東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 配電自動化系統(tǒng)設(shè)計 中國·哈爾濱 2009 年6 月 Northeast Agricultural University Bachelor Degree Dissertation Number: A07050271 The Design of Distribution Automation System Name: Tutor : Department : Major : Harbin·China June·2009 配電自動化系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電力市場的逐步建立，配電網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)越來越突出，形成了電力需求與電網(wǎng)設(shè)施不協(xié)調(diào)的局面，集中反映在配網(wǎng)故障后的恢復(fù)和處理、配網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供等問題，這種局面越來越不適應(yīng)社會需求。配電網(wǎng)絡(luò)的自動化和智能化是解決上述問題的重要途徑。 本文深入討論了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的設(shè)計方案和實現(xiàn)技術(shù)，主要工作包括: （1）配網(wǎng)主站系統(tǒng)平臺設(shè)計和SCADA系統(tǒng)設(shè)計 （2）站端系統(tǒng)設(shè)計 （3）饋線自動化設(shè)計 系統(tǒng)的實現(xiàn)提高了配電網(wǎng)絡(luò)智能化水平，特別是加快了配網(wǎng)故障區(qū)域的隔離和負(fù)荷的轉(zhuǎn)供速度，為電力企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。 關(guān)鍵詞: 配網(wǎng)；自動化 ；負(fù)荷 V The Design of Distribution Automation System The disadvantage of power distribution network is more obvious with development of electric power systems and foundation of electric power market.It is mainly reflected by restoring and dealing of power distribution network，transferring of power distribution network charges.Now this situation does not meet the social requirement.Automation and capcity of the power distribution network is the important method to deal with the situatino. The thesis provides design and realization technology of power distributino automation system.The main works are: （1）The design of power distribution station system，the design of SCADA system （2）The design of substation system. （3）The design of communications project Realization of the system improves the level of power distribution network capacity.Especially it expedites the speed of separation from the fault region and transfer of the charge.Bringing the enormous social and economic performance for the electric power enteprise. Keywords: power distribution,automation，burden 目 錄 摘要 I Abstract II 1 引言 1 1.1 配電自動化的研究內(nèi)容和意義 1 1.2 國內(nèi)外配電自動化發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3 研究的主要內(nèi)容 4 2 城區(qū)配電自動化設(shè)計概要 6 2.1 概述 6 2.1.1 設(shè)計原則 6 2.1.2 設(shè)計目標(biāo) 6 2.1.3 設(shè)計依據(jù)及要求 7 2.1.4配電自動化難點分析 7 2.2 某城區(qū)10KV配電網(wǎng)線路概況 8 2.2.1 某城區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)狀 8 2.2.2 某城區(qū)配電網(wǎng)改造后狀況 9 2.3 系統(tǒng)設(shè)計方案 9 2.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能要求 9 2.3.2 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)整體設(shè)計方案 13 2.3.3 配電自動化系統(tǒng)工程范圍 13 3 饋線自動化 14 3.1饋線自動化方案 14 3.2配電主戰(zhàn)故障處理系統(tǒng) 14 4　低壓臺區(qū)監(jiān)測及集中抄表系統(tǒng) 17 4.1低壓臺區(qū)監(jiān)測系統(tǒng) 17 4.1.1 系統(tǒng)實施方案 17 4.1.2 系統(tǒng)的主要功能及技術(shù)要求 18 4.2 集中抄表系統(tǒng) 18 4.2.1 集中抄表系統(tǒng)構(gòu)成及要求 19 4.2.2 集中抄表系統(tǒng)實施方案 20 5 配電自動化通信系統(tǒng)設(shè)計 22 5.2 配電自動化通信系統(tǒng)設(shè)計思路 23 5.2.1 系統(tǒng)通信設(shè)計原則 23 5.2.2 系統(tǒng)整體通信結(jié)構(gòu) 23 5.3 主站與子站之間通信方式 25 5.4 子站與終端之間的通信方式 25 5.5 通信規(guī)約 25 6 配電自動化主站的設(shè)計 26 6.1 配電自動化主站結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 6.1.1 主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 26 6.1.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 6.1.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 28 6.2 配電自動化主站硬件配置 28 6.3 配電自動化系統(tǒng)軟件配置 29 7 配電自動化子站的設(shè)計 31 7.1 配電子站設(shè)計結(jié)構(gòu) 31 7.2 配電子站實現(xiàn)的功能 31 7.2.1 數(shù)據(jù)采集和傳輸 31 7.2.2 故障處理 32 7.2.3 控制和通訊監(jiān)視功能 32 7.2.4 其它功能 32 7.3 配電子站通信接口 32 8 配電自動化系統(tǒng)主站功能 33 8.1 配電SCADA系統(tǒng)的功能 33 8.1.1 本身運行狀況的監(jiān)控功能 33 8.1.2 配電網(wǎng)運行狀況的監(jiān)控功能 34 8.1.3 變電站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控功能 34 8.1.4 戶外設(shè)備的監(jiān)控功能 34 8.1.5 電網(wǎng)負(fù)載監(jiān)視功能 36 8.2 配電網(wǎng)專用AM/FM/GIS功能 36 8.3 配電生產(chǎn)管理系統(tǒng) 36 8.3.1 顯示管理 37 8.3.2 設(shè)備管理 37 8.3.3 查詢統(tǒng)計 38 8.3.4 系統(tǒng)設(shè)置 39 8.3.5 輔助作圖 39 8.3.6 配電生產(chǎn)管理 39 8.3.7 配電運行管理 42 8.3.8 配電網(wǎng)在線維護 43 8.4 高級應(yīng)用功能 44 8.