1、城镇电网自动化建设探讨摘要：本文讨论了城镇电网自动化建设的设计原则并提出方案，对所提出方案进行详细分析测试，通过比较论证进行优选方案，最后进行了效益分析，阐述了城镇电网自动化建设的重要性与必要性。 关键字：城镇电网自动化建设 中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号： 引言 改革开放以来社会经济迅猛发展，人们的生活水平与生活质量不断提高，企业的发展对供电有了高层次的要求，用户对供电可靠性和电能质量的要求也越来越高，传统的电力系统运行模式和管理方法已不能满足安全、优质和经济运行的要求，所以国网公司开展了城农网改造工作，对配电系统进行大规模的改造，电网的调度自动化和配网自动化建设成为保
2、证电网安全运行和提高电能质量的必由之路。本人根据实际工作经验，谈谈县级城镇电网自动化建设。 一、城镇电网自动化的建设原则 贯彻“安全、可靠、稳定、实用、经济”的原则，设计上充分满足电网现状及将来发展的需求，选择稳定、成熟的产品，建设符合实际、实用化的系统。 1、配网自动化工程对城镇整个配电系统的自动化进行统一的规划和设计，采用集中与分布相结合，保证数据和信息资源的高度共享，避免重复投资和资源浪费，以期获得最大的投资效益。 2、采用技术先进、产品质量稳定可靠的开关设备；采用技术先进、运行稳定的通讯系统和自动化终端设备。 3、采用运行稳定、可靠的配网自动化模式。系统软、硬件采用层次化的体系结构，充
3、分保证系统的可维护性、可扩展性和实用性。 4、遵循各种相关的国际标准、国家标准，保证系统的开放性。 5、本方案将以高性能的地理信息系统作为整个 DMS 系统开发的支撑平台，使包括配电 SCADA 在内的 DMS 的所有子系统都构筑在地理信息的基础上，保证了信息的高度共享。 6、系统采用分层、分布式体系结构，保证能够分期、分阶段地逐步实施配电自动化的各项功能。 二、城镇电网自动方案的提出 方案一：电流型 1、站端馈线自动化方案介绍 FTU 就近安装在柱上开关本体处。由于采用了先进的光纤通道分时复用技术，一个物理光纤环网可构成 18 个独立的光纤逻辑网络通道，分别用于不同数据业务通信而相互不干扰，
4、每个通道具有相同的通讯速率（38.457.6kbps） 。多台 FTU 的 SCADA 系统数据通信业务占用一个通道，由主站管理。为了今后功能扩展还可以预留若干个逻辑通道。 每个独立的光纤网络中配置了保护控制单元。利用保护控制单元、高速现场保护总线与保护光纤网络纵向配合来完成配网自动化方案。因为该方案除具有故障检测、故障隔离与供电的恢复等网络重构功能外，还具有前后级高速纵向保护配合功能。对断路器线路能在故障发生后 0.1秒内准确迅速地就地清除故障，最大限度地减少事故停电面积，缩短事故停电时间；对负荷开关线路特别是电缆系统能在变电站出线开关跳闸后 0.1 秒内准确迅速地隔离故障，保证变电站出线开
5、关 1 秒后重合成功。主站系统与保护控制单元相结合，实现管辖范围内的配网自动化；也可以不依赖于主站、数据通信网与保护通道而仅依靠分布式 FTU 互相配合来完成故障检测、故障隔离与恢复供电。 FA 中的故障处理过程如下： 借助于光纤通道，利用时分复用技术，在光纤环网中设置保护控制单元（一块带保护控制功能的通信卡，可放置于主站） ，就可以让各 FTU互相“通话” ，高速判断短路故障点并在故障时就地快速清除（FTU 配断路器开关时） ，不用变电站出口动作（出口设置 0.3 秒保护） ；由于完成时间很短（0.1 秒保护出口时间） ，所以不影响正常的子站或主站的 FA 功能实现（故障后隔离、转移或恢复供
6、电） 。 2、典型三开关四分段方案 下面以一条典型的三台开关手拉手型架空线路，以之为例分析故障定位、故障隔离与转移供电方案。CB1、CB2 为变电站出线开关，R0 为联络开关，R1、R2、为分段开关。 主要参数整定： 变电站出线开关和所有开关整定 1 次重合闸，时间间隔 X 秒 所有线路开关的每段保护整定相同的定值和延时，并整定 1 次重合闸，时间间隔 X 秒。 变电站出线开关与线路开关的保护延时有 0.3 秒级差 R1、R2 开关失压无电流延时 Y 秒分闸闭锁 R0 开关失压延时 Z 秒合闸 所有支线线路开关整定过流 2 次分闸闭锁（需要将变电站出口开关和主干线上的断路器的重合闸设为 2 次
