配电系统自动化规划及应用原那么.docx

配电系统自动化规划及应用原那么 align=left概述配电系统自动化是城市电网规划建立的重要内容，施行配电系统自动化，应当在规划和建立好城市配电网网架的根底上，紧紧围绕进步供电可靠性和电能质量、改善对用户的效劳、进步供电企业的经济效益三大目的。经过“九五大规模的城市电网改造，很多大中城市的电网已经根本具备施行配电系统自动化的条件，但我国配电系统自动化的理论时间不长，很多技术问题有待运行理论的考验，功能有待于逐步完善。为此，我们必须制定好本地区配电系统自动化的开展规划和施行方案，期望配电系统自动化在我国有一个较大的开展。b1配电自动化的主要功能/b配电系统自动化的主要功能应包括：1调度自动化SCADA。2变电站自动化系统。3馈线自动化FA、配网自动化DA。4配电网自动制图设备治理地理信息系统AMFMGIS。5用户故障投诉报修系统TCM。6配电工作治理系统DJM。7配电网应用软件。8用电营业自动化系统。9负荷治理系统。10远方自动抄表系统。11配电变压器在线监测装置。12中、低压侧无功补偿的自动控制。在以上功能中，17为当前要重点开发的功能，其他为已经和正在施行的相关子功能。其中调度SCADA，其常规功能与现有产品一样，但为实现配网自动化，还必须进展功能的扩展和开发。b210kV馈线自动化/b21馈线自动化的分类按照施行的原理分：电压型或者称电压时间型日本形式馈线自动化，电流型美国形式馈线自动化，改良的电压型馈线自动化，远方控制型馈线自动化。按照有无信道分：无信道的馈线自动化，有信道的馈线自动化。按照远方控制类型分：由变电站控制的馈线自动化二级主站，由调度控制中心控制的馈线自动化一级主站。22电压型馈线自动化无信道图1表示了一个电压型馈线自动化，当在区段2发生故障时的动作经过示意图。变电站A侧的10kV馈线分为4段，通过联络开关LD与对侧变电站的馈线联络。线路断路器CB1上配置继电保护装置，用来切除故障电流。线路分段开关FD1-FD3采用负荷开关，其动作特征为：1当分段开关两侧失压时，分段开关瞬时自动分闸。2当分段开关一侧带电时，经x秒时间自动合闸。3合闸后有电检出时间整定为y秒，当yx时，判定为正常状态。当yx时，判定为合闸永久故障，在第二次失压后将永久闭锁重合闸。4联络开关LD可以手动或者自动方式。在自动方式，当一侧有电另一侧失电时，经过大于线路一侧断路器切除永久故障两次重合的全部周期的延时自动合闸。/alignalign=leftimg=610,446zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zjdl/2001-1/2-1.jpg/img电压型馈线自动化的特点为：1采用负荷开关作为分段开关，本钱比采用断路器低约低20。2主要靠事先设定的逻辑配合完成规定的动作程序，防止了复杂的继电保护整定配合。3对不具备信道条件的配电网，有其推广价值。其缺点主要有：1恢复供电的时间相对较长。2对切除永久故障，主供线路侧重合两次受短路电流冲击两次与没有实现馈线自动化情况一样，备供线路侧也要重合一次并受到一次短路电流的冲击，且涉及线路对侧的用户不必要的短时间陪停电。3要对变电站馈线现有的保护及重合闸装置进展改良，使之与动作逻辑相适应，或者另加重合器。23电流型馈线自动化无信道这种类型主要在美国城市配电网中应用。在图1中的分段开关、联络开关均采用带重合功能的断路器，并且配置继电保护装置，当在FD1FD2之间的区段发生故障时，由靠近故障点的分段开关FD1和FD2的继电保护装置动作将故障切除。电流型馈线自动化的优点是逻辑关系简单，可以快速隔离故障，一个区段故障不影响其他区段的供电。其缺点是断电保护配置和整定复杂。以下对采用定时限和反时限电流保护的两种配置方式进展分析：1采用定时限电流保护瞬时或者限时电流速动保护由于城网10kV线路供电半径短，仅35km，再经过分段以后，每段线路始端和末端的短路电流程度变化不大，电流速动保护几乎没有保护范围。过电流保护由于10kV馈线过电流保护已经是电网中最末一级的后备保护，其动作时限一般取115s。要保证与馈线上几个分段开关保护装置在时间上的逐级配合，考虑分段开关的固有分闸时间约200ms，时间级差至少要0305s，用定时限过流保护也是无法配合的。