多年来，由于我国电力供需矛盾突出，电力投资的重点一直倾向于输变电系统。当电力供需矛盾稍有缓解时，一直被忽视的配电系统的薄弱性就显现出来了，成为供电系统与不断增长的用户需求之间的“瓶颈”。随着电力部门对供电可靠性、供电经济性要求的不断提高，加之国家为促进经济发展、加大基础建设投资产业政策的出台，配电自动化已被提到议事日程［1］。配电自动化的实现，将使供电更可靠、为用户服务更全面、人员投入更节省、整个系统操作更有效。
馈线自动化是电力系统配电自动化的一个重要环节。长期以来，由于我国10 kV线路以架空线路为主，因此在城网改造的工作中，实现10 kV架空线路的馈线自动化是首要任务。面对量大面广的10 kV配电线路，如何既经济又高效地实现自动化的基本功能，是当前的主要任务。计算机、电力电子技术的日臻完善，使馈电自动化这一集计算机、自动控制、电子技术、通信技术和新型配电设备等技术为一体的自动化技术更容易实现，应用效益更为突出。
本文介绍一种电压型馈线自动化系统方案。该方案是通过以下三个阶段来实现的：杆上配电自动化阶段、遥测遥控自动化阶段和计算机控制配电自动化阶段。这三个阶段也就是从户外一次设备的应用（第一阶段）、信号的采集和传送（第二阶段）到实现计算机管理（第三阶段）。这套方案的实施在日本历经了近30年。我国10 kV电网中性点不接地运行方式与日本的电网相似，因此将此方案应用于我国的架空配电网系统较为适宜。
2 电压型馈线自动化系统
电压型馈线自动化系统方案如图1所示。
2.1 杆上配电自动化阶段
杆上配电自动化设施由同杆架设的杆上真空自动配电开关（PVS）、具有故障诊断功能的远方终端单元（RTU）和电源变压器（SPS）组成。
杆上真空自动配电开关（PVS）采用真空灭弧室灭弧，SF6气体外绝缘，开关内有与真空灭弧室相串联的隔离断口，使开关具有优越的灭弧和耐电压性能［2］。由于灭弧和绝缘介质均为无油介质，避免了火灾或爆炸的隐患。开关的高压部分、低压控制回路和操作机构均密封在开关箱体内，开关主回路引出端子采用绝缘电缆出线保护，带电部分不外露，具有15年免维护的特性。开关结构设计紧凑，带有悬挂式安装金具和电缆引线使杆上安装极为方便。具有手动/自动操作方式，使开关操作更灵活。
控制器可分为两种。一种是故障搜查控制器（FDR），一种是远方终端单元（RTU）。采用故障搜查控制器与杆上开关配合可以实现故障区段的隔离、非故障区段的供电恢复，但与站内的计算机通信需要另配单体RTU。远方终端单元除了具有上述功能外，还具有与站内的计算机通信功能，通过配合适合于当地的地理地貌的通信系统，可以实现配电自动化的遥测、遥控、遥信和遥调。
Fig.1 Configuration of feeder automation system
CB： 断路器； PVS：真空开关； SPS：电源变压器； RTU：远方终端单元；FSI：故障指示器；TCR：遥控接收单元；TCM：遥控主站单元； CPU：中央处理单元；CD：控制台； CRT：显示器； G-CRT：图形显示器； LP/PRN/HC：打印设备
电源变压器从线路两侧采集配电线路上的电压，以作为开关电源和用于故障检测判断的检测信号。
整套设备以电压延时方式，通过对断路器从合闸到分闸延时的计算来找出故障区段。在此基础上，实现采用一次设备，独立完成自动隔离故障段、自动搜寻故障区间的功能。
下面列举这套设备在环网线路运用时，实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复过程。图2为环网运用示意图。图中CB1、CB2分别为两个变电站内的断路器，LS1、LS2、LS3、LS5、LS6分别为线路上的分段开关，LS4为两条线路的环点开关（常开），分段点开关的延时时间为7 s，环网点开关的延时时间为45 s。