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?44 8.4.2 在線仿真培訓(xùn)功能 44 8.4.3 負(fù)荷預(yù)測 45 8.4.4 配電網(wǎng)潮流計算 45 8.4.5 配電網(wǎng)重構(gòu) 45 8.5 配電WEB瀏覽功能 46 8.6 與其它系統(tǒng)接口功能 46 9 結(jié)論 47 參考文獻 48 致謝 49 1 引言 1.1 配電自動化的研究內(nèi)容和意義 配電自動化系統(tǒng)（DAS）是包括110/10KV變電站（部分地區(qū)有66/10KV變電站、35/10KV變電站）的10KV部分，10KV饋線以及從10KV饋線到用戶的全部配電系統(tǒng)元件的綜合自動化系統(tǒng)。其目的就是要提高供電可靠性，實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)供電。 80年代以來，我國電力工業(yè)得到了快速發(fā)展，90年代中后期，重點突出加強電網(wǎng)建設(shè)，現(xiàn)在220KV及以上系統(tǒng)中運行的微機保護超過1萬臺，有1000多個基于分布式網(wǎng)絡(luò)的綜合自動化的變電站投入運行，絕大多數(shù)省、地、縣調(diào)度所裝備了配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)系統(tǒng)，這些信息技術(shù)以其良好的可靠性、靈活性和可擴展性為電力系統(tǒng)廣大用戶所接受，這為采用更先進技術(shù)，從高起點提高自動化帶來了契機。 配電自動化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢，其主要目標(biāo)可歸結(jié)為：在正常情況下，通過監(jiān)視配電網(wǎng)運行工況，優(yōu)化配電網(wǎng)運行方式；當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障或異常運行時，迅速地查出故障區(qū)段及異常情況，快速隔離故障區(qū)段，及時恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電，縮短對用戶的停電時間，減少停電面積；根據(jù)配電網(wǎng)電壓合理控制無功負(fù)荷和電壓水平，改善供電質(zhì)量，達到經(jīng)濟運行目的，合理控制用電負(fù)荷，從而提高設(shè)備利用率，自動抄表計費，保證抄表計費的及時和準(zhǔn)確，并可為用戶提供自動化的用電信息服務(wù)等。提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和工作效率，并為電力力系統(tǒng)電力市場的改革打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。 從以上這些目標(biāo)可以看出：對于電力企業(yè)，配電自動化的實施的具體意義在于：近期可以大幅度提高供電可靠性，同時具有減人增效，降低經(jīng)營成本的作用。遠期的意義即針對在良好的一次網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上自動化系統(tǒng)可優(yōu)化運行，保持能量平衡，減少尖峰負(fù)荷，進而具有推遲新建項目的潛在經(jīng)濟效益。 按照國際現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展規(guī)律，配電自動化的系統(tǒng)實施是整個配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平、管理水平的全方位全過程的提高，是未來能夠?qū)崿F(xiàn)多方面、巨大的經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。在我國目前經(jīng)濟和供電條件下它更能作為一種基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化促進國民經(jīng)濟發(fā)展，并起到實現(xiàn)經(jīng)濟和社會雙重效益的作用。 目前墾區(qū)電力系統(tǒng)正在進行大規(guī)模的電網(wǎng)改造建設(shè)，配電網(wǎng)絡(luò)得到了合理化改造，布局更加合理，一次設(shè)備進行了更新改造，設(shè)備的安全性、可靠性得到了充分保證，近幾年來墾區(qū)電力系統(tǒng)技術(shù)力量也有了較大的提高。這些都為實現(xiàn)配電網(wǎng)自行動化奠定了良好的基礎(chǔ)?；谛畔⒓夹g(shù)的配電網(wǎng)自動化將會在墾區(qū)得到廣泛的應(yīng)用并發(fā)揮巨大的作用。 本項目實施后，與現(xiàn)有的配電網(wǎng)相比，將大大降低配電網(wǎng)的故障率，縮小配電網(wǎng)故障的停電范圍，供電可靠性得到了較好的改善，事故處理能力進一步增強，從而帶來較好的社會效益和經(jīng)濟效益。 1.2 國內(nèi)外配電自動化發(fā)展?fàn)顩r 在一些工業(yè)發(fā)達國家中，配電自動化系統(tǒng)受到了廣泛的重視，國外的配電自動化系統(tǒng)已經(jīng)形成了集變電所自動化、饋線分段開關(guān)遙控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMs)。其功能己多達140余種。 國外著名電力系統(tǒng)設(shè)備的制造廠家基本都涉足配電自動化領(lǐng)域，如德國西門子公司、法國施耐德公司、美國COOPER公司、摩托羅拉公司、英國ABB公司、日本東芝公司等，推出了各具特色的配電網(wǎng)自動化產(chǎn)品。 歐美等發(fā)達國家的配電自動化開始于20世紀(jì)70年代，早期目標(biāo)是縮短饋線停電時間。美國在開展配電自動化工作的初期，采用配電線路上裝設(shè)多組重合器、分段器方式，使線路故障不影響變電站饋線供電。在紐約曼哈頓地區(qū)，27kV任一線路故障時真空重合器和變電站內(nèi)的斷路器配合，經(jīng)過小于3次的開合操作，自動隔離故障使非故障段恢復(fù)供電。1997年全紐約的用戶平均停電時間(含檢修、故障等各種因素停電時間)為104min，而曼哈頓地區(qū)僅為9min。 1994年，美國長島電力公司配電自動化系統(tǒng)采用850臺FTU和無線數(shù)字電臺組成了故障快速隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移的饋線自動化，在4年內(nèi)避免了59萬個用戶的停電故障 (根據(jù)美國事故統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)，對用戶停電達到或超過5min就是停電事故)，并因此獲得IEEEDA/DSM大獎.整個系統(tǒng)的形成大致經(jīng)歷了三個階段:第一步使線路運行達到能自動分段;第二步建立通信通道實現(xiàn)SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition。監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)功能;第三步實施非故障段的自動恢復(fù)供電。 日本是配電自動化發(fā)展得比較快的國家。從50年代開始在配電線上開始采用自動隔離故障區(qū)，并向健全區(qū)(無故障區(qū))恢復(fù)送電的按時限順序送電裝置:60-70.年代研究開發(fā)了各種就地控制方式和配電線開關(guān)的遠方監(jiān)視控制裝置;70年代后半期開始利用計算機構(gòu)成自動控制系統(tǒng);其后由于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)及信息傳送技術(shù)的發(fā)展，配電自動化計算機系統(tǒng)及配電線遠方監(jiān)視控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用上得到很大的發(fā)展.