尽管我国的配电网自动化工作目前已进入试点实施阶段,但对于配电自动化的认识仍然众说纷纭,下面仅对配网自动化的概念、目标、范围阐述本文的观点

1、配网自动化的体系结构

(1)配网自动化的基本问题:

尽管我国的配电网自动化工作目前已进入试点实施阶段,但对于配电自动化的认识仍然众说纷纭,下面仅对配网自动化的概念、目标、范围阐述本文的观点:

a.概念:配电网自动化首先表现为一种集成化自动化系统,它在在线(实时)状态下,能够监控、协调、管理配电网各环节设备与整个配电网优化运行。

b.目标:提高供电可靠性、改善电能质量和提高运行管理效率(经济运行)。

c.范围:以10kV干线馈线自动化为主,覆盖了400V低压配电台区自动化,延伸到用户集中抄表系统。

(2)配网自动化的体系结构:

配网自动化是一项系统工程,完整的配电网自动化系统包含了四个主要环节:供电网络、远动系统、通信系统、主站网络。目前存在的误区之一:过分强调自动化及软件功能,忽略电网的根本需求。

(3)实施配网自动化的技术原则:

a.可靠性原则:实施配网自动化的首要目标是提高配电网的供电可靠性,实现高度可靠的配网自动化系统要遵循以下原则:①具有可靠的电源点(双电源进线、备自投、变电所自动化)。②具有可靠的配电网网架(规划、布局、线路)。③具有可靠的设备(一次智能化开关、二次户外FTU、TTU)。④具有可靠的通信系统(通信介质、设备)。⑤具有可靠的主站系统(计算机硬件、软件、网络)。

b.分散性原则:①由于配电网的地域分布性特点,建立配网自动化系统希望功能分散、危险分散,采用具有智能的一次设备(如重合器),故障就地解决。对于县级规模的配电网,复杂性并不高,提高可靠性供电,通常双电源即能满足实际要求,推荐重合器方案,并且在10kV干线适当配置开关数量,使保护配合能够实现。②为进一步提高整体系统的安全可靠性,主站软件功能分散,以SCADA为主体的实时监控功能独立运行,以GIS(地理信息系统)为主体的在线管理功能独立运行,电网分析计算功能独立运行,各功能间内核(数据库、微内核调度等)一体化设计,保证信息的可靠、高效、优质共享。

在实施配网自动化工程中,存在着另一误区:以GIS代SCADA(如ARCINFO),实时处理图形,增加了计算机工作负担,人为地降低了系统安全可靠性。以提高供电可靠性为第一目标的架空网,SCADA实时监控为重点,确保主站信息处理及时,GIS在线管理为次;而以运行管理为主要目标的电缆网,应区别对待。

2、配网自动化的实现技术

(1)供电方式及一次设备:

受地域与经济发展因素的影响,我国的配电网在管理上划分为城市电网(大中城市)与农村电网(乡村、县城),城市电网以电缆网方式为主,农村电网以架空线方式为主。

配电网的供电方式由电源点、线路开关设备、网架(线路联结)三部分决定,电源点、网架的不同方式组合,架构了多种多样的供电方式,如单电源辐射状供电、双(多)电源互备供电、双(多)电源环网供电、网格状供电等,而线路开关设备如环网柜、重合器、分段器、断路器、负荷开关等提供了功能各异的供电配合方案。城市电缆网多采用环网柜(配负荷开关、真空断路器、SF6断路器等)作为配电线路主设备,农电架空线网多采用重合器、分段器、断路器、负荷开关等作为配电线路主设备。

以线路开关设备区分的供电方案主要有:电缆环网柜方案、架空重合器方案、分段器(自动配电开关)方案、断路器方案、负荷开关方案等。限于篇幅,本文不再仔细比较各方案的优劣,下面仅说明几个重要问题:

①评价架空网配网自动化供电方案优劣的首要依据是供电可靠性,包括故障下停电范围、停电次数、停电时间、恢复供电时间。

②在架空线网中,重合器方案具有现实的和技术的优点:实际中,架空线路故障的80%是瞬间故障,采用重合器隔离瞬间故障,能

大幅度提高供电可靠性;由于强电的危险性,线路发生故障时,希望现场问题就地解决,不宜扩大,减少人为复杂化;重合器的智能化程度高,使供电网络能独立运行,不依赖于通信系统、主站系统,同时可以统一规划,分步实施;由于故障多发生在分支线低压台区,支线可以用智能分段器与干线重合器保护配合。

③县级城市配电网的特点是架空线网、供电半径在5km以内,推荐双电源环网供电,并采用三开关四分段重合器方案。

④无论是依靠智能开关设备保护配合隔离故障还是通过通信、主站软件隔离故障,均希望简化电网联结的复杂性,对一般的城区和农网,采用双电源环网供电,完全能满足用户的供电可靠性要求。

