摘要：文章在对10kV配网自动化的重要性与关键构成原理进行介绍的基础上，对包括搭建系统的前提要求与组成结构进行了说明。对环网控制系统的可行性、环网自动化对于可靠供电的作用进行分析。
关键词：10kV；配网系统；自动化；可靠性
引言
配网自动化是智能电网发展的重要组成部分，也是提升配网运行管理水平的重要技术手段，其在正常状态下，可以实时监测配电网的电压、电流、保护、告警、动作信号等，对配电网的用电风险、设备状态进行监视和分析，利用配电网的电压水平与无功功率等，提出优化后的配电网工作状态策略，有效提升配电网的安全性、可靠性以及经济性。而当配电线路发生故障时，其能依据监测到的故障电流或故障电压，及时判断故障发生的区域，实现故障的快速定位，故障区域的快速隔离以及非故障区域恢复供电。
１ 配电自动化系统的构成
系统的设计最重要的是要从实施层次结构层面进行开展。系统应采用多层Ｃｌｉｅｎｔ－Ｓｅｒｖｅｒ结构，通过复合结构来满足功能实现与后期扩展的需求，使用软件客户端进行支持，同时包含有数据采集与监视控制（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ ＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，简 称ＳＣＡＤＡ）系 统、配 电 自 动 化
（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，简称ＤＡ）系统以及地学信息系统（Ｇｅｏ－Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＧＩＳ）等功能系统的集成，构成完整的一套自动化系统，并在系统内开放接口，以预留与管理信息系统（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＭＩＳ）等的沟通与联系。
按分层结构而言，系统可以设计为由主站、集控站、小区主站等３个层次来构成，示意图如图１所示。主站即主要面向低压用户供电的、覆盖范围最广的整个配电系统生产指挥协调中心；集控站面向低压无人变电站，从局部小、微电网的角度对所辖区域与设备进行综合监测、控制与管理，可开展决策分析工作；区域内主站通常对单个开闭所或开关站开展自动化控制。这３个层次的站点均布置有故障处理与供电恢复功能。根据就地处理的工作原则，主站负责所辖区域的整体调控与监测、管理，小区主站则主要负责相应区域内各电气设备的管理与控制。
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图１ 三层架构的城市配网自动化系统
图１中的粗线连接线表示主站与集控站采取以太网进行信息互联，细线是指通过电力线载波通信等进行信息传输。在条件允许，有相关基础设施支撑的情况下，均可转由光纤网络进行更高质量的通信。
配电主站作为整个系统的枢纽组件，其承担的信息接收、处理、存储与指令下达等任务在局域电网的运行中对于电能合理传输与保证电能质量方面意义重大，故其所配有的设备最为齐全，功能最为综合。主站主要通过网络通信沟通机房工作站内电脑设备与各集控站信息以及ＲＴＵ、ＦＴＵ等设备信息，并设有数据存储设备以记录其覆盖范围内的各类信息。配电集控站则可以认为是小型化的配电主站，主要承担相应的设备运行监控职能。配电小区主站的工作范围通常设定于一个开闭所／开关站内，主要完成数据采集、数据处理以及故障的隔离与恢复功能。保证数据传输通道的正常是实现配电自动化的核心条件之一，从而保证可以将控制中心根据决策结果制定的指令及时、无误地传递给各终端设备，并可以高效、完备
地接受各下级设备的工况数据信息。此外，自动化系统采取的分布实施方案要求通信系统可以实现从ＦＴＵ与配电变压器监测终端（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔ，简 称ＴＴＵ）的通信，即终端间的通信。
２ 配网自动化的应用与分析
随着电网建设的持续推进，行业以及居民用电量累年递增，各类负荷对于供电可靠性的需求也在提高。随着电力行业的企业市场化改革持续深入，根据对企业运行经济效益与管理方式改革的要求，建设配电系统自动化成为业内的实际要求。配网改造工程的推进使得配电、供电网络架构得到了较大的优化，在一次设备的基础上，实现配网自动化已经具备实施条件。
在一次网架的基础上，建设、使用配套的二次监控设备系统，即配电网系统才能有效实现自动化。为了满足可对负荷持续提供电能的要求，配网自动化一般采用环形网控制技术，就是在同一个供电区域设置两个以上的电源，平时连接两段的分段开关是分开的，在其中一部分出现故障时，隔离故障点后，非故障区的用户由另一段电源供电，以尽可能保证局域电网运行的经济效益与安全性能。高速实现网内的故障处理与及时恢复工作状况正常区域的供电是配网建设的目标与目的。全自动化工作模式的推动可以极大程度地提高区域供电的稳定性。