到1986年，全國9個電力公司的41610條配電線路己有35983條(86.5%)實現(xiàn)了故障后的按時限自動順序送電，其中2788條(6.7%)實現(xiàn)了配電線開關(guān)(指柱上開關(guān))的遠方監(jiān)控(包括一般的和計算機監(jiān)控)。 新加坡公用電力.局(PUB)在80年代中期投運并在90年代加以發(fā)展和完善的大型配電網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)，其規(guī)模最初覆蓋其22kV配電網(wǎng)的 1330個配電站，目前己將網(wǎng)絡(luò)管理功能擴展到6.6kV配電網(wǎng)，進而覆蓋約4000個配電站。 從國外配電自動化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒有一種通信技術(shù)可以很好地滿足于配電系統(tǒng)自動化所有層次的需要。在一個配電自動化系統(tǒng)內(nèi)，往往由多種通信技術(shù)組合成綜合的通信系統(tǒng)，各個層次按實際需要采用合適的通信方式。 在日本，由于無線電通信頻段大都被電臺占用而很難得到保證，日本在配電自動化系統(tǒng)中，基本不采用無線電通信。光纖因處在發(fā)展階段，目前只在一部分地方使用。比較普遍的是利用通信電纜和配電線路來傳送信號.而在歐美等國，卻廣泛采用無線尋呼通信網(wǎng)絡(luò)和有線通信相結(jié)合的方式。 目前使用較多的配電線信號傳送方式有:音頻控制方式，音頻電流傳送方式和位相脈沖方式.利用專用電話線或CATV有線電視電纜，采用屏蔽雙絞線(RS一485)、光導(dǎo)纖維等方式，也是廣泛采用的配電自動化通信方式。UHF和VHF電臺、調(diào)頻廣播(FM)和調(diào)幅廣播(AM)多用來用作負(fù)荷監(jiān)控的信道，無線擴頻和一點多址微波通信大多用于配網(wǎng)自動化的通信主干線。 國外配電自動化的實現(xiàn)，大致是先實施饋線自動化，然后建立通信通道和配電自動化主站系統(tǒng)，再完善各項功能。然而，在這過程中留有大量的有待開發(fā)的自動化功能和一些已開發(fā)的功能之間的重疊。配電自動化的發(fā)展經(jīng)歷了各種單項自動化林立，號稱“多島自動化”的配電系統(tǒng)，向開放式、一體化和集成化的綜合自動化方向發(fā)展的過程，目前己具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，并從提高配電網(wǎng)運行可靠性和效率，提高供電質(zhì)量，降低勞動強度，充分利用現(xiàn)有設(shè)備的能力，縮短停電時間和減少停電面積等方面，均帶來了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。 日前國外正致力于配電自動化專家系統(tǒng)和配電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)等研究。并且在研究通過負(fù)荷分配的優(yōu)化來減少網(wǎng)損，對變壓器負(fù)荷進行管理，以最大限度地利用變壓器容量并降低系統(tǒng)有功損耗，以及按即時電價對用戶負(fù)荷進行管理等。 國內(nèi)配電自動化起步于20世紀(jì)90年代，較國外發(fā)達國家滯后20年。由于資金和計算機技術(shù)等條件的限制，同時這也是一個相對嶄新的課題，需要一個認(rèn)識過程，因此一直發(fā)展比較緩慢。近年來特別是全國大規(guī)模進行城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造以來，配電自動化方面的工作取得了比較大的進展，眾多科研開發(fā)企業(yè)和制造商開發(fā)研制了配電系統(tǒng)自動化集成技術(shù)、應(yīng)用軟件和一二次設(shè)備，許多地方供電企業(yè)進行了不同層次不同規(guī)模上的試點，這些都為供電企業(yè)的供電可靠率、供電質(zhì)量、設(shè)備安全、勞動生產(chǎn)率、現(xiàn)代管理水平的提高發(fā)揮了一定的作用，為我國配電系統(tǒng)自動化的發(fā)展積累了經(jīng)驗、創(chuàng)造了條件。 上海市供電局在浦東金橋金藤開發(fā)區(qū)實施了配電自動化工程，第一期工程采用法國施耐德集團生產(chǎn)的PR環(huán)網(wǎng)開關(guān)會柜9臺，基本達到了遙控、遙信和遙測的目的，但規(guī)模較小，且設(shè)備依賴進口，造價高，不便推廣普及。北京供電局以引進日本東芝技術(shù)生產(chǎn)的具有自動化功能的柱上真空開關(guān)設(shè)備八臺，即將投運，達到國外配電自動化第一階段水平。沈陽電業(yè)局于1995年安裝了10臺丹陽生產(chǎn)的柱上真空開關(guān)，采用有線控制，但未大面積推廣，而且也屬于國外第一階段水平。此外，石家莊供電局、大連供電局、南京供電局、鄭州供電局、武漢供電局和廣州供電局也分別立項或進行了一定規(guī)模嘗試。 銀川城區(qū)配電自動化系統(tǒng)全部采用自行研制的國產(chǎn)設(shè)備，采用饋線RTU，配變RTU和建立在 windows95，windowsNT平臺上的先進的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，運用 SQL Server大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并采用有線通信和無線通信相結(jié)合的綜合數(shù)據(jù)通道，而且充分利用銀川地調(diào)的已有資源，實現(xiàn)了配電網(wǎng)中30余條進線、幾十條饋線和7個開閉所及小區(qū)變的全面監(jiān)控，取得了大量經(jīng)驗，該系統(tǒng)己于1998年8月20日通過國家電力公司組織的技術(shù)鑒定，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。這是我國第一套通過技術(shù)鑒定的配電自動化系統(tǒng)，它標(biāo)志著我國城網(wǎng)改造進入了一個新的階段。目前西安供電局和寶雞供電局也在按銀川模式建設(shè)配電自動化系統(tǒng)。 從設(shè)備制造水平的角度看，國內(nèi)不少企業(yè)己成功地研制出能夠滿足配電自動化要求的產(chǎn)品.比如可靠的柱上真空開關(guān)、重合器、饋線開關(guān)遠程式終端(FTU)、變壓器測控單元(TTU)、開閉所、小區(qū)變遠程終端〔RTU)、配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)、負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)、配網(wǎng)管理信息計算機網(wǎng)絡(luò)、智能式電度表及遠方抄表計算機系統(tǒng)，以及各種數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(DCE)等。 我國配電自動化的發(fā)展大致可以分為三個階段。第一階段，引進國外的自動化開關(guān)設(shè)備，通過智能開關(guān)設(shè)備之間的配合實現(xiàn)故障定位、隔離和自動恢復(fù)供電，這被稱之為就地控制的饋線自動化模式，這種方案僅在故障處理時才起作用，且不能檢測出中性點小電流接地電系統(tǒng)的單相接地故障，而在我國絕大多數(shù)城市中，故障停電占用戶的停電時間比例很小，而引入的自動重合器、分段器和負(fù)荷開關(guān)價格昂貴，投入很大，收效甚微。第二階段，實現(xiàn)配電層次的SCADA功能，通過建立配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))，即在配電網(wǎng)調(diào)度中心建立主站系統(tǒng)，在各變電站、開閉所設(shè)置RTU，F(xiàn)TU等遠方終端，通過通信通道聯(lián)系，從而達到實現(xiàn)對配電網(wǎng)監(jiān)控的功能。這種模式的故障處理時間大大縮短，而且在配電網(wǎng)正常運行時可以對配電網(wǎng)進行監(jiān)控和運行管理，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行，這也是近年國內(nèi)來所采用的主要配電自動化的模式，但是這種模式需要借助于通信系統(tǒng)，而且故障的處理依賴主站進行。