配电系统自动化规划及应用原则

　　该方案有新的思路，对不对称故障均可实现反向来电闭锁。缺点是当发生三相短路时，故障点以远侧的分段开关可能检测不到短脉冲信号，因而无法实现反向来电闭锁。
　　（2）分段开关、联络开关带后加速保护
　　在图1的基础上，做了以下改进：分段开关和联络开关全部采用断路器，在分段开关和联络开关上配置带重合闸后加速的保护装置，该装置仅在重合闸启动后投入。后加速保护动作延时t2小于变电站馈线断路器的限时速动保护的动作延时t1。由于后加速保护仅在重合闸动作后与变电站馈线保护配合，一般易于整定。
　　图3表示在区段2发生故障时的动作过程（说明略）。当分段开关FD1、FD2重合到永久故障时，则加速跳闸并闭锁重合闸，故障被隔离。
　　以上两个改进方案的主要不同点在于：方案（1）的分段开关可采用负荷开关，而方案（2）的分段开关则必须采用断路器。

　　2．5 具有远方遥控功能的馈线自动化
　　远方遥控的方案有三种：
　　（1）在确定故障区段的基础上，对图1远离故障区段中的联络开关LD、分段开关FD3进行遥控操作。以加快恢复非故障区段的供电。
　　（2）在二级主站，进行故障的定位、隔离和恢复供电。
　　（3）在一级主站，进行故障的定位、隔离和恢复供电。
　　第一种适用于馈线自动化发展的初期，在建设信道的基础上增加下行的遥控功能，由调度中心人工发出操作指令。第二种适用于网络结构简单、规模较小的配电网，它只是简单的网络结构的重组，实现负荷转移。第三种适用于多分段多联络的复杂配网的馈线自动化，它具备更强也更合理的网络优化和网络结构重组的功能。这实际上已超出了单条馈线自动化（FA）的范畴，而构成配网自动化（DA）。
　　由一级或二级主站实现的远方遥控型馈线自动化是基于“面保护”的原理。即各个分段开关不配置单独的继电保护装置，而是利用信道将各个分段开关的故障电流信息上报到主站，主站据此来综合判断故障区段。图4表示区段3发生多相故障时的实例：当一个区段的两侧分段开关，都流过故障电流（如1、2区段），或都没有故障电流流过（如4区段），则判断为非故障区段。当一个区段的一侧分段开关（靠近电源侧）流过故障电流，而另一侧分段开关（远电源侧开关）没有故障电流流过时，则判断为故障区段，如图4中的3区段。显然，由于故障区段的确定需要数s或更多时间，故障电流的切除必须仍由变电站馈线断路器来完成。故障区段确定后，主站发出指令，将FD2、FD3分段开关跳闸，并按一定的程序将变电站馈线断路器和联络开关LD合闸，恢复对非故障区段的供电。

　　显然，带有地理背景的配电网接线图，以及从用电营业管理系统获取有关用户历史信息，是处理故障投诉电话的基础。该系统的采用，不仅可弥补配电网实时信息量的不足，还可建立电力部门和用户间的良好关系，及时回答用户最关心的停电原因、恢复送电时间等热点问题，进一步改善对用户的服务质量。
4 调度SCADA系统
　　调度SCADA系统除了采集变电站内属于配网的实时信息外，还应通过馈线远方终端（FTU）采集10kV柱上开关、环网开关柜等设备的实时信息，开发必要的应用软件，建设通信通道。调度SCA－DA不仅应具有一般常规的功能，还应根据实现配电系统自动化的要求、配电网的特点，实现以下一些新的功能：
　　（1）人机界面友好，操作方便，采用全图形显示和多窗口技术。
　　（2）线路的动态着色和局部追踪功能。
　　（3）设备故障诊断、隔离和恢复。
　　（4）设备定位。
　　5 配电网分析应用软件
　　配电网分析应用软件主要包括：（1）网络建模，（2）网络拓扑，（3）状态估计，（4）负荷建模和校准，（5）配电网潮流，（6）故障定位、隔离和恢复，（7）网络结构重构和优化。
　　对三相不平衡度大于5％的配电网，希望开发适应三相不平衡配电系统的配电网潮流软件。
　　网络结构重构和优化的约束条件为：（1）对用户停电范围最小；（2）设备及线路不过载；（3）电压质量合格；（4）开关操作次数较少；（5）网络损耗较小；（6）各馈线之间负荷尽可能均匀分配。
　　国内对配电网应用软件已经进行了许多的研究工作。但适用于配电网的网络结构重构和优化的软件，还须要继续积累运行经验并不断加以改进。
6  配电网地理信息系统
　　城市配电网地理信息系统是在城市地理图的背景上，对城市配电网的结构用地理图形加以描述。最终形成一个具有配电网网络特征、用户特征和地理特征的地理信息系统。该系统是建设配电系统自动化的一项关键技术。要在这个系统平台上，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网图形和地理图形有效地集成起来，主要应用于下列方面（见图6）。

