浅谈配网自动化管理的应用

    摘要：城市10kV 配电网络系统是一个包括变电站、10kV配电网和用户在内的运行、监控、维修、用户管理的综合管理系统，本文主要对10kV 配电网运行管理自动化系统,包括了信息技术应用、自动化系统的组合等方面进行了探讨。

    关键词：配网自动化  运行管理  信息技术

    1 信息技术在配电网运行管理的应用
    信息技术主要用于设备管理、在线状态检测、用电管理等方面。由于安全是现代电力系统运行的重要指标，因此，为保证电力系统的安全运行，必须在运行过程中不断对其进行监测、分析和控制。以绝缘系统为例，其寿命在很大程度上决定了整个设备的运行寿命。电力设备的绝缘系统在负载运行过程中，长期处于电、机械、化学和具有某些不确定性的环境等应力或者因素的作用下，不可避免将逐渐老化；在系统的薄弱环节，甚至还会导致绝缘缺陷的出现，如未能及时察觉并采取适当的修复措施，就有可能引发运行事故，造成多方面的损失。

    配电网络的运行管理利用信息技术自动遥控和监测高压配电线上的开关设备和线路参数，以便及时发现并消除缺陷，并实现自动隔离故障区间、以最佳的方式恢复非故障区域供电的功能，为用户提供经济、可靠、稳定的电力供应。配电自动化地理信息系统（见图1）必须具备以下运行管理功能。
    在站内或馈线故障时，自动进行故障检测、隔离和恢复。 
    供电恢复的最佳过程由计算机给出,并能自动实现供电恢复。
    当发生过载或进行维护工作时，自动实现负荷平衡的配电网供电过程。
    变电站和馈线的监视实时地显示在带街区图的图形显示器上。
    给出用户和设备的连接信息。
    可打印出各种记录和报告数据。
    可为操作者训练提供仿真过程。

    2 配电自动化系统
    配电自动化系统由主站系统层、变电站自动化系统层或配电子站层、通信系统层和站端系统层四个层次组成。（见图2、图3）按硬件和软件分包括以下部分：

①智能开关；

②通信网络；

③监控、监测终端，FTU；

④配网自动化SCADA；

⑤配网自动化的基本高级应用软件；

⑥SCADA 与地理信息系统（GIS）的一体化；

⑦系统仿真软件；

⑧配电工作管理系统（包括网络分析、运行管理、设备检修管理工程设计、施工管理、配电规划设计系统等）；

⑨用电管理自动化（包括远程载波抄表系统、客户信息系统、负荷管理系统、用电营业管理系统、用户故障报修系统）；

⑩配电网能耗管理系统（如能耗统计分析，配电网在线经济运行和变压器负荷管理）；  和其它系统的接口（MIS 系统等）。

    2.1 智能开关 它既可以无须通讯线路实现电网的自动诊断故障、自动隔离故障段、自动恢复非故障段的供电，也可以与通讯系统相接，通过子站与主站的控制单元实现遥测、遥控自动化。分段模式的开关功能有：延时合闸，失电分闸，合闸闭锁。联络模式的开关功能有：延时合闸，时限闭锁，脉冲闭锁，两侧来电闭锁，一侧来电闭锁，闭锁自动解除。
    遥控接口可监视开关装置，正确指示开关的分/合/接地的位置。设有备用电池以便在失电时操作开关装置。遥控接口可通过一个开放的协议与控制中心通讯，也可与不同的通讯介质如PSTN 模块，无线电，光纤，DPLS 等进行通讯。合理选用通讯的方法是快速重组电网的一个重要因素。

    配电变压器的断路器必须能实现遥控，在故障时，保护装置将使线路上的馈电开关跳闸。

    对于供电安全性：选择电网关键点的电线杆上安装自动重合闸装置，并与选择电网的开断点一起实现监控，通过使用远动系统提高电网的供电可靠性。

    2.2 监控、监测终端 包括出线开关终端、分段开关终端、联络开关终端、开闭所开关终端、小区划变开关终端等，其基本的功能是信息的采集和处理、接受并执行遥控指令、事件记录及上报、闭锁功能、电源失电保护、参数设置、自诊断、自恢复、通讯功能。

    监控、监测终端的主要特点：
    采用交流采集，可检测电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电能等高精度的数据。
    具有强大的通讯功能，支持多种通讯规约，开放的通讯方式。
    具有遥控功能。

    2.3 通信网络 为了提高系统的控制管理能力和减少通讯端口设备，提高系统的可靠性，将系统分为若干子群，每个子群由几十个监控终端组成，并由一个通讯控制器管理。通讯控制器起承上启下的作用，对于上位，它接收从后台发来的各种指令，对下位，收集数据和转发后台的指令，并控制上、下位的通讯。

    对RTU、FTU 等监控终端通讯通道的状态及通讯质量进行监视，当主通道的通信出错率达到整定极限或此通道中断时，系统能自动切换到备用通道。

    可在线启停、切找通道，并进行运行监视报警，并对各通道的通讯出错次数进行统计。在网络接入方式时，也能进行正常的监视、报警提示。

    2.4 扩展SCADA 系统的功能
    功能的投切
    根据用电网的实际运行情况，由值班调度员通过控制方式进行远方微机装置的功能进行投入或退出的操作。
    定值的修改
    根据电网的运行方式，由值班调度员进行远方设备或修改微机装置的某些定值。
    SCADA 系统里的系统遥控操作必须按照顺序进行，因此提供防误操作的设置功能。
    拓扑网络着色
    通过网络拓扑分析，支持图形的线路动态着色功能和潮流方向标志功能。可实现线路检修停电着色，线路开关的分、合闸着色，线路带电着色，线路过压着色，线路电压等级着色，用动态流动的虚线或箭头等方式显示潮流方向。
    故障录波分析
    能搜集带有故障录波功能的FTU的数据，对其进行分析并给出波形。
    故障分析模块
    可以对各种方式进行故障计算，如：基于实时态的在线故障计算，确保开关的正常运行、基于研究态的离线故障计算，校验电气设备的性能。
    对称短路和各种不对称短路故障的计算。
    各种断线故障的计算。
    同杆并架线的跨线短路故障的计算。
    能处理电力系统的复合故障计算和分析研究。
    能直接在单线图上给出故障电压电流的相分量和序分量。
    故障隔离和恢复模块
    适用于任意结构的配电网络，如辐射状、网络状、多环网络等；并可以处理系统的多重故障。

    能进行系统的实时分析，与故障分析、系统的在线潮流、防误操作等模块紧密集成，根据SCADA系统采集的实时信息，采用软件智能方式对全网进行实时分析和判断，准确判断故障位置，保证系统安全。

    根据网络的实际连接方式和负荷水平，对多种故障恢复方式进行安全性和网络线损坏等经济性的校核比较，在确保系统安全性的前提下，给出最佳的故障恢复方案，使配变负荷的分配尽可能平均、尽可能减少停电次数、电压质量尽可能好等多种目标。
    经防误操作校核，恢复方案可以直接提交SCADA系统进行自动遥控处理，或者供调度员手动执行，二者可以方便设置。
    充分利用FTU的采集数据，利用电压、电流的突变量来对故障进行定位判断，使定位准确、快捷。

    3 结束语

    以安全最为重要。为保证电力系统的安全运行、保证电业工作人员和市民公众的生命安全，必须在配电网络运行过程中不断对其进行监测、分析和控制。随着配电网络建设规模的壮大，传统的人工运维模式对此越发显得力不从心，而实现运行管理的自动化。