第三階段，通過多年的配電網(wǎng)的改造和各單項自動化(如負(fù)荷控制、遠程抄表系統(tǒng)、配網(wǎng)系統(tǒng)管理系統(tǒng)等)的發(fā)展，借助現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間資源共享，達到配電管理層次。 1.3 研究的主要內(nèi)容 本課題所研究的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是以農(nóng)墾建某分局城區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)為研究對象，對某城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)自動化進行整體設(shè)計。 該研究旨在通過對某城區(qū)配電自動化系統(tǒng)的調(diào)研分析,制定最佳設(shè)計方案，最終為實現(xiàn)最為理想的某城區(qū)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。 （1） 配電網(wǎng)自動化整體設(shè)計概要 通過對某城區(qū)的供電負(fù)荷及配電網(wǎng)的現(xiàn)狀，考慮到今后五至十年的發(fā)展規(guī)化，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計原則以及要達到的目標(biāo)。研制出適合于該城區(qū)最佳的配網(wǎng)自動化整體設(shè)計方案，確定系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。并針對配電網(wǎng)自動化實施過程中遇到的技術(shù)難點，提出相應(yīng)的對策。 （2）饋線自動化設(shè)備及功能實現(xiàn) 饋線自動化(FA)是實現(xiàn)全面自動化的基礎(chǔ)。配電網(wǎng)中由于饋線引起的停電時有發(fā)生，此時如何盡快恢復(fù)供電則是配電自動化的一項重要任務(wù)，因此，故障自動隔離和自動恢復(fù)供電是饋線自動化系統(tǒng)的一個主要功能。合理選擇實現(xiàn)饋線自動化的模式、合理選擇一次配電設(shè)備，加裝智能化終端設(shè)備，實時遙測、遙信和遙控功能，是饋線自動化功能實現(xiàn)關(guān)鍵之所在。 （3）用戶集中抄表系統(tǒng) 隨著城區(qū)的規(guī)模不斷發(fā)展，抄表收費給電力系統(tǒng)的生產(chǎn)帶來了越來越大的困難，手工抄表不僅浪費了大量人力資源，而且會產(chǎn)生各種差錯，給電力企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。因此，實現(xiàn)用戶抄表計費自動化也是配網(wǎng)自動化重要內(nèi)容之一。通過電能數(shù)據(jù)的采集、傳送、處理、保存，進行有關(guān)電量計算、線損考核，分類匯總查詢及有關(guān)報表單據(jù)打印等工作，來完成自動抄表計費工作。 （4）配電自動化主站、子站系統(tǒng) 配電自動化主站系統(tǒng)是配電自動化系統(tǒng)的核心，主要完成配電網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)功能、故障處理及負(fù)荷轉(zhuǎn)移計算功能、配電GIS (AM/FM/GIS)功能，還包括配電高級應(yīng)用軟件等。 配電子站主要采集變電站內(nèi)RTU和戶外各種RTU（FTU, TTU等）的數(shù)據(jù)信息，并進行數(shù)據(jù)匯集和轉(zhuǎn)發(fā)。由于配電子站管理的RTU數(shù)目眾多（是變電站監(jiān)控系統(tǒng)的3到5倍），由此要求配電子站有高可靠性和靈活配置。因此要合理選擇主站、子站的設(shè)計方案，最終實現(xiàn)資源共享、信息共享。 （5）通信系統(tǒng)設(shè)計 配電網(wǎng)自動化中，最關(guān)鍵、最核心的問題就是通信。在配電系統(tǒng)中，由于各種元件過于分散，節(jié)點數(shù)目眾多，對通信提出特殊的要求，這也意味著通信系統(tǒng)分布龐大，應(yīng)當(dāng)從控制中心到達數(shù)以萬計的從桿上到地下的遠方設(shè)備。在主站、子站、饋線與終端設(shè)備之間選擇合理的通信網(wǎng)絡(luò),從而達到性能價格比最高，確保配電自動化系統(tǒng)高效、安全可靠運轉(zhuǎn)。 2 城區(qū)配電自動化設(shè)計概要 2.1 概述 某城區(qū)是其供電區(qū)內(nèi)負(fù)荷密集，供電量最大的區(qū)域，該城區(qū)是某農(nóng)墾分局所在地，是某城區(qū)分局工業(yè)、商業(yè)、文化、政治、體育、通訊、居民生活中心。也是某墾區(qū)的交通樞紐和商品集散中心。某城區(qū)實施配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，可達到提高供電可靠性、提高供電大質(zhì)量、降低損耗、提高配電網(wǎng)整體管理水平、穩(wěn)員增效的目的，有著顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 2.1.1 設(shè)計原則 為了使系統(tǒng)建設(shè)能取得好的效果，保證與現(xiàn)有資源共享，節(jié)約投資，系統(tǒng)整體方案的設(shè)計將遵循以下原則： （1）工程的設(shè)計思想，對某城區(qū)整個配電系統(tǒng)的自動化進行統(tǒng)一的規(guī)化和設(shè)計，采用集中與分布相結(jié)合，保證數(shù)據(jù)和信息資源和高度共享，避免重復(fù)投資和資源浪費，以期獲得最大的投資效益。 （2）系統(tǒng)軟硬件采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，充分保證系統(tǒng)的可維護性、可擴展性和實用性。 （3）遵循各種相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)的開放性。 （4）本方案將以高性能的地理信息系統(tǒng)作為整個配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)開發(fā)的支持平臺，使包括配電SCADA在內(nèi)的DMS的所有子系統(tǒng)都構(gòu)筑在地理信息的基礎(chǔ)上，保證信息的高度共享。 （5）對已有的自動化系統(tǒng)（如調(diào)度自動化系統(tǒng)等），本系統(tǒng)可以開放地、方便地與之實現(xiàn)信息交換。例如：變電站站內(nèi)開關(guān)的信息、站內(nèi)母線電壓、出線電流等可由現(xiàn)有變電站綜合自動化系統(tǒng)終端中調(diào)取，不用另外采集，以節(jié)省投資。 （6）系統(tǒng)采用了分層、分布式體系結(jié)構(gòu)，保證能夠分期、分階段地逐步實現(xiàn)配電自動化的各項功能。 2.1.2 設(shè)計目標(biāo) 本方案的實施主要要達到以下幾個主要目標(biāo)： （1）提高配電網(wǎng)系統(tǒng)運行可靠性，減少故障停電范圍，縮短非故障區(qū)域恢復(fù)供電時間； （2）提高供電質(zhì)量； （3）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無功配置，降低線損； （4）提高配電網(wǎng)系統(tǒng)運行管理的自動化水平，提高供電設(shè)備利用率，降低運行維護費用，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟效益； （5）提高用戶服務(wù)質(zhì)量和投訴響應(yīng)能力，改善線路故障時用戶服務(wù)的反應(yīng)能力； （6）建立完善的配電自動化系統(tǒng)并具備良好的系統(tǒng)擴展能力，實現(xiàn)局內(nèi)系統(tǒng)的資源共享，提供優(yōu)化決策平臺、提高管理水平。 2.1.3 設(shè)計依據(jù)及要求 本設(shè)計依據(jù)為國家有關(guān)部門制定的《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》、《10KV配網(wǎng)自動化發(fā)展規(guī)劃要點》、《配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端》和《縣級城市配電網(wǎng)自動化實施技術(shù)導(dǎo)則》等有關(guān)要求以及《某城區(qū)發(fā)展總體規(guī)化》、《某城區(qū)配電自動化系統(tǒng)技術(shù)方案》等有關(guān)文件。 