7、；如不需要区分支线的瞬时性故障和永久性故障，该项功能可整定为 1 次，则变电站出口开关和主干线上的断路器的重合闸设为 2 次） 根据位置不同分析主环故障情况。介绍如下： F1 点故障 瞬时性故障：CB1 出线开关按照相应定值延时跳闸 X 秒后重合闸成功。永久性故障：CB1 出线开关按照相应定值延时跳闸 X 秒后重合闸失败，再次跳闸，故障清除，主站系统已经完全巡检到了所有 FTU 的实时信息。主站命令 R1 立即分闸闭锁，主站命令 RO 合闸，完成供电转移与恢复供电。 后备方案：当主站、高速自愈光纤网络由于某种原因不能正常工作情况下，通过分布安装的 FTU 自身环网功能可以完成供电转移与恢复供电
8、。CB1 重合闸失败后，开始计时，延时 Y 秒后 R1 开关失压分闸闭锁，隔离故障；到延时 Z 秒后 R0 开关单侧失压合闸，完成了恢复非故障区域供电。 F2 点故障 瞬时性故障：R1 开关按照相应定值延时跳闸 X 秒后重合闸成功。 永久性故障：R1 开关按照相应定值延时跳闸 X 秒后重合闸失败，再次跳闸，故障清除，主站系统已经完全巡检到了所有 FTU 的实时信息。主站命令 R2 立即分闸闭锁，主站命令 RO 合闸，完成供电转移与恢复供电。 后备方案：当主站、高速自愈光纤网络由于某种原因不能正常工作情况下，通过分布安装的 FTU 自身环网功能可以完成供电转移与恢复供电。R1 重合闸失败后，R2
9、 开关的 FTU 收到保护子站广播的上级开关（R1）故障跳闸的信息后分闸闭锁，隔离故障；（从 R1 重合闸失败后开始计时）到延时 Z 秒后 R0 开关单侧失压合闸，完成了恢复非故障区域供电。 F3 点故障 瞬时性故障：R2 开关按照相应定值延时跳闸 X 秒后重合闸成功。 永久性故障：R2 开关按照相应定值延时跳闸 X 秒后重合闸失败，再次跳闸，故障清除，主站系统已经完全巡检到了所有 FTU 的实时信息。发现无需处理自动返回，R0 保持分闸状态，完成供电转移与恢复供电。 后备方案：当主站、高速自愈光纤网络由于某种原因不能正常工作情况下，通过分布安装的 FTU 自身环网功能可以完成供电转移与恢复供
10、电。R2 跳开后，R0 开关的 FTU 收到保护子站广播的上级开关（R2）故障跳闸的信息后分闸闭锁保持分闸状态，隔离故障。 F4 点故障（此类支线上故障无需主站参与） CB1 出线开关按照相应定值延时跳闸，S1 进行过流脉冲计数 1 次立即分闸闭锁，故障清除 X 秒后 CB1 重合闸成功，主站系统已经完全巡检到了所有 FTU 的实时信息。发现无需进行任何处理。 F5 点故障（此类支线上故障无需主站参与） R1 开关按照相应定值延时跳闸，S2 进行过流脉冲计数 1 次立即分闸闭锁，故障清除 X 秒后 R1 重合闸成功，主站系统已经完全巡检到了所有FTU 的实时信息。发现无需进行任何处理。 F6
11、点故障（此类支线上故障无需主站参与） R2 开关按照相应定值延时跳闸，S3 进行过流脉冲计数 1 次立即分闸闭锁，故障清除，X 秒后 R2 重合闸成功，主站系统已经完全巡检到了所有 FTU 的实时信息。发现无需进行任何处理。 故障处理后又发生 F7 点故障 F1 故障处理后线路拓扑关系如下图，此时又发生 F5 点故障，数字式纵向逻辑保护和控制技术方案仍然让离故障点最近的开关（R2 断路器）按照相应定值保护跳闸，很好的做到线路故障后再发生故障时开关保护跳闸的选择性 优点：当线路发生故障时，只是它的上一级开关动作，实现故障区隔离。同时当通讯系统出现故障时可以自动转换为电压型。 缺点：配网自动化必须
12、是一次性投资建成。 方案二：电压型 1、站端馈线自动化方案介绍 随着城网改造线路的无油化、绝缘化，一年内线路故障发生的几率相对比较低，那么配电自动化设备与系统的配合采用了这样一种设计思想，即利用设备的智能化功能，就地保护将故障隔离，利用系统的集中管理功能完成负荷转移、优化等高级功能，顺应了目前 10kV 由集中保护向就地保护发展的需求。由于杆上设备本身具有就地处理故障的能力，因此不需要通信系统的介入就可以完成馈线自动化功能，从而大大地提高了设备和系统的工作可靠性。 由于杆上设备具有对故障的隔离处理功能，从而保证了系统真正全力地完成对配电网经济运行和实现整个配电网的计算机管理，使配电网达到一个多