假设当故障发生在c段，站内的断路器CB1跳闸，LS1、LS2、LS3因失压而断开。随后CB1一次重合闸，LS1、LS2按预定的延时顺序关合，当合至故障段c时，若当时发生的故障为瞬时故障，因为此时线路已恢复正常，所以所有线路恢复供电。若故障是永久性故障时，LS2顺序关合至短路时再次引起站内CB1跳闸，这时，LS2因感受短路故障、LS3因检测到前端异常低电压而记忆故障锁扣。此后CB1送电，使区段a、b恢复正常。同时由于d段掉电，环网点上的开关LS4在感受到其一端掉电后开始延时，经过一段时间后，LS4合闸，将CB2电源供给d段。按照上述时间设定，因故障引起的正常线路停电时间最长的区段为d段，时间为45 s，系统实现了故障区间的隔离和非故障区间的供电恢复和调配。
图2 环网运用的示意图
Fig.2 Demonstration of ring network application
2.2 遥测、遥控自动化阶段
遥测、遥控自动化阶段的设施由下述装置构成：发出通/断命令的控制台、显示信息的CRT，进行收发信号联系的遥控主控台TCM和与主控台之间进行收发信联系的远方终端单元RTU等。第二阶段作为第一阶段的延伸，能具体实现线路信息的传递和对一次设备的控制、监视。
作为一次设备和配电自动化系统承上启下的中间环节，这一阶段可实现以下功能：
（1） 当发生故障或停电作业时，遥控杆上开关的通或断；进行过负荷时的系统转换。
（2） 监视变电站内变压器和馈线的电压、电流以及站内继电器操作；监视杆上开关、RTU的工作状态。
（3） 通过计算机，在屏幕上显示断路器、开关等设备的状态和系统信息。
（4） 进行操作记录、打印状态变化记录、复印CRT画面内容、记录维护工作数据等。
这一阶段的关键问题是选用合适的通信方式。目前通信方式可分为两种：一种为外围通信，主要是数据及语言的通道；一种是计算机软件通信。外围通信分为有线和无线两大类。有线分光纤通信、音频电缆通信、电力线载波通信；无线通信分微波通信、扩频通信和无线电通信。计算机软件通信主要实现数据库、各种远动装置和各种计算机软件按一定规约进行的数据交换。各种通信方式具有各自的优缺点，不同的通信方式应用于馈线自动化时所带来的效果、经济性和实用程度有较大的差别。在选择合适的通信方式后，第二阶段可以方便地由第一阶段扩展。
2.3 计算机控制配电自动化阶段［3］
计算机控制的配电自动化是第二阶段的延伸，将各子站的信息通过主站的电讯主控单元（TCM），送入主站的计算机系统，进行全面的计算机管理。这一阶段是以计算机为主体的自动化阶段。
在实现计算机控制配电自动化后，可以实现以下功能：
（1） 配电网监视功能 系统采集配电网的信息，进行配电网状态的监测。
（2） 配电网控制功能 系统通过TCM按照操作者指令遥控开关和RTU。
（3） 配电网单线图显示功能 配电网每一条馈线以单线图方式显示。
（4）记录功能 由监视、控制和数据维护处理的配电网状态、操作记录、系统故障等，可以通过记录功能打印出来。
（5）数据维护功能 操作者可以用数据维护功能，更新计算机内的数据库。
（6）模拟功能 可以模拟事故时的设备动作和网络状态，提供培训功能。
（7）配电网的图形显示功能 显示与街区图相应的配电网网络图。
（8）变电站监测功能 对变电站内设备的状态和测量数据进行远方监测。
（9）配电网调配功能 计算调配配电网的操作过程，即通过使用数据如故障区的位置和配电网的电气状态，提供无故障区的电源来恢复掉电区域的供电。
这一阶段与第二阶段的区别在于，第二阶段仅实现变电站内的管理，而第三阶段则实现了计算机全面控制馈线自动化的管理，使管理系统更上一个层次。此外，还可以通过完成主站与主站之间的相互后备的连接，来实现更大范围的配电系统管理调配自动化。
3 电压型系统的特点
目前，国内在配网自动化系统的应用上大致分为两大类型：一类是电压型系统，一类是电流型系统。两个系统各有优缺点。这里着重分析电压型系统应用于配电网的基本出发点。
（1）从10 kV配电网运行方式上来看，因为我国10 kV系统目前多为中性点不接地系统，与日本的网架结构较为相似，较适合采用电压式设备；加之这种模式在日本已有近30年的运行经验。因此，将其应用于10 kV架空线的配电自动化系统较为合适；
（2） 从电力系统运行可靠性方面来看，电压型系统的优点较为突出。因为在自动化发展到第二、三阶段，故障的隔离、定位仍是由一次设备独立完成，而通信系统则主要用来完成潮流计算后的负荷调配以及日常的调配、维护、操作功能，这就提高了整个系统处理事故的可靠性。从杆上设备的故障判断方式来看，电压型设备仅需根据配电线路的电源有无来进行判断，而电流型设备用RTU则要求开关CT配合来判断故障电流的位置和方向，RTU自身的故障判据需要根据分段区间的负荷变化来整定，这对负荷经常变化的配电网来说，是相当麻烦的；