根據(jù)國電公司《10KV配電網(wǎng)自動化發(fā)展規(guī)化要點》的要求，配電自動化規(guī)劃設(shè)計的基本要求主要有： 　 （1）使接入10KV公用線路上的用戶具有兩個以上的電源供電的可能性，其中應(yīng)使2/3以上的用戶享有“N-1”供電可靠性的能力； （2）對配電網(wǎng)設(shè)備運行狀況進行遠方監(jiān)視和檢測； （3）當(dāng)線路發(fā)生故障時，能自動隔離故障區(qū)段，并恢復(fù)對非故障區(qū)段的供電； （4）根據(jù)需要可遠方對網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)和負(fù)荷轉(zhuǎn)帶； （5）與其它系統(tǒng)進行信息交換，資源共享； （6）配網(wǎng)自動化的一次設(shè)備、通信和自動化設(shè)備應(yīng)滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。 2.1.4配電自動化難點分析 配電自動化有其自身的許多特點，這些特點將使其在實施過程中遇到許多難點問題，因此在設(shè)計配電自動化系統(tǒng)方案過程中必須注意這些難點問題加以解決。 配電自動化實施難點問題及對策主要有： （1）設(shè)備眾多，量大面廣、系統(tǒng)組織要求高 配電自動化與目前國內(nèi)已實現(xiàn)較為成熟的調(diào)度自動化系統(tǒng)相比較有許多不同點，調(diào)度自動化系統(tǒng)管理的主要是戶內(nèi)設(shè)備，其通信量大，但比較集中，而配電自動化系統(tǒng)管理的是大量的戶外設(shè)備，其通信量小、但非常分散，配電自動化系統(tǒng)的測控對象通常要成百上千甚至于上萬點之多。管理的設(shè)備數(shù)量比調(diào)度自動化系統(tǒng)要多得多，而且大部分的設(shè)備要工作在戶外嚴(yán)酷的環(huán)境下，因此要將深入城市各個環(huán)節(jié)的配電線路和不同類型且滿足各類供電方式的配電設(shè)備組織起來，有效地形成城區(qū)配電網(wǎng)實時故障處理和管理方式，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。 應(yīng)借鑒國外先進技術(shù)及管理經(jīng)驗，了解發(fā)達國家配電自動化的發(fā)展歷程，充分吸取其經(jīng)驗，避免走彎路，尤其要學(xué)習(xí)國外配電自動化生產(chǎn)廠家如何與電力系統(tǒng)合作、如何將計算機、通信等高新技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)及戶外設(shè)備的管理等方面的經(jīng)驗。 （2）開關(guān)設(shè)備頻繁操作，可靠性要求高 配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用的一大目標(biāo)是實現(xiàn)日常配網(wǎng)動態(tài)管理，以達到合理分配負(fù)荷、有效利用能源的目的，因此開關(guān)設(shè)備要求能夠頻繁操作，為此設(shè)備高可靠性是實現(xiàn)動態(tài)管理的基本要求。 從自動化角度設(shè)計高可靠性設(shè)備，在開關(guān)設(shè)備設(shè)計時就要考慮解決這些問題，如簡化開關(guān)操作機構(gòu)，保證其動作可靠穩(wěn)定等。 （3）戶外終端工作環(huán)境惡劣，對電子產(chǎn)品要求高 配電網(wǎng)各節(jié)點包含大量戶外終端，這些電子產(chǎn)品工作環(huán)境有可能非常惡劣，通常要求在-25℃~75℃，濕度高達95%的環(huán)境下工作，這樣設(shè)備的關(guān)鍵部分就必須采用工業(yè)級的芯片，還要考慮防雨、散熱、防雷等因素，如何保證終端具有抗各種突發(fā)強干擾能力、并能適應(yīng)戶外氣候、達到免維護是需要解決的重要問題。 1）采用獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，生產(chǎn)出真正適合戶外環(huán)境的工業(yè)產(chǎn)品； 2）設(shè)計合理的自動化控制原理，使其能有效工作； 3）通過簡潔的工作方式，避免干擾； （4）終端遍布配電網(wǎng)每一個節(jié)點，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)復(fù)雜 針對大量終端需要通信，由于配電自動化系統(tǒng)的站端設(shè)備非常多，會大大增加通信系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性。此外，在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，眾多的終端設(shè)備中即有容量較大的RTU，又有容量小的饋線FTU以及故障記錄信息、定值遠傳、遠方抄表等信息，這樣就更增加了通信系統(tǒng)的建設(shè)難度。 從目前成熟的通信手段來看，沒有一種方式能夠單一滿足要求，因此，往往綜合采用多種通信方式，通常采用多層集結(jié)的方式，以減少通道數(shù)量和充分發(fā)揮高速信道的能力。 （5）戶外設(shè)備控制、工作電源的提取問題 設(shè)備監(jiān)測、故障位置判斷，隔離故障區(qū)段、恢復(fù)正常區(qū)域供電，是配電網(wǎng)自動化最重要的工作之一。為了保證這些功能的實現(xiàn)，必須保證在故障期間，計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及分閘、合閘操作系統(tǒng)對電源的需要，因此，不得不安裝足夠容量的蓄電池，還需要與之配套的充電器和逆變器。 選擇技術(shù)比較成熟的能進行深充深放的蓄電池來實現(xiàn)戶外設(shè)備控制的電源問題。 2.2 某城區(qū)10KV配電網(wǎng)線路概況 2.2.1 某城區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)狀 某城區(qū)10KV配電線路主干線全部是架空線路，10KV配電線路55KM，導(dǎo)線截面為16mm2─25mm2。電桿為YB-19-10型，共917基，60%有橫縱向裂紋，10%桿頭破損、漏筋。立瓶型號為P-10。0.4kV配電線路96.8KM，導(dǎo)線截面為16mm2─25mm2，電桿為YB-15-8型，供電半徑最大為1.5KM，遠超過0.3KM的城區(qū)規(guī)定供電半徑，電度表12800塊，其中60%屬于國家明令淘汰產(chǎn)品，配電變壓器121臺，其中高耗能變壓器88臺，約占66%，配電變壓器總?cè)萘繛?8330KVA。由于配電網(wǎng)導(dǎo)線截面小，供電線路迂回，供電半徑過長，負(fù)荷大，電瓷等級偏低等原因，造成0.4KV 線路未端電壓最低為170V，低于國家最低標(biāo)準(zhǔn)14%，配電線損高達40%，在用電高峰時，用戶的日光燈、家用電器都無法正常使用。由于配電網(wǎng)布局的不合理，分支線路沒有安裝隔離開關(guān)，常常因為小故障，局部故障而造成一拉一條線，一停一大片的事故發(fā)生。供電可靠性得不到保證，嚴(yán)重影響了用戶的日常生產(chǎn)生活。 2.2.2 某城區(qū)配電網(wǎng)改造后狀況 鑒于已有的10KV線路存在不足不能滿足自動化需要的情況，以及考慮今后5至10年的負(fù)荷發(fā)展規(guī)劃，該城區(qū)10KV配電網(wǎng)線路進行改造，10KV配電網(wǎng)線路采用4回路，環(huán)網(wǎng)供電方式，主干線導(dǎo)線截面120mm2、分支干線導(dǎo)線截面70 mm2，分支導(dǎo)線截面50mm2，同時按照自動化的要求對線路加裝開關(guān)設(shè)備對線路進行合理分段和聯(lián)絡(luò)，滿足在線路停電或故障時負(fù)荷的互倒互帶要求。 改造后涉及本次配電自動化工程的饋線線路共有4條，開關(guān)共有 32臺，主干線聯(lián)絡(luò)、分段開關(guān)10臺；其余22臺為分支線路開關(guān)。 2.3 系統(tǒng)設(shè)計方案 2.