市配網(wǎng)自動化技術與可靠性

市配網(wǎng)自動化技術與可靠性研究摘要：目前正在進行的城市電網(wǎng)改造和農(nóng)村電網(wǎng)改造，對提高城市配網(wǎng)自動化技術與可靠性水平提供了良好的機遇。文章針對目前城市電網(wǎng)現(xiàn)狀并結(jié)合城市電網(wǎng)建設規(guī)劃，提出了建設適應現(xiàn)代化需求的城區(qū)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的解決方案。關鍵字：電網(wǎng)改造配網(wǎng)自動化技術供電可靠性0引言隨著電力事事業(yè)的迅速發(fā)發(fā)展，用戶對對供電質(zhì)量和和供電可靠性性的要求越來來越高。城市市電網(wǎng)改造對對提高城市配配網(wǎng)自動化技技術與可靠性性提出了亟待待解決而且必必須解決好的的課題。目前前，全國電網(wǎng)網(wǎng)主要以500kV和220kV電網(wǎng)為主主網(wǎng)架，有的的已形成環(huán)網(wǎng)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)運運行，110kV電網(wǎng)作為為地區(qū)供電的的高壓配電網(wǎng)網(wǎng)，已全部開開環(huán)運行。從從目前情況來來看，現(xiàn)有網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構對于于大部分地區(qū)區(qū)的供電能力力不能滿足NN-1的要求。城城市電網(wǎng)改造造將給配網(wǎng)自自動化技術與與可靠性水平平帶來前所未未有的發(fā)展機機遇，城市電電網(wǎng)應在未來來的幾年內(nèi)加加速網(wǎng)架結(jié)構構建設和城區(qū)區(qū)配網(wǎng)自動化化系統(tǒng)建設，提提高供電質(zhì)量量和供電可靠靠性，以滿足足現(xiàn)代化建設設的供電需求求。1城市配網(wǎng)網(wǎng)自動化系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構由于現(xiàn)有有配網(wǎng)自動化化系統(tǒng)平臺不不統(tǒng)一，功能能單一，各系系統(tǒng)間很難實實現(xiàn)互聯(lián)和信信息共享，造造成重復建設設、信息資源源浪費，這些些現(xiàn)狀都極大大的限制了電電力系統(tǒng)的發(fā)發(fā)展。為此，需要要推出一種全全新的一體化化的配網(wǎng)自動動化系統(tǒng)體系系結(jié)構——就是把數(shù)據(jù)據(jù)采集與監(jiān)控控系統(tǒng)（SCADA）、配電管管理系統(tǒng)（DMS）、地理信信息系統(tǒng)（GIS）、管理信信息系統(tǒng)（MIS）、高級應應用軟件包（PAS）以及變電電站綜合自動動化、饋線自自動化、通信信系統(tǒng)集成為為一個體系結(jié)結(jié)構良好、平平臺統(tǒng)一、信信息共享、高效靈靈活的信息系系統(tǒng)(見圖1)。圖1城市配網(wǎng)網(wǎng)自動化系統(tǒng)統(tǒng)典型結(jié)構圖圖2城市配網(wǎng)自自動化系統(tǒng)設設計原則（1）城市配網(wǎng)自自動化系統(tǒng)遵遵循以下各項項開放式國際際標準(包括硬件平平臺標準，軟軟件平臺標準準，通信協(xié)議議標準，數(shù)據(jù)據(jù)庫標準以及及應用程序接接口標準等):①操作系統(tǒng)接接口符合IEEE、POSIX及OSI國際標準；②數(shù)據(jù)庫接口口符合SQL結(jié)構化查詢詢語言標準；；③人機界面符符合Motif，Windoows標準；④計算機通信信協(xié)議：TCP/IIP，X.25。（2）系統(tǒng)的可擴擴展性。主站站系統(tǒng)的規(guī)模模、容量、處處理速度、CPU負荷應有充充足的裕度。（3）系統(tǒng)實時性。滿足電力系統(tǒng)實時性的要求。（4）可維護性?？删S護性良好，提高了系統(tǒng)可利用率。3配電管理主站系統(tǒng)（DMS）3.1配電自動化系統(tǒng)技術特點一體化的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一套包括數(shù)據(jù)SCADA、GIS、PAS在內(nèi)的完整配電系統(tǒng)解決方案，是一個實時監(jiān)控和離線管理相結(jié)合的系統(tǒng)，將電網(wǎng)設備數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、電網(wǎng)接線圖形和地理圖形、圖形與數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，具有很高的安全性和集成度。