　　（1）为调度SCADA提供地理背景画面，为调度员提供一个有效的、符合实际的、直观的具有地理信息的网络模型。
　　（2）作为处理故障投诉电话的基础。
　　（3）向用电营业管理系统提供多种形式的信息，对用户进行申请报装接电、负荷管理等业务营运工作。查询有关用户地理位置，自动生成几种供电方案，有效地减少现场查勘工作量，加快新用户用电报装的速度，直至实现电话报装。
　　（4）向配电工作管理系统提供地理背景，作为配电网设备运行、检修、设计和施工管理的基础。
　　（5）为城市电网规划提供地理背景，确定合理可行的线路（电缆）路径和变电站、开闭所的所址。
7 配电工作管理
　　配电工作管理是在GIS提供的地理背景图形界面上，对配电网络的日常工作进行全面的运行管理。包括：配电网的运行工作管理，设备检修管理，档案和统计管理，统计报表，配电工程设计、竣工图和竣工报告的管理。
　　根据国外成功的实践，对配电系统自动化的数据进行有效率的维护，是十分关键的管理工作。即配电网改造工程的施工图纸，必须在同一个地理信息系统上完成，保证施工图符合当前实际。当施工完成后，必须及时将符合实际的竣工图返回到地理信息系统，使该系统始终保持和现场情况的一致。
8 开发应用的主要原则
　　配电系统自动化是配电网、变电所、用户的自动化综合体系，具有监视、控制和保护、设计施工和维护、管理和服务等基本功能，涉及的管理面广，专业部门多，数据量大，资金投入高，周期长，在开发和应用中，应遵循以下几个主要原则。
　　8．1 加强领导，统一规划，分步实施
　　配电系统自动化的开发和应用，是从传统的手工管理方式向现代化管理方式的转变，能否完成这次转变，取决于多方面的因素：
　　（1）配电系统自动化是个投入较高的产业，因此一个地区配电系统自动化技术的应用，首先取决于该地区的经济发展水平，对供电可靠性要求的程度，必须注意投入产出的效益。
　　（2）配电系统自动化涉及到多个专业部门的协调行动，各级领导对该项技术应用的认识程度是关键。只有领导层的协调行动才能解决诸如资金、管理、体制、人才等许多必须解决的问题。
　　（3）在规划好建设好城市配电网的基础上，进行配电系统自动化的规划和建设。做好统一规划，分步实施，包括功能的逐步完善和应用范围的逐步扩展。
　　（4）人才储备是根本。
　　（5）加强基础数据的收集和整理，使之适应现代化管理的需要。例如电子地图的建立就必须尽早筹划和准备。
　　8．2 规划和建设好城市配电网
　　城市配电网要按以下原则建设，这也是实施配电自动化的基本条件：
　　（1）保证在110 kV电网发生事故情况下，110kV的变电容量、10 kV主干线有足够的转移负荷的能力。
　　1）有两个及以上可靠的独立电源（220 kV变电站－110 kV变电站）向中压配电网供电。中压配电网形成环网接线、开环运行的供电方式。
　　2）相互联络的馈电线路应有足够的备用容量，来承担故障线路所转移的负荷电流。因此，主干线应采用大截面导线，正常运行方式下的负荷电流，应为按发热允许输送电流的2／3到1／2。
　　国外发达国家的中压配电网已发展成所有馈线都具有转移负荷的能力，国内许多大城市的配电网也正在向这个方面努力。
　　（2）将10 kV馈线适当合理的分段。馈线分段并不是越多越好，过多的分段将使供电成本急剧增加，而供电可靠性并不成比例地提高。一般应按负荷密度的高低，经过技术经济比较，来决定段数。
　　浙江省城市电网规定：每条10 kV线路正常负荷电流控制在200 A，最大负荷电流为300 A。一般以3～4段为宜。每条10 kV线路装接变压器总容量宜≤1万kVA，每分段装接变压器总容量宜控制在2500～3000 kVA以内。
　　（3）实施馈线自动化的效益。若将变电站所有馈线按照环网方式实现“环网接线、开环运行”供电，其供电可靠率可以达到99．96％～99．98％。而实施馈线自动化可以再提高供电可靠率约0．02个百分点。对供电可靠率处于较低水平的配电网，实施馈线自动化虽然也能使可靠率提高，但无疑是舍本逐末的方法。
　　8．3 经济效益的原则
　　影响配电系统自动化经济效益的因素很多，如线路分段的段数、分段开关的选型（负荷开关或断路器）、调度主站的选型、通信通道方式的选择、实时信息量的采集、对业主方的投资保护等等，都应在做好技术经济比较的基础上，因地制宜地做出决策。
　　关于实时信息量的采集规模，是一项重要指标，直接影响主站的规模和对软件功能的设计，对投资影响的敏感度最高。国外每个国家的做法不同，这与每个国家的国情国力有关：