（3） 从杆上设备的维护性来看，电压型设备工作电源取自线路，不需要额外提供；而电流型设备RTU虽然也可用电源变压器作为正常时的供电电源，但在线路故障时，必须依靠蓄电池供电，才能保证通信的正常进行。蓄电池需要定期维护检查，这使得系统一次设备的免维护性大大降低；
（4） 从线路的恢复供电方式来看，电压型系统虽然由于采用逐级投入的方式，使开关动作次数增多，在缩短停电时间上不如电流型设备，但在实际应用时，因断路器重合，分段开关逐级的投入，可以有效地避免线路因涌流而引起断路器的误动作。
4 系统通信方式的选择
对馈线自动化系统而言，通信信道的选择是一个关键问题。应用于电力网时，虽然配电线载波、双绞线通信方式、无线电方式和光缆方式均可实现通信，但采用不同方式所带来的效果、经济性和实用性是不同的。
（1）采用配电线载波方式通信，优点是无需架线并且系统变化时方便易行，但由于电气设备的投切都会对配电线上传输的信号产生干扰，导致网络的传输和衰减特性发生显著的波动，信号干扰严重；此外，配电网分支多，在分段点易发生信号衰减或信号盲点，传输可靠性低；传输速度慢，各种耦合设备造价不菲，因此电力线载波用于馈线自动化系统不是一种理想的通信方式。尽管目前已有文献提出PLC技术有重大突破（DPL技术）［4］，但尚未进入实质性（上接第33页 continued from page 33）
的使用阶段；
（2）采用双绞线通信方式。这种通信方式需要另外铺设通信线，但它的传输可靠性较高，传输速度适中，在需要扩展时不受其他因素的限制，在综合考虑经济性、可靠性和实用性后，可以作为一种可行的馈线自动化通信方式；
（3）采用无线通信方式，无需架线，应用较方便。但这种方式存在以下问题：首先要遵守电波法的规定，需要申请频率；其次，城市电讯发展使电波干扰和电磁噪声很大，这样造成的误码率较高，可靠性下降；RTU用电台的发射功率大，造价较高。相比之下，这种方式较适用于区域小、空中干扰小的中小城市地区；
（4）光纤通信方式不失为一种好的通信方式，但光缆敷设的工程量、光端机等设备的费用昂贵，如果仅用于配电网信息传输的场合，那么整个系统造价太高，性能价格比太低，不经济。
各地的电力部门可以根据当地配网自动化规划的要求，因地制宜，选择适合于当地地理地貌的通信方式，在综合考虑经济性、可靠性和实用性后再选择通信方式。
5 结论
（1） 电压型馈线自动化系统可分杆上配电自动化、遥测遥控自动化和计算机辅助配电自动化三个阶段逐步实现。
（2） 这套方案较适合于国内10 kV配电网中性点不接地系统，一次设备具有免维护性，操作整定简便，并且采用一次设备隔离故障、二次设备主要用于完成监控调配和计算机管理工作，保证了较高的系统可靠性。
（3） 通信方式的选择是该方案实现的关键。根据国内不同地区的实际情况，可以选择不同的通信方式用于馈线自动化。双绞线通信方式从可靠性、经济性、实用性等方面看均不失为一种较好的通信方式。
参考文献
1 高严.抓住机遇，落实任务，加快城网建设和改造步伐.供用电,1998（8）
2 Ohshima I,Fujisawa A et al. Switching performance of vacuum switch and insulation coordination in overhead power distribution system. Int. Symposium on Adoption of New Techniques for Power Distribution Systems. Dec 1987
3 Kato S,Naito T et al.Computer-based distribution automation. IEEE 1985 Power Industry Computer Application Conference
4 宋永华，肖颖 et al.电力线载波技术重大突破.电网技术，1999，23（2）