系統(tǒng)具備軟硬件隔離的功能，而且系統(tǒng)軟件的運行跟網(wǎng)絡硬件設備類型無關，能適應包括光纖、配電線載波、無線通信等多種通信方式或組成廣域網(wǎng)的方式。在開放式支撐平臺的基礎上，系統(tǒng)具有開放性、可靠性和易用性。SCADA/GIS的一體化設計城市配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在設計階段應充分貫徹SCADA/GIS一體化設計的思想，主要體現(xiàn)在2個方面：一是數(shù)據(jù)建設、處理的一體化，二是應用的一體化。特別是實時GIS應用與SCADA/DMS的緊密結(jié)合，真正做到實時應用。配電自動化系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)建設的一體化，使得SCADA系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)共享同一套數(shù)據(jù)，采用同一個底層數(shù)據(jù)庫，無需再做額外的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，保持SCADA系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性，用戶在任一平臺上所作的編輯修改工作都可以自動表現(xiàn)在另一平臺中，減少用戶維護難度[1]。UNIX/NT跨平臺的完整系統(tǒng)城市配網(wǎng)自動化系統(tǒng)應是UNIX/NT跨平臺的完整系統(tǒng)，根據(jù)用戶需求，可以在全Unix環(huán)境、全WindowsNT環(huán)境、UNIX＋WindowsNT混合環(huán)境中完成基本相同的功能。Unix系統(tǒng)具有較高的安全性和穩(wěn)定性，但造價昂貴，不適宜大范圍配置，同時對人員的要求較高，培訓難，推廣不易，特別是在配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)等涉及部門、工作較多時較難實用化。而NT系統(tǒng)安全性也符合美國國家安全規(guī)定，盡管穩(wěn)定性等方面稍弱，但造價合理，適宜于大范圍使用，電力系統(tǒng)應用既要保證高度安全和可靠，又要能在各部門和科室中推廣實用。在對造價和人員培訓等方面作了充分考慮后，我們優(yōu)推薦使用UNIX＋NT跨平臺的方案，服務器端在UNIX系統(tǒng)上實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡管理功能，NT系統(tǒng)作為客戶端的平臺，既有好的性價比，人機交互更是友好，這樣能較好地解決安全、穩(wěn)定、實用等方面的問題。針對實際的配網(wǎng)電力高級應用軟件一體化配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的電力高級應用軟件（PAS）是調(diào)度人員和規(guī)劃人員對電力系統(tǒng)進行仿真分析和監(jiān)視控制的強大工具，在監(jiān)視電網(wǎng)運行狀態(tài)、優(yōu)化全網(wǎng)經(jīng)濟運行方式、分析電網(wǎng)安全性和降低或消除電網(wǎng)中不安全因素等方面都起著不可替代的作用。與高壓輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)一般是輻射型樹狀結(jié)構，環(huán)網(wǎng)少或沒有，支路參數(shù)R、X的比值較大，三相負荷不對稱問題比較突出。許多在輸電網(wǎng)絡上使用的經(jīng)典算法都不再適用。配電網(wǎng)故障檢測、隔離與恢復系統(tǒng)是配電管理系統(tǒng)中新增的重要功能模塊，能夠直接反映配網(wǎng)系統(tǒng)的自動化水平。故障檢測、隔離與恢復模塊應具有以下特點：（1）適用于各種網(wǎng)絡，對各種供電方式都能夠進行準確的分析計算，迅速恢復供電；（2）先進智能軟件完成系統(tǒng)全局性的分析判斷，考慮系統(tǒng)的實際負荷和網(wǎng)絡約束，對恢復方案進行相應的潮流校核，真實反映系統(tǒng)實際運行情況，確保系統(tǒng)安全；（3）軟件的智能判斷，對故障區(qū)段一次性定位、隔離，減少了斷路器的分合次數(shù)，避免了短路電流對設備和電網(wǎng)的多次沖擊，可延長設備的使用壽命；（4）人工智能與數(shù)值計算相結(jié)合，多種恢復方案搜索，在各種情況下都能夠給出相應的應對策略；（5）多目標模糊評價方法，恢復方案依評價結(jié)果進行排序，可供調(diào)度員進行參考，確保得到優(yōu)選的恢復方案；（6）能直接在單線圖上模擬故障隔離與恢復方案的全過程，能直接執(zhí)行相應遙控命令。