　　（1）美国纽约配电网，至1997年约对1／3配电变压器和1／2～2／3的开关实行遥控。日本东京电力公司则是在电压型馈线自动化的基础上，开始向远方遥控和集中控制的方向发展。西班牙IBER－DROLA电力公司曾就配电网实时量的采集与控制专门请咨询公司咨询，结论是实时数据的采集量和控制量约占全部对象总量的8％较合适，在实际工程实施中可能还不到8％，有的国家认为可以到10％。采用多大的比例适合我们的国情应进行专题论证。
　　（2）配电变压器实时信息量的采集。首先，要规划和建设好低压配电网的供电方案，确定合理的供电半径和配电变压器容量，保证小区变压器在经济状态下运行和用户的电压质量，形成比较规范的供电模式。为此，有必要对不同类型的用户进行典型的配电变压器的实时状态的监测，为低压网的规划提供足够的基础资料。但从长远看，当低压网的规划和建设到位后，并不需要也没有可能对所有配电变压器进行实时监测。
　　（3）其他可替代的方案。
　　通过建立各种类型的配电变压器的负荷模型，把变电所馈线实测的负荷电流分配到相连接的配电变压器上或对各分段负荷电流按比例分配。使网络负荷点的负荷或分段负荷与所在变电所馈线端口记录的实测负荷相匹配。
　　关于对业主方投资的保护，具有下列含意：（1）与业主方已经开发的计算机应用子系统做好接口，避免资源的浪费。（2）提供不同子系统、不同制造商产品之间数据格式转换的技术手段，避免大量原始数据的重复输入。（3）注意不同制造商产品之间的连接。
　　8．4 关于系统选型
　　在分析功能需求的基础上，做好系统总体设计，提出详细的技术指标。本文重点对集成性、开放性加以阐明。
　　目前国内外制造商还是基于两个主要平台：调度SCADA平台和地理信息系统（GIS）平台。平台的集成要求有一个统一的数据环境，对配电网和用户的数据的维护、修改和更新是唯一的，以适应配电网及用户的数据变化的频度很高的特点，并能保证：（1）调度操作的安全，（2）现场检修施工作业的安全，（3）用户业扩报装的准确和及时，（4）配电管理工作效率的提高。
　　就当前技术发展水平和产品情况看，系统有以下几种类型：
　　（1）由于历史发展的原因，先有调度SCADA，后有GIS，这两个系统平台完全独立，各不相关。
　　（2）在GIS平台上实施SCADA功能。制造商必须明确该系统可适用的电网规模和范围。
　　（3）在两个平台上实现数据集成，有三个阶段：
　　1）单方向性地将SCADA的实时数据传送到GIS平台，但在SCADA上无法看到GIS的数据和图形，调度台上要有SCADA和GIS两个工作站。
　　2）图形交换，在同一个工作站既可以看SCA－DA的内容也可以看到GIS的内容。
　　3）同一数据环境，此时不仅在同一个工作站既可以看SCADA的内容也可以看到GIS的内容，而且统一的数据环境下对配电网设备数据进行维护，保证了数据的一致性和唯一性。
　　（4）将SCADA数据和GIS数据“揉合”在同一个数据库中。这仅是设想，还没有看到运行的实践。
　　关于系统开放性，有很多具体的要求，但归结起来就是要优化系统资源配置，系统硬件尽可能地使用标准化通用产品，应用软件应能在主要的计算机机型上运行，使用商业化的通用数据库作为历史数据库，采用标准的TCP／IP网络协议，支持多种RTU（FTU）规约，采用API应用程序接口，具备用户应用软件的开发环境等。
　　8．5 做好相应的通信通道规划和建设
　　实施配电系统自动化必须有一个完善的通讯规划，应将通信通道规划和建设作为配电系统自动化建设的一个重要组成部分。
　　配电系统自动化的信息通道的设计，应考虑其自身的特点：（1）配电通讯网中的节点很多，且分散、交叉。（2）各节点的距离较近。（3）各监控点的信息量较少，且应具有信息量主动上报的功能。（4）通讯路由要适应配电网结构的经常变化，具有路由选择的多样化。
　　可选的通讯方式有：音频有线通讯，无线通讯，光纤通讯，配电网中压载波。在选择通讯方式时，应根据传送信息量的多少、可靠性、传输速率、抗干扰能力、衰耗等因素，因地制宜，经技术经济比较，综合确定。一般宜采用混合方式，提倡通讯通道的综合利用，避免重复投资。
　　8．6 配电系统自动化一次／二次设备的选型
　　配电系统自动化的实施将使配电网的一二次设备数量成倍地增加。此外增加了大量高科技的杆上产品（智能化的杆上开关、FTU等），由于室外运行条件的恶劣，将有可能扩大高空作业的范围，这将会大大增加运行维护的成本。为此必须采用高可靠性、免维护的产品，否则供电企业将不堪重负。与开关配套的CT、PT等附属设备宜采用内置式。
　　对室外设备必须满足防锈蚀、防结露、防泄漏、耐受的温度变化范围广、操作机构低功耗、长寿命电池等一系列技术要求。