(2)远动系统及二次设备:

配电自动化系统的远动主要实现FTU、TTU对线路开关、配电台区(变压器)的监控。远动系统及设备的可靠性功能主要包括保护动作、环网控制、远方控制、就地手动等四方面。配电自动化远动系统的主要问题是线路电源(仪表与操作电源)和传输规约,设计适用于户外环境的、可靠的不间断电源是实现配电自动化的一个难题。由于配电线路设备的地理分布性,目前变电所采用的CDT、POLLING规约,均不适用于配电自动化系统,新的101规约得到了一定程度的应用,它能否作为配电自动化远动传输标准,尚难评定,目前IEC正在制定新的传输协议标准。

(3)通信方案及设备:

配电自动化的通信方案包括主站对子站、主站对现场单元、子站对现场单元、子站之间、现场单元之间的通信等广义的范围。目前实施的完整配电自动化试点工程系统的通信方案指主站对子站、主站对现场单元的通信。通信是配电网自动化的一个重点和难点,区域不同、条件不同,通信方案也多种多样:光纤、电力载波、有线电缆、微波、扩频等,但总的来看,采用混合通信方案是比较符合实际的原则,通信干线(指10kV线路)用光纤(城市供电半径较短,同样有较好的性能价格比),支线(指低压配电台区)采用别的通信方式(根据距离干线远近、传输要求高低决定),远距离孤立点采用无线传输。

需要说明的是,配网自动化光纤通信通常传输一路数据,带宽在几十K即可,需采用专用光端机。配电载波技术是有着巨大前景的配电网通信技术,目前尚未达到实用化。

(4)主站网络与软件功能:

配电网自动化的主站功能包括SCADA实时监控、GIS(地理信息系统)在线管理、电网经济运行分析等,主站框架要突破传统的单一调度自动化系统C/S模式,以P-P-C/S-B/S一体化架构,充分体现分布式网络的管控一体的综合集成系统特点,计算机网络与软件平台技术充分体现功能与开放,并提供与异构系统跨平台接口,与调度、负控、MIS、CIS等自动化子系统实现无缝集成。

从供电局的实际需要和发展需求出发,目前的配电自动化系统应该实现配(网)调(度)合一的设计,技术上统一平台,管理上易于维护(考虑到尤其是县级供电局自动化技术力量不足的实际困难),经济上节约资金(包括节约建设资金和维护费用),同时也奠定了将来电力企业信息化的基础。在做法上,重视已有的调度自动化的升级改造与建设配网自动化统一考虑,新上调度自动化与建设配网自动化统一考虑。

需要说明的是,配电网自动化系统实现监控与管理一体化,在技术上体现在信息的高效共享,而不仅是通过数据转换的松散联网。GIS应与CIS、CRM管理密切结合,设计要分布式、网络化,引入GPS定位系统,提高供用电维护、检修等自动化水平,提供优质服务。

3、实施模式

为提高配网自动化系统的效率、降低技术难度,依据配电网规模的大小,配网自动化的实施模式主要区分为县级城市、大中城市两种情况:县级城市等小规模配电网可以集中管控,一个配网主站、一级通信网络;而对大中城市,以小区化建设,类似调度自动化方式,以小区设备群为单元,实施”单元化终端-分布式结构-分层网络-功能集成-多级管控”的配电调度系统模式,解决信息瓶颈,提高系统总体监控/管理效率。

4、突出的问题

(1)户外运行:配电线路设备的户外运行环境,对开关主设备、远动设备、通信终端设备等提出了更高的要求,主要是保证温度、湿度、抗凝露、抗老化、抗风沙等指标,在开关的外绝缘材料、电子设备的设计、元器件筛选等方面特殊考虑。

(2)通信可靠性:配电网自动化系统主要担负着实时监控配电网安全可靠运行的职能,电网的供电可靠性首先由供电方案决定,在线路开关的自动化、智能化程度较低的配电网中,整个系统性能对主站与通信的依赖性强,而配电网的广域地理分布性,使通信传输的可靠性成为建设可靠的配电网自动化的难点之一。对于供电网络采用重合器方案,解决了对通信的强依赖性问题。

(3)电源:配电线路上的电源用于提供开关、监控单元的工作动力,其来源有二:在线路正常供电条件下,由电源变压器从线路取电;线路失电时,启动后备电源(UPS)供电,对于操作开关的大电流可通过大电容储能放电提供动力。存在的难题是不间断电源(UPS)户外运行问题,尤其高低温对蓄电池工作的影响。