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能要求 2.3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)該城區(qū)配電網(wǎng)具體情況，其配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)： 第一層：主站。負(fù)責(zé)整個城區(qū)配電自動化及管理系統(tǒng)的監(jiān)控、管理； 第二層：子站。主要用來實現(xiàn)變電站10KV出線的饋線自動化，并上傳下達各種實時信息。 第三層：配電終端，主要負(fù)責(zé)對線路、饋線開關(guān)、配變等設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集和控制。分為RUT、FUT、TTU。 配電自動化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖如圖2-1所示： 2.3.1.2系統(tǒng)功能要求 配電自動化工作是一個牽涉面廣、技術(shù)要求高的系統(tǒng)工程，要真正實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)建設(shè)，除了要建設(shè)好若干個配電自動化子系統(tǒng)外，還要做好與其他自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，合理有效地實現(xiàn)電力系統(tǒng)各種信息交換、協(xié)調(diào)發(fā)展，只有這樣才能實現(xiàn)從“多島自動化”到系統(tǒng)集成的配網(wǎng)管理系統(tǒng)建立，并發(fā)揮系統(tǒng)各項功能的實際作用，為此，要說明系統(tǒng)功能，我們必須組成系統(tǒng)的各部分子系統(tǒng)主要功能做具體描述，下面將組成系統(tǒng)幾個主要部分進行說明。 （1）配電自動化系統(tǒng)主站系統(tǒng)功能 主站系統(tǒng)是整個管理系統(tǒng)的最高層，負(fù)責(zé)對所有配電線路及設(shè)備的管理，對全局重要信息進行監(jiān)視管理，其基本功能包括以下幾個方面： 基于制圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)（AM/FM/GIS）一體化設(shè)計的配電SCADA功能 饋線自動化子系統(tǒng)（FA） 故障處理和負(fù)荷轉(zhuǎn)移決策功能 配電網(wǎng)在線維護功能 調(diào)度員在線仿真培訓(xùn)功能 配電網(wǎng)專用AM/FM/GIS功能 城區(qū)配電自動化主站 中心變子站 配 電 終 端 配 電 終 端 配 電 終 端 配 電 終 端 柱 上開關(guān) 柱 上開關(guān) 柱 上開關(guān) 配電室 配電變壓器 配 電 終 端 圖2-1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖 配電WEB瀏覽功能 （2）配電自動化系統(tǒng)子站基本功能 數(shù)據(jù)采集功能，包括采集狀態(tài)量、模擬量、電能量等。 數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)與主站、終端的通信，支持多種通信規(guī)約，實現(xiàn)與其他智能設(shè)備的通信。 維護功能，包括故障的定位、隔離及故障區(qū)段恢復(fù)供電。 通信故障監(jiān)視與上報 其他功能，包括自診斷、自恢復(fù)、功能遠程維護功能、后備電源。 （3）電自動化系統(tǒng)終端基本功能 根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控或監(jiān)測對象，配電自動化現(xiàn)場終端可分為如下幾種終端： 饋線開關(guān)監(jiān)控終端(FTU)，配變監(jiān)測終端(TTU)。 各終端功能如下： FTU功能： 采集開關(guān)位置、終端狀態(tài)、操作電源等狀態(tài)量 采集中壓電流、電壓等模擬量 控制開關(guān)分、合閘 與上級通信 參數(shù)設(shè)置 故障檢測與處理等 TTU功能： 采集設(shè)備狀態(tài) 采集功率因數(shù)、低壓電流、電壓、有功功率、無功功率、零序電流及三相不平衡檢測，采集電能 與上級通信及時校時 電能量轉(zhuǎn)發(fā) 參數(shù)設(shè)置 程序自恢復(fù)、最大需量及出現(xiàn)時間、失電數(shù)據(jù)保護、斷電時間等。 統(tǒng)計停電時間、記錄停電起止時間 報警功能 2.3.1.3 饋線自動化模式選擇 饋線自動化實現(xiàn)模式，目前主要可分為以下幾種： 就地控制模式：按照預(yù)先設(shè)置的運行方式，實現(xiàn)就地故障判斷、隔離、恢復(fù)送電等處理，饋線正常時傳送運行參數(shù)。 遠方監(jiān)控模式：就是要設(shè)立主站，饋線上各個監(jiān)控終端采集運行參數(shù)，并通過子站將信息傳回主站。在發(fā)生故障時，由主站根據(jù)采集的故障信息進行分析、判斷，切除故障段并實施恢復(fù)供電。 就地與遠方監(jiān)控混合模式：饋線建有較可靠的信道，在饋線發(fā)生故障時由監(jiān)控終端按照預(yù)先設(shè)置的運行方式（就地或遠方）進行處理，正常運行時，監(jiān)控終端向主站發(fā)送運行參數(shù)，并接收主站監(jiān)控命令，處理負(fù)荷轉(zhuǎn)移、平衡、改變運行方式等。 根據(jù)某城區(qū)線路情況，即線路全部為架空線路，線路的聯(lián)絡(luò)主要以環(huán)網(wǎng)為主，饋線自動化模式采用就地與遠方監(jiān)控混合模式，即故障的處理由終端配合開關(guān)設(shè)備就地處理，監(jiān)控終端向主站發(fā)送運行參數(shù)，并接收主站監(jiān)控命令，處理負(fù)荷轉(zhuǎn)移、平衡、改變運行方式等。 2.3.1.4 系統(tǒng)通信信道的選擇 配電自動化系統(tǒng)建設(shè)除了要進行配網(wǎng)一次設(shè)備等改造外，建設(shè)一套能滿足實現(xiàn)配電自動化功能要求、可靠的數(shù)據(jù)通道，是實現(xiàn)配電自動化各項功能的關(guān)鍵。目前，可采用的通信技術(shù)有：有線電視廣電網(wǎng)、音頻、光纖、雙絞線、有線、無線、無線擴頻和配電線路載波等，在配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，采用何種通信技術(shù)或方案，則應(yīng)根據(jù)接線方式、實現(xiàn)功能、現(xiàn)場環(huán)境和可靠性要求等因素決定。 根據(jù)某城區(qū)線路情況，并結(jié)合各種通信方式的性價比情況，城區(qū)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的 圖2-2 配電自動化整體結(jié)構(gòu)圖 通信系統(tǒng)采用： 主站與子站之間通信方式采用光纖環(huán)網(wǎng)。 子站與終端之間設(shè)備采用光纖加雙絞線方式。即：配電網(wǎng)主干架采用光纖，配變、分支線采用雙絞線。 2.3.2 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)整體設(shè)計方案 針對城區(qū)配電網(wǎng)的基本現(xiàn)狀結(jié)合配電自動化系統(tǒng)的基本要求、目標(biāo)和將來系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模，以系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟性、擴展性、可靠性和易維護性為目標(biāo)，設(shè)計了配電自動化系統(tǒng)總方案， 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。 配電自動化系統(tǒng)由圖示三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即：配電主站層、配電子站層和配電終端層。配電主站由主備服務(wù)器、數(shù)臺工作站、通信子系統(tǒng)、語音報警系統(tǒng)以及打印機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等構(gòu)成；配電子站分布于變電站，負(fù)責(zé)各變電站戶外測控終端RTU（FTU、TTU等）的信息轉(zhuǎn)發(fā)和監(jiān)控，配電主站和配電子站之間用光纖環(huán)網(wǎng)通訊方式通信，配電子站和FTU之間可采用雙絞線或光纖等方式通訊。 