２．１ 环网控制对组件的要求
一次电网结构是推行环网自动化控制的条件，这要求配网的一次电网结构采用多电源供电，即可保证１０ｋＶ线路上的负荷拥有超过两个的电源可以进行供电。这可以保证当出现故障时，故障点可以被主动隔离出正常网络，而其他正常线路自动重新接收电源的供电，实现供电网络重构。构建双电源供电的环路开关站结构，则可以保证供电条件与负荷转供能力，这一结构可以满足环网自动控制的要求。在自动化设备方面，环网柜开关站使用具有电 流采 集和 通信功 能的ＦＴＵ，这种设备能够实时传送线路上三相电流和开关的状态量（如开关的分合状态），及时向上级站传输故障相关信息。开关站采用ＲＴＵ设备，实时对站内各开关设备的工况进行数据采集与汇报。ＦＴＵ与ＲＴＵ设备可为环网控制提供必要的条件。
要保证ＤＡ系统能够准确无误地进行故障隔离与非故障区域正常运行，必须确保环网中的终
端设备的信息、特别是故障信息和变位遥信的信息能够及时准确地传送到系统主机，需要保证通信信道可以稳定、正常工作。一般情况下，采用光纤作为通信介质，把这些自动化设备联接起来，构成一个完整的环网通信系统。现采用联接光纤的光端机，该设备具有双环网自愈通信功能，在通信环路出现通信点故障时不影响其他设备的通信，可以极大程度地提高自动化通信的稳定性。
环网控制系统软件具有ＳＣＡＤＡ功能，可实时监测连接于馈线上的各个终端设备状态，当线路出线故障时，自动化控制软件能够收采环路上ＲＴＵ和ＦＴＵ发送的故障信息。根据终端上报的故障信息和遥信变位情况，启用网络拓朴分析进程，快速定位故障发生位置，并且能够智能地制定隔离故障点并快速恢复正常运行线路供电的措施。采用ＴＯＰ２００环网控制系统，能够实现所管辖区域的配电设备和馈电线路实时数据的采集处理，对具有远动功能的配电设备进行监控，以及时处理故障并恢复正常运行线路供电。同时，还能实现向上一级配电主站系统进行数据的转发与处理主站制定的指令，有效减少主站系统的工作量。
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图２ 有、无故障自动处理能力的故障后反应与处理时间对比情况
实施环网自动化控制系统之后，系统实现的故障处理与恢复供电的能力可以有效增加对负荷的供电可靠性。可靠性分析主要是对系统可以按规定向用户连续供电的能力进行评估，相关指标主要包括停电频率、平均每次停电时间和年停电时间。图２显示了不同条件下的典型线路处理故障的反应与处理时间。图２（ａ）显示的是缺乏自动处理故障能力，仅依靠用户进行举报，再通过配电中心依照举报地点进行现场处理的故障后反应与处理时间，图２（ｂ）则是具备故障自行处理能力的故障后反应与处理时间。对比两图中的反应与处理时间，可发现具备自动处理故障能力的系统与无处理故障能力系统相比，断电时长降低了８０％左右，供电可靠性得到了极大提高。
２．２ 配网系统设计与分析
设计的配网系统由１个１０ｋＶ开关站与１０个环网开关站构成，１０ｋＶ开关站的两回出线向环网提供两个电源点，在每个环网开关站中有一个两进两出的环网柜。开关站的开关柜上装设微机保护及监控装置，具备过流、速断、零序保护功能，同时具有遥测、遥信和遥控“三遥”功能。在开关站内安装型号为ＴＯＰ２０Ｎ的ＲＴＵ设备，实时监测开关站内各开关设备的运行状态；在10个环网开关站环网柜配备Ｔａｌｕｓ２００ＩＦＴＵ，具有故障检测功能。ＴＯＰ２００环网控制系统放于鼓浪屿供电所内，环网控制系统与各个ＦＴＵ通过光纤进行通信。
建立环网控制系统的目的是使调度人员对此环网的运行情况进行监视，并能进行可靠遥控，线路出现故障时系统通过收集各ＦＴＵ的故障信息，根据系统当前运行情况及线路拓扑结构，迅速找出故障点，并给出有效隔离故障点方案。数据收集与采集以及综合信息控制系 统ＴＯＰ２００Ｐ主要包括ＳＣＡＤＡ、ＤＡＳ、ＧＩＳ以及设备管理功能。数据功能主要是面向端设备（ＦＴＵ与ＲＴＵ等）开展数据收集的通信软件模块，可实现数据接收、采集、处理与转发以及发送下行命令的功能。包括通过查找末端故障部件确定故障区域；隔离故障区域；恢复非故障区域的供电；追查故障处理记录。同时系统还配有界面操作、ＧＩＳ绘图、电子报表等多项功能。
３ 结束语
随着城市化进程的进一步发展，配电系统的规模不断扩展，配电运行中供电可靠性更加重要。在配电运行的过程中，提供其供电可靠性的方法很多，相关的工作人员应当根据其故障性质不同，采取科学合理的处理方式。加大配电系统自动化建设和维护工作，完善配网系统的管理制度，提高工作人员的技术水平和综合素质，有效降低故障发生率。
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论文作者:温剑峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
标签：故障论文; 系统论文; 环网论文; 主站论文; 设备论文; 通信论文; 区域论文; 《基层建设》2019年第28期论文;