適合電力系統(tǒng)特點的地理信息系統(tǒng)（GIS）地理信息系統(tǒng)是處理空間數(shù)據(jù)的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機信息系統(tǒng)，是近年發(fā)展起來的一門邊緣科學。GIS系統(tǒng)的引入為電力系統(tǒng)應用提供了全新的表達方式，更具現(xiàn)實性，更直觀易用，并對現(xiàn)有應用進一步擴展，使其具備空間管理、運算能力，實現(xiàn)更高一級的管理。一體化配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在總體設計及實現(xiàn)過程中一直注意充分考慮GIS的最新技術及其發(fā)展方向，結(jié)合IT技術的主流趨勢，注重電力系統(tǒng)GIS應用的特性，強調(diào)電力GIS建設不同于地理意義的GIS系統(tǒng)，應突出電力系統(tǒng)應用的特色，與電力系統(tǒng)的其他應用如SCADA、DMS等應能緊密結(jié)合，充分考慮數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)集成等關系，避免不必要的數(shù)據(jù)重復建設、接口不標準等潛在問題和安全隱患，這樣才能突出電力系統(tǒng)特別是配電系統(tǒng)建設GIS的優(yōu)點和特色。系統(tǒng)采用3層體系結(jié)構，C/S+B/S模式，提供Unix/NT跨平臺支持，推薦服務器為Unix，工作站應用以NT為主。采用Client/Server＋Browser/Server體系結(jié)構。C/S模式提供常規(guī)的客戶/服務器應用，實現(xiàn)豐富而功能強大的客戶軟件，而B/S模式提供瘦客戶端應用，實現(xiàn)統(tǒng)一瀏覽器風格的應用，可滿足大量的查詢分析、統(tǒng)計打印等功能，二者相結(jié)合則相得益彰，相互補充，具有較多的優(yōu)點。GIS系統(tǒng)配置圖見圖2。圖2GIS系系統(tǒng)配置4配電自動化化遠方終端城市配配網(wǎng)自動化的的內(nèi)容是對城城域所轄的全全部柱上開關關、開閉所、配配電變壓器進進行監(jiān)控，既既要實現(xiàn)FTU的三遙功能能，又要實現(xiàn)現(xiàn)對故障的識識別和控制功功能，從而配配合配網(wǎng)自動動化主站實現(xiàn)現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)運運行中的工況況監(jiān)測、網(wǎng)絡絡重構、優(yōu)化化運行以及配配網(wǎng)故障時的的故障隔離和和非故障區(qū)域域的恢復供電電。配網(wǎng)自動動化包括變電電站自動化、饋饋線自動化（環(huán)環(huán)網(wǎng)故障定位位、故障隔離離和自動恢復復供電、自動動抄表、負荷荷側(cè)控制、最最優(yōu)運行、無無功／電壓控控制）、配電電圖資系統(tǒng)、配配電管理信息息系統(tǒng)等。國國際上的配網(wǎng)網(wǎng)自動化正經(jīng)歷2個深刻的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變，一是由由多島自動化化向開放式、綜綜合集成的方方向發(fā)展；二二是電力市場場的興起與實實施，對從電電能表計到配配電管理軟件件都提出了新新的要求。為為了適應國際際配網(wǎng)自動化化由多島自動動化向開放式式、綜合集成成的方向發(fā)展展的趨勢，滿滿足目前國內(nèi)內(nèi)配網(wǎng)自動化化工程的具體體實際情況，北北京四方華能能電網(wǎng)控制系系統(tǒng)公司推出出了一體化設計計的配網(wǎng)自動動化遠方終端端CSF1006，他是按同同時面向變電電站（開閉所所）間隔與配配網(wǎng)自動化饋饋線而設計的的一體化現(xiàn)場場終端，具有有保護、測量量、控制以及及對饋電線路FTU的通信管理理功能，適用用于對變電站站(開閉所)10kkV饋出斷路器器在配網(wǎng)自動動化系統(tǒng)中的的管理。5國內(nèi)外配配電開關比較較5.1國內(nèi)一體體化配電智能能開關當前，智智能開關的技技術發(fā)展趨勢勢正從技術的的層面引領著著整個終端電電器的革新與與進步，提出出了“電器智能化”的發(fā)展方向向。所謂“電器智能化”是指將微處處理器技術、電力電電子技術、傳傳感器技術、網(wǎng)網(wǎng)絡技術、通通信技術和新新型開關制造造技術在傳統(tǒng)統(tǒng)電器裝置上上進行有機融融合，使其具具備智能化核核心。