2.3.3 配電自動化系統(tǒng)工程范圍 本次配電自動化工程范圍以10kV干線、饋線自動化為主，覆蓋了0.4kV主要的低壓配電臺區(qū)自動化，延伸到用戶集中抄表系統(tǒng)。 主要包括1個變電站，4條饋線線路，32臺開關(guān)，121臺配電變壓器中的105臺配電變壓器以及用戶集中抄表系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋某城區(qū)全部供電區(qū)域。 本期配電自動化系統(tǒng)工程包含以下內(nèi)容： （1）配電主站系統(tǒng)1個 根據(jù)配電自動化系統(tǒng)的特點，建立一套適合于某城區(qū)配電系統(tǒng)管理和監(jiān)控的配電自動化系統(tǒng)。 （2）配電子站1個 本期建立1個配電子站，完成向下控制戶外設(shè)備和采集相關(guān)信息、站內(nèi)采集相關(guān)的變電站信息，向上傳遞和接收來自與主站信息的功能。 （3）配電設(shè)備及監(jiān)控終端 1）柱上開關(guān)及終端：32 臺 2）配電監(jiān)測：105臺 3）用戶集中抄表系統(tǒng) （4）通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè) 1）構(gòu)筑變電站到配電主站的光纖通道； 2）構(gòu)筑完善主干線終端（FTU）到子站之間的光纖通信網(wǎng)； 3）支線FTU以及TTU的通信雙絞線通信網(wǎng)； 4）建立配電主站系統(tǒng)的局域網(wǎng)，實現(xiàn)雙網(wǎng)。 3 饋線自動化 常用的饋線自動化實施模式有就地控制、遠方集中控制以及綜合智能控制。根據(jù)某供電公司對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)項目的實際需求以及后期功能擴展的需要，系統(tǒng)建設(shè)為有信道方式。此種方式下，使用保護型FTU，可依賴信道實現(xiàn)就地控制。 3.1饋線自動化方案 對于較復(fù)雜網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在線路故障情況下，利用保護型FTU和系統(tǒng)通信完成故障區(qū)段的自動隔離，非故障區(qū)段自動轉(zhuǎn)移供電功能。引入了具有遠控功能和保護功能的配電饋線自動化原理;在保護方面，引入了具有主保護與后備保護的雙向閉鎖式方向過電流保護，完整實現(xiàn)了保護的快速、靈敏、選擇和可靠性;在系統(tǒng)恢復(fù)方面，引入了實用的故障隔離的主備重構(gòu)恢復(fù)技術(shù);在系統(tǒng)監(jiān)控方面，提出了主備原理的熱備用監(jiān)控技術(shù)。該系統(tǒng)采用信號傳遞機制，使相關(guān)的兩個或多個FTU間傳遞故障信號并實現(xiàn)故障檢測和隔離，無需主站干預(yù)。相對于其他利用主站實現(xiàn)故障檢測和隔離的方案，有以下特點: 1)故障隔離范圍小。 2)不需二、三次重合。 3)主站失敗不影響保護操作。 4)實現(xiàn)保護為毫秒級，領(lǐng)先同類產(chǎn)品。 3.2配電主戰(zhàn)故障處理系統(tǒng) 在斷路器饋線故障處理模式下，主站段故障處理系統(tǒng)起如下兩個作用： l) 饋線故障處理系統(tǒng)動作監(jiān)視 當(dāng)現(xiàn)場保護動作時，主站端故障處理系統(tǒng)監(jiān)視保護動作信息，記錄故障處理過程并進行相關(guān)校驗，驗證現(xiàn)場故障處理的正確性。 2) 饋線故障處理系統(tǒng)后備 當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備不能處理故障時，主站故障處理系統(tǒng)啟動，完成故障信息的搜集以及故障定位、故障隔離與供電恢復(fù)功能。 3.雙向閉鎖式電流保護工作原理 圖3-1電流方向保護原理圖 保護利用故障電流方向判別與故障電流幅值大小原理構(gòu)成的雙向閉鎖式快速方向過電流保護作為自動化系統(tǒng)的主保護。利用主備保護原理構(gòu)成完整的饋線保護。 在配電網(wǎng)絡(luò)上，各電氣相鄰的FTU保護之間采用信道構(gòu)成信號交換回路，每套保護只與相鄰的保護聯(lián)系。在故障發(fā)生時，判斷故障電流的方向，采取故障電流正方向信號默認(rèn)不發(fā)送，反方向發(fā)送禁止動作信號原理構(gòu)成。保護配置瞬時速斷、過電流、重合閘以及后加速保護。 動作過程如下： 圖3-2保護動作原理圖 此方案相比較而言，主要有三點優(yōu)勢： （1）動作不依賴于遠方主站。在線路發(fā)生故障的情況下，其故障的定位、隔離、恢復(fù)等都是依靠保護型FTU通過相互間的通信以及與子站系統(tǒng)的通信來完成的，主站相對來說更多居于遠方監(jiān)控及作為后備保護使用。故障發(fā)生時首先把各種信息上送到主站，由主站來根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皬?fù)雜計算來確定故障的定位，然后再下發(fā)控制命令來完成對故障的隔離和恢復(fù)。 （2）故障定位時間迅速。這種方案使用的保護型FTU單元，依靠光纖通信，在故障發(fā)生時，350ms可完成故障的準(zhǔn)確定位，從而可以及時地為故障處理縮短反應(yīng)時間，減小故障電流等對負(fù)荷設(shè)備造成破壞的幾率和可能性。 （3）停電范圍減小。故障在兩個分段開關(guān)時，在故障處理的過程中，使用保護型FTU可直接完成故障位置的上級分段開關(guān)和下級分段開關(guān)完成隔離和恢復(fù)，而不需要出口斷路器進行動作，對全線進行停電。而遠方控方式在故障時，首先要遙控出口斷路器動作，然后進行故障的隔離和恢復(fù)，這樣無形中就擴大了線路故障時的停電范圍。 4　低壓臺區(qū)監(jiān)測及集中抄表系統(tǒng) 4.1低壓臺區(qū)監(jiān)測系統(tǒng) 低壓配變監(jiān)測裝置通過對低壓（10KV/380KV)配變的檢測，可以及時檢測電網(wǎng)的運行情況，用以完成傳統(tǒng)的電壓表、電流表、功率因數(shù)表、以及負(fù)荷指示儀和電壓監(jiān)視儀等的功能，與配電FTU或后臺設(shè)備通信，提供配電系統(tǒng)運行控制及管理所需的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測線路、柱上配電變壓器的運行工況，及時發(fā)現(xiàn)和處理事故的緊急情況，就地和遠方進行無功補償和可有載調(diào)壓的配電變壓器的自動調(diào)壓功能。以利于提高低壓供電可靠性及提高配電變壓器經(jīng)濟運行的目的，在實現(xiàn)配網(wǎng)自動化方面起到了重要作用。 4.1.1 系統(tǒng)實施方案 本期計劃對某城區(qū)現(xiàn)有105臺10KV配電變壓器中安裝配變監(jiān)測終端（TTU），以實現(xiàn)對配電變壓器的監(jiān)測，完成對低壓配電臺區(qū)實現(xiàn)全工況的監(jiān)測和管理，實現(xiàn)對無功補償電容器組的自動或遠方投切功能。 系統(tǒng)的特點： 本系統(tǒng)的主要特點是根據(jù)實際生產(chǎn)需要將配電變壓器低壓側(cè)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)并根據(jù)無功需量實現(xiàn)電容器自動投切，將配變監(jiān)測與無功自動補償功能合二為一。 配變監(jiān)測終端是本系統(tǒng)的核心元件，安裝于配電變壓器低壓側(cè)，負(fù)責(zé)在線監(jiān)測和電容器的投切控制。當(dāng)主站欲查詢某臺或數(shù)臺甚至全部配電變壓器的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)時，主站軟件將自動接通子站并通過子站與測控儀建立通訊。如果配電變壓器發(fā)生故障，測控儀將通知子站，子站將自動接通主站且在主站微機上顯示報警信息。測控儀根據(jù)自身所測得數(shù)據(jù)得來無功需量，就地控制電容器的投切，并以補償點電壓為參量限制電容器的投切，當(dāng)無功需量等于10千乏時，且經(jīng)過15分鐘延時后無功需量仍大于10千乏時投入一組電容器，此后無功需量繼續(xù)增加又大于10千乏時，經(jīng)過15分鐘延時后無功需量仍大于10千乏，投入第二組電容器，依次類推，最多可投入四組電容器。