源，大大提升了数据库服务器性 能。 u n i x 服务器采用大型企业级服务器，其中主处理服务器两台，数据库服务 器两台，在数据库服务器上配备磁盘阵列一台。 发布与互联( w 曲) 、g i s 服务器采用高档p c 服务器，其中w e b 服务器负 责信息发布和与其他系统互连。g i s 服务器负责存储地理信息相关数据，并为 g i s 客户端提供数据查询、访问支持。用于g i s 背景上的建模和相关信息维护和 提供g i s 信息服务。 主站系统设置2 台前置通讯处理工作站，选用高档p c 图形工作站。 系统在中心站配置2 台配电调度工作站和其它工作站，其中配电调度工作站 采用一机双屏。 3 。4 3 主站系统软件 主站系统软件主要包括： 系统平台软件 操作系统平台软件 数据库平台软件 g i s 平台软件 配电自动化主站平台软件 应用功能软件 通讯管理软件 s c a d a 功能软件 a m f m 及g i s 平台应用软件 d a 功能软件 配电工作管理软件 指标管理功能软件 小区低压抄表系统数据的接收、处理及传送 与其它系统的接口功能软件 远程维护软件 3 5 馈线自动化( d a ) 配电网故障处理自动化系统的故障检测、定位、隔离与恢复控制分为三个层次， 一是以配电终端为基础的故障检测，二是以配电子站为辐射中心的低层区域控制， 三是以主站为管理中心的高层全局控制。站端、子站、主站在馈线自动化的实现上， 分另u 承担不同的任务。 配电终端负责故障的检测，执行配电子站故障处理命令，实现故障隔离功能，并 上报故障处理信息及接受主站的控制策略。配电子站负责处理所辖区域馈线终端 ( f t u ) 的故障上报，查询故障信息、分析故障位置及实现故障的当地隔离，当故障 区域超出所辖区域或隔离不成功，配电子站上报故障给主站，由主站协调各个子站 进一步处理故障的隔离，隔离完毕之后，主站根据故障信息，提供非故障区域的供 电策略，实现恢复供电。 系统的故障诊断、隔离与恢复提供实时运行和模拟研究功能。在实时模式下， 系统根据电网运行的拓扑状态自动完成开关设备的操作，达到故障的诊断与隔离， 并提出可实施的恢复方案；在研究模式下，可人为设置假想故障，系统自动演示故 障的处理过程，包括配电子站的故障定位、隔离过程及主站的高层隔离、恢复策略 的预演等。故障诊断、隔离与恢复的功能适于各种配网网架结构，用户扩充或修改 网络结构后，其功能不受影响。 j 9 3 5 1 配电终端f t u 的故障处理 柱上f t u 采用d s p 技术来满足高速故障检测要求，实时分析采样电流和电压， 判断故障性质( 瞬时性故障和永久性故障) 、故障类型及故障数据的录波、故障信 息的上报等，并执行子站的故障处理控制命令。柱上f t u 在馈线自动化故障处理中 充当检测故障及故障处理执行机构的角色。 主站下发柱上f t u 检测故障发生的各种特征量的整定值，如电流、电压、零序 功能等，柱上f t u 根据采样值与这些特征量进行比较，分析出故障发生的性质和类 型，并考虑与变电站出口的速断保护及后备保护配合，根据采样电流，启动不同的 整定时问，以便达到与出口保护的协调。 3 5 2 配电子站故障处理 配电子站不仅负责与变电站内r t u 提供的规约进行通讯，采集站内数据，在允 许对出口开关控制的情况下。负责变电站出线的恢复供电；两且负责处理所辖区域 馈线终端( f t u ) 的故障上报，查询故障信息、分析故障位置及实现故障的区域性 隔离，当故障区域超出单个子站辖区范围或隔离不成功，配电子站上报故障给主站。 当馈线终端检测到瞬时性故障时，不上报故障给子站，子站没有任何操作。