13、层次的管理阶梯。 在配网自动化阶段，网络重组、负荷转带、经济运行，开关需要频繁动作。负荷开关正好满足频繁操作的要求。 2、FA 中的故障处理过程如下 对于分段点位置的开关，在正常工作时开关为常闭状态。当线路因停电或故障失压时，所有的开关都打开。在第一次重合后，根据控制器设计的延时设置，线路分段一级一级的投入，直至投到故障段后线路再次跳闸，故障区段两侧的开关因感受到故障电压而闭锁。当站内断路器再次合闸后，正常区间恢复供电、故障区间通过闭锁而隔离。 对于联络点位置的开关，在正常时感受到两侧有电压时为常开状态，当一侧电源失压时，该联络开关开始延时进行故障确认，延时时间整定值为故障侧线路完成对故障确定
14、并闭锁的时间。在延时时间完成后，联络开关投入，后备电源向故障线路的故障后端正常区间恢复供电。 一条馈线上的杆上设备与变电站内的出线断路器配合，通过重合闸后各开关控制器检测的两侧电源状态，来决定管理区段是否故障、控制器是否应当闭锁，再通过计算断路器从合闸到分闸的时间间隔来计算出引起线路跳闸的线路区段，由站内的故障指示设备指示出发生故障区段，通知运行人员检修。通过这种方式，线路实现了故障区段的隔离、非故障区段的供电恢复，并迅速通知站内人员故障发生区段，进行电力恢复。下图所示手拉手线路为例，CB1、CB2 分别为线路站 1 和站 2 的出线断路器，线路上分别安装了开关 “A”“B”“C”“其中除作为
15、联络开关的“B”为常开开关外，其余在正常工作时为常闭。这些开关的控制器具有延时设置键，根据线路的状况，分别将“A” “C”的控制器延时设为7s、7s，表示当各级开关在感受到一端来电时，通过上述的延时时间完成关合，而环网点开关“B”的控制器延时时间设置为 45s。 配网供电的故障隔离过程 下面给出了当线路 b 区段发生短路故障时，整条线路的工作过程。 （1）在正常状态下，CB1、CB2 和除 “B”以外的所有开关均关合。 （2）假设当故障发生在 b 段，因短路引起断路器 CB1 跳闸， “A”因失压而同时断开。这时， “B”的控制器因感受到一侧掉电而开始计数。（3）断路器 CB1 经过延时后重合
16、闸，开关顺序延时关合至 “A” 。 （4）当关至 “A”时，因再次关合短路点引起线路再次跳闸。这时，“A”因感受到其区间故障而锁扣。 （5）CB 通过再次重合闸，顺序延时将正常区间恢复供电。 通过上述工作方式，系统完成环网结构的供电恢复。 优点：可以分期投资，通讯与电网分期建设。 缺点：变电所、线路开关动作频繁。即线路发生故障时此线路所有的开关全部动作。 通过比较论证，选择方案一，它比较符合县级电网建设的实际。 三、通讯系统 主站系统：采用 24 端口 100M 以太网交换机组成局域网（或双网） 。 主站-FTU：主站与自动化终端采用光纤自愈环进行通信（见图 3-1） 。为了实现一次线路网络能
17、够实现数字式高速纵向保护配合功能及做到短路故障就地快速清除，建议采用多通道 TDMA 串行异步自愈环通信方式。建议配网自动化主站系统与自动化终端采用 IEC60870-5-101 传输规约进行通信。 主站-TTU：TTU 终端采用 FSK 总线方式组网进行通信，每个 TTU 箱体中安装 1 个 FSK 通信模块；主 FSK 模块安装在 FTU 箱体内，其引出的RS232 串口与光端机的其中一个通道连接；再通过光纤自愈环传到主站。 其它数据通道：在通信设计方案和所选通信设备配置中预留一定数量的通信通道，为以后其他数据通信任务或网络调整提供方便。 四、效益分析 1、配网自动化建成后，城镇电网的供电方式发生了改变，实现了 N-1 的供电模式。增强了城镇电网的供电可靠性，保证了城市生产和生活用电。 2、缩小了事故停电时间及事故停电范围。如果改造前处理事故时间为 5 小时，改造后用时为 1 小时即可恢复供电 3、实现了无故障区域的供电转移。 4、减少了事故停电的电量损失。 5、提高了电网运行的管理水平，保证了电网的安全经济运行