相對于于傳統(tǒng)開關其其應具備如下下特點：①高性能、高高可靠性；②免維護；③硬件軟件化化；④具備在線監(jiān)監(jiān)測和自診斷斷功能；⑤提供網(wǎng)絡化化遠動接口；；⑥功能自適應應等。從目前前的開發(fā)和市市場形勢看，智智能開關的中中壓智能斷路路器(10kV)的技術術發(fā)展主要體體現(xiàn)在對傳統(tǒng)統(tǒng)設備進行為為動態(tài)在線監(jiān)監(jiān)測提供遠動動接口的改造造上。這種改改造發(fā)展?jié)摿α薮?，而傳傳統(tǒng)的、功能能單一的一次次配電開關設設備將逐步被被淘汰。因此此，從配電系系統(tǒng)的全局著著眼，開發(fā)基基于節(jié)點（終終端）的智能能一體化開關關已勢在必行行。5.2國外配電電開關(英國)Hawkvvac155系列鐵殼開開關在外觀設設計上緊湊而而實用，同時時為操作者提提供了最高級級別的安全保保障。這種產(chǎn)產(chǎn)品遵循IEC660298標準。非常適適用于對供電電可靠性要求求較高的配電電網(wǎng)絡，包括括商業(yè)和工業(yè)業(yè)密集地區(qū)。DV型鐵殼真空開關主要是為滿足發(fā)電機和重要的工業(yè)領域?qū)╇姲踩缘膰栏褚蠖O計的。在外觀設計上采用金屬外殼，安裝方便靈活。目前，在世界各地得到廣泛的應用，包括電力、石油、化工行業(yè)。DV型開關全面遵循ANSI/IEEEC37.013標準。Eclipse（屏蔽式）型開關是采用勵磁技術產(chǎn)品中的一種，這種固定模式設計的Eclipse開關引入真空斷路器的操作機構，并且這種技術是當今世界上出現(xiàn)的最先進的操作機構，且可靠性高，終生免維護，完全可以滿足北京2008年奧運會對供電可靠性的需求。6配電網(wǎng)通信信網(wǎng)絡的構成成6.1光纖以太太網(wǎng)在配網(wǎng)自自動化中的應應用光纖以以太網(wǎng)配電自自動化實現(xiàn)方方案：(1)主站與子站站之間采用單單模光纖，以以光纖以太網(wǎng)網(wǎng)方式相連，通通信速率100M，需光纖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換模塊2對（2個子站）。(2)子站與干線線上環(huán)網(wǎng)柜、開開閉所、FTU之間采用光光纖，采用通通信處理機和和網(wǎng)絡交換機機，通過網(wǎng)絡絡交換機與主主干線FTU采用光纖通通信，其中FTU內(nèi)要加裝智智能光纖接口口；通過通信信處理機完成成變電站RTU接入，GPS接入，當?shù)氐鼐S護或遠傳傳、電子設備備接入等功能能。(3)干線TTU，支線FTU、TTU，通過雙絞絞線就近連到到干線的FTU，采用LonWoorks現(xiàn)場總線協(xié)協(xié)議，由FTU集中轉(zhuǎn)發(fā)信信息。圖3是光纖以太太網(wǎng)配網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)通信示意圖圖：圖3光纖以太太網(wǎng)配網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)通信示意圖圖圖4光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)配網(wǎng)系統(tǒng)通通信示意圖6.2光纖環(huán)環(huán)網(wǎng)在配網(wǎng)自自動化中的應應用光纖環(huán)環(huán)網(wǎng)配電自動動化實現(xiàn)方案案：(1)主站與子站站之間采用單單模光纖，以以光纖以太網(wǎng)網(wǎng)方式相連，通通信速率100M，需光纖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換模塊2對（2個子站）。(2)子站與干線線上環(huán)網(wǎng)柜、開開閉所、FTU之間采用單單模光纖，通通過光纖雙環(huán)環(huán)相連（采用用單模雙發(fā)雙雙收的光MODEM）實現(xiàn)帶自自愈的雙環(huán)通通信。(3)干線TTU，支線FTU、TTU，通過雙絞絞線就近連到到干線的FTU，采用LonWoorks現(xiàn)場總線協(xié)協(xié)議，由FTU集中轉(zhuǎn)發(fā)信信息。圖4是光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)配網(wǎng)系統(tǒng)通通信示意圖：：7結(jié)束語城市電電網(wǎng)應在未來來的幾年內(nèi)加加速網(wǎng)架結(jié)構構建設和城區(qū)區(qū)配網(wǎng)自動化化系統(tǒng)建設，提提高供電質(zhì)量量和供電可靠靠性，以滿足足現(xiàn)代化建設設的供電需求求。配網(wǎng)