当 配电终端检测到永久性故障时，立即上报故障给子站，配电子站根据实时跟踪的拓 扑结构，判断故障发生的位置，命令相应f t u 操作对应的开关，实现故障的隔离。 当馈线终端检测到单相接地故障时，配电子站不实施隔离操作，仅将故障信息 上报给主站。 3 5 3 配电主站的故障处理 主站的故障处理主要有两大功能，一是对f t u 的故障参数管理，二是实现故障 的高层隔离和恢复。 f t u 的各种整定值电流、电压、时间) 及其他运行参数，均通过主站进行参数 的维护。 当l o k l 愤线发生故障后，f t u _ f _ 报故障信息，主站判断子站故障隔离是否成功， 若成功，提示调度员确认。 当故障区域超出一个配电子站所辖区域或子站隔离不成功，子站上报故障给主 站，由主站协调各子站，实施自动或手动故障的隔离。 隔离完毕之后，主站启动故障恢复程序，分析网络的实时遥测、遥信，提供恢 复非故障区域的供电的建议方案。并具有方案模拟预演的功能，如潮流分布、操作 开关、失电线路等。确定采纳方案后，可以通过自动的遥控实现方案的实施。主站 除实现故障控制外，还提供子站的故障诊断、隔离结果信息，包括：故障类型、故 障区域、故障期间电流大小。 对于单相接地故障，系统实现报警，提示调度员单相接地故障的类型，对故障 线路进行闪烁显示。 3 6 高级应用软件 常规的电网分析软件主要由以下几个功能模块组成：状态估计、拓扑分析、潮 流计算、短路计算、故障诊断、故障恢复、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、负荷管理、配网工程辅助规划、网络优化重 构和在线仿真决策分析等功能模块组成。具体内容如下： 3 6 1 网络拓扑 网络拓扑依据实时开关状态和网络元件状态将物理节点模型简化为计算模型， 把有电气联系的线路集合化为岛( i s l a n d ) ，通过实时处理开关信息的变化，自动 划分发电厂、变电站、配电变压器、馈线的计算用节点数，形成新的网络接线，赋 以测量和注入量数据，为有关的应用模块提供新的分析依据。该模块是公用模块， 可被状态估计( s e ) ，潮流计算( p f ) ，电压无功优化，安全分析( s a ) 等其它应 用模块调用。另外，网络拓扑可通过改变现有配电系统中开关或刀闸的开、合状态 实现改变该系统运行方式的目的，以寻求更加合理的运行方式。 启动方式：周期启动或手动启动。 3 6 2 潮流计算 配网潮流计算是电网分析应用软件最基本的功能模块，是电力系统运行分析和 规划设计最常用的工具，不仅为电力系统稳态运行的潮流分布提供依据，也为其它 应用软件( 如静态安全分析s a ，故障电流计算等) 提供“研究方式”。 功能和特点： 1 具有实时刷新数据的功能，刷新时问 = 4 s ； 2 具有保存实时遥测、遥信数据的功能； 4 具有模拟开关操作的功能； 2 l 5 具有取历史、实时数据计算的功能： 6 提供n e w t o n 和d i s t f l o w 两种方式的潮流计算，也可计算环网运行的潮 流分布； 7 具有与站内图形、数据及表格的热点查询功能： 8 具有计算告警信息显示功能( 包括配变信息报警) 。 配网潮流可分为常规潮流计算及最优潮流计算，它们功能及应用有所不同。 3 6 2 1 常规配网潮流 完成实时运行方式或模拟运行方式下的配网潮流计算，可以人工模拟开关操作 改变电网拓扑结构。计算出潮流分布，包括各线路中的功率、电流、结点电压，配 变负荷功率等。计算结果直观输出到配网接线图和g i s 地理接线图中，也可列表统计 查看。根据配网实际运行特点，提供了开环、闭环运行方式时的潮流计算。开环运 行时，采用收敛性好、速度快的开环潮流计算方法。当闭环( 模拟) 运行时，考虑 高压配电、输电网的影响，找出包括高压输配电线路构成闭环的网络