反之，當(dāng)功率過剩時，無功裕量為10千乏時，且經(jīng)過15分鐘延時后，無功裕量仍大于10千乏，退出一組電容器，此后，若無功裕量還大于10千乏時，經(jīng)過15分鐘延時無功裕量仍大于是千乏時，再退出一組電容器。另外，當(dāng)相電壓大于235V時，不再投入電容器，而當(dāng)相電壓大于242V時，延時1分鐘切除全部投入的電容器。在配電網(wǎng)中負(fù)荷絕大多數(shù)是感性負(fù)荷。因而電流滯后電壓ф角，線路中COSф＜1，有時可低于0.6?，F(xiàn)在，在變壓器二次側(cè)就地補償電容器是根據(jù)測控儀所測數(shù)據(jù)中看到補償后都在95%以上為系統(tǒng)提供了必要的無功功率。提高了功率因數(shù)，降低了線路損耗；增大了配電設(shè)備的供電能力，減少了中壓線路輸送的無功功率；降低了線路電壓損耗改善了系統(tǒng)電壓質(zhì)量；為配電網(wǎng)穩(wěn)定、高效運行，提供了重要保障。主站軟件可對采集的數(shù)據(jù)進行分析、整理、輸出實用的各類圖表，另外，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可提供給其它系統(tǒng)使用。 TTU的數(shù)據(jù)通信的特點是數(shù)據(jù)量大、實時性要求低，為降低系統(tǒng)成本，采用RS-485通信方式，由FTU或光纖通道轉(zhuǎn)發(fā)到子站后，再上傳到主站。如圖4-1所示。 光纖 主站 子站 FTU TTU TTU TTU RS485 雙絞線 圖4-1 配變監(jiān)測終端（TTU）系統(tǒng)圖 4.1.2 系統(tǒng)的主要功能及技術(shù)要求 系統(tǒng)采用先進和可行的技術(shù)對低壓配電網(wǎng)實施有效的在線監(jiān)測、無功補償、遠程通訊、故障報警及離線分析，并以數(shù)據(jù)庫的形式向供電企業(yè)計算機網(wǎng)上的各專業(yè)部門提供可靠的有價值的數(shù)據(jù)。 （1）主要功能 整點記錄三相電壓、電流、功率、電量； 每天記錄各相電壓、電流的最大值、最小值及出現(xiàn)的時間； 自動記錄停電時間，計算供電可靠率； 自動累計每天電壓越上、下限時間，計算電壓合格率； 記錄時間可達一個月以上； 可遠程監(jiān)測實時數(shù)據(jù)，自動上報故障情況； 可自動控制電容器投切； （2）性能指標(biāo) 工作范圍：電壓195-265V*3相；電流0-5A*3相；頻率：48-52Hz 精度：電壓±0.5%；有功功率：±1.0%；電流：10. 5%；有功電量：±1.5% 耐壓實驗：沖擊電壓：6KV/2.4us；工頻電壓：2KV/2min 電磁干擾實驗：水平／垂直0.5mT交變電磁場 適應(yīng)環(huán)境：溫度：-15—+5O℃；相對濕度≤85%；諧波含量≤10% 總的來說，就是要實現(xiàn)在線記錄、就地?zé)o功補償控制、自動故障報警、數(shù)據(jù)遠傳、后臺分析處理5大功能。 配電監(jiān)測終端采用中國電科院生產(chǎn)的SA501型配變綜合測試儀，一共105臺，安裝在變壓器低壓側(cè)。 4.2 集中抄表系統(tǒng) 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電能計量手段和抄表技術(shù)發(fā)生了根本變化，電子式多功能電能表正取代了傳統(tǒng)的電磁式電能表，并結(jié)合遠方抄表技術(shù)，成為了配電自動化系統(tǒng)的重要組成部分。遠方抄表技術(shù)不但大大降低了勞動強度，而且還大大地提高了抄表的準(zhǔn)確性和及時性，杜絕了抄表不到位、估抄、誤抄、漏抄電表等問題。 4.2.1 集中抄表系統(tǒng)構(gòu)成及要求 （1）系統(tǒng)構(gòu)成 集中抄表系統(tǒng)即由主站通過傳輸媒體（公用電話線、專用線）集中抄讀電能表的電能量記錄值的系統(tǒng)。本系統(tǒng)是由電能表數(shù)據(jù)采集終端、集中器、主站等主要設(shè)備構(gòu)成。 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分為以下三部分介紹：數(shù)據(jù)采集部分（居民用戶端）；傳輸媒體（通信信道）；主站部分。 1）數(shù)據(jù)采集部分 集中器：是整個自動抄表系統(tǒng)的核心，裝在變臺低壓側(cè)，一個變臺裝一臺集中器，它能定時發(fā)出指令，依次將各采集終端的用電數(shù)據(jù)抄收并儲存，再經(jīng)傳輸媒體，將各用戶用電數(shù)據(jù)傳至主站與分站，進行數(shù)據(jù)處理。 采集終端：采集終端是遠程自動抄表系統(tǒng)的前端設(shè)備，接用戶電能表，采集用戶用電量，上傳至集中器，采集終端與集中器通訊采用低壓電力載波技術(shù)，無需另外接線。 電能表將用戶的用電量正比例地轉(zhuǎn)換成脈沖，采集終端負(fù)責(zé)對脈沖進行采集，同時將電能量累加；每臺集中器負(fù)責(zé)將同一臺變壓器下所有用戶的用電量匯集在一起，對采集終端的數(shù)據(jù)進行管理及保存，集中器還帶有485接口，可直接抄收變臺總表數(shù)據(jù)，并通過通信信道將數(shù)據(jù)傳送至主站。 2）傳輸媒體（通信信道）、 集中器與主站的通訊方案有兩個： ① 公用電話網(wǎng)通訊方式 主站與集中器之間通過公用電話線和Modem連接，可自動或手動抄撥任何一個集中器內(nèi)的所有用戶的用電量。 ②專用線通訊方式 主站與集中器之間采用專用線性口(雙絞線）進行遠方抄表通訊。此方案多用于配網(wǎng)自動化工程；也可用于主站（營業(yè)所）與集中器不遠的情況。 ③主站 主站是整個遠方抄表系統(tǒng)的管理層設(shè)備，通常由單臺計算機或計算機局域網(wǎng)再配合相應(yīng)的抄表軟件構(gòu)成。主站安裝于客戶服務(wù)中心，可手動或定時自動下發(fā)抄表命令，對抄表數(shù)據(jù)進行處理、儲存、計費；對供電設(shè)備進行監(jiān)測、控制。 （2）系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能要求 l）電能數(shù)據(jù)的采集、傳送、處理、保存 按照設(shè)定值，采集器將電能表的脈沖采集后，定時、自動經(jīng)載波傳送到集中器，同一臺區(qū)的數(shù)據(jù)由集中器匯總并保存，然后通過電話線、專線或10KV載波等通道傳送到供電所主站微機，進行有關(guān)電量計算、線損考核，分類匯總查詢及有關(guān)報表單據(jù)打印等工作，可在指定時間實現(xiàn)電能表累計電能量的凍結(jié)。 2）故障檢測 系統(tǒng)中任一級通信中斷24小時以上有提示報警，并記錄其發(fā)生的時間；用戶電能表連續(xù)停轉(zhuǎn)，系統(tǒng)能提示并可記錄其停轉(zhuǎn)起始和終止的時間；當(dāng)用戶當(dāng)日用電量發(fā)生突變時，系統(tǒng)可予提示報警。 3 ) 負(fù)荷曲線統(tǒng)計 系統(tǒng)可紀(jì)錄每一負(fù)荷在統(tǒng)計日內(nèi)一天內(nèi)的負(fù)荷曲線。當(dāng)用戶用電量發(fā)生突變時，主站有報警，以利于用電管理。可對某一線路或某一配電區(qū)的用電量進行電量平衡分析。 4）主站軟件功能 全部用戶資料及電價設(shè)置，遠程修改參數(shù)，電量統(tǒng)計報表，線損考核計算，保安器臺帳管理，各種數(shù)據(jù)資料查詢、打印、電費結(jié)算管理，異常用戶提示，操作員權(quán)限口令設(shè)置。 4.2.2 集中抄表系統(tǒng)實施方案 遠方抄表的自動化系統(tǒng)中，通常采用RS-485、低壓配電載波等方式，實現(xiàn)電能表到抄表集中器，以及抄表集中器到抄表交換機間的通信。而抄表交換機至電能計費中心計算機系統(tǒng)之間，一般采用電話線或?qū)Ｓ镁€方式傳送。在一個配電變壓器范圍內(nèi)，連接每一個用戶的配電線實際上也組成了一個網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)不但可以傳輸電能，同樣也可以 抄 表 主 站 用戶表計 MODEM MODEM MODEM MODEM 集中器1 集中器2 集中器5 集中器3 集中器4 MODEM MODEM 電話線 小區(qū)1 小區(qū)2 小區(qū)3 采集終端 用戶表計