2采用反时限过流保护利用保护装置的反时限动作特性获得配合。在美国获得了成功的运行经历，但反时限过流保护的整定配合特别复杂。国内城市电网不宜采用电流型馈线自动化方案。在农村电网中是否可以采用电流型馈线自动化方案，也需要针对详细电网进展分析后确定。24改良的电压型馈线自动化国内针对电压型馈线自动化的上述缺点正在开发电压型馈线自动化的改良产品，下面介绍两种方案：1分段开关具有检测短脉冲脉冲电压30额定电压，持续时间150ms闭锁反向来电合闸功能。图2表示在区段2发生永久故障时的动作经过讲明略。当FD1合闸于故障时，FD2已检测到一个极短的带电脉冲，对反向来电其合闸回路被永久闭锁，故障区段被隔离。/alignimg=566,282zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zjdl/2001-1/3-1.jpg/img该方案有新的思路，对不对称故障均可实现反向来电闭锁。缺点是当发生三相短路时，故障点以远侧的分段开关可能检测不到短脉冲信号，因此无法实现反向来电闭锁。2分段开关、联络开关带后加速保护在图1的根底上，做了以下改良：分段开关和联络开关全部采用断路器，在分段开关和联络开关上配置带重合闸后加速的保护装置，该装置仅在重合闸启动后投入。后加速保护动作延时t2小于变电站馈线断路器的限时速动保护的动作延时t1。由于后加速保护仅在重合闸动作后与变电站馈线保护配合，一般易于整定。图3表示在区段2发生故障时的动作经过讲明略。当分段开关FD1、FD2重合到永久故障时，那么加速跳闸并闭锁重合闸，故障被隔离。以上两个改良方案的主要不同点在于：方案1的分段开关可采用负荷开关，而方案2的分段开关那么必须采用断路器。img=561,288zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zjdl/2001-1/3-2.jpg/img25具有远方遥控功能的馈线自动化远方遥控的方案有三种：1在确定故障区段的根底上，对图1远离故障区段中的联络开关LD、分段开关FD3进展遥控操纵。以加快恢复非故障区段的供电。2在二级主站，进展故障的定位、隔离和恢复供电。3在一级主站，进展故障的定位、隔离和恢复供电。第一种适用于馈线自动化开展的初期，在建立信道的根底上增加下行的遥控功能，由调度中心人工发出操纵指令。第二种适用于网络构造简单、规模较小的配电网，它只是简单的网络构造的重组，实现负荷转移。第三种适用于多分段多联络的复杂配网的馈线自动化，它具备更强也更公道的网络优化和网络构造重组的功能。这实际上已超出了单条馈线自动化FA的范畴，而构成配网自动化DA。由一级或者二级主站实现的远方遥控型馈线自动化是基于“面保护的原理。即各个分段开关不配置单独的继电保护装置，而是利用信道将各个分段开关的故障电流信息上报到主站，主站据此来综合判定故障区段。图4表示区段3发生多相故障时的实例：当一个区段的两侧分段开关，都流过故障电流如1、2区段，或者都没有故障电流流过如4区段，那么判定为非故障区段。当一个区段的一侧分段开关靠近电源侧流过故障电流，而另一侧分段开关远电源侧开关没有故障电流流过期，那么判定为故障区段，如图4中的3区段。显然，由于故障区段确实定需要数s或者更多时间，故障电流的切除必须仍由变电站馈线断路器来完成。故障区段确定后，主站发出指令，将FD2、FD3分段开关跳闸，并按一定的程序将变电站馈线断路器和联络开关LD合闸，恢复对非故障区段的供电。align=leftimg=569,254zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zjdl/2001-1/4-1.jpg/img远方遥控型配网自动化DA的优点是：1加快故障区域的隔离，缩短了故障处理经过。2加快非故障区域的恢复供电。3减少对系统的冲击次数。4网络的重构和优化可以在知足多约束条件的情况下，改善电压质量和降低网损。b3用户故障投诉系统/b配电网内有大量的分支线和配电变压器及相应的保护用具和操纵闸刀，通过这些设备与广阔用户严密联络在一起。对于分支线、配电变压器及其低压侧故障造成对局部用户停电时，不具备实时控制的手段。用户故障投诉系统正是在这种背景下产生的。该系统建成后，根据停电用户的投诉，确定停电用户的电网位置，按照网络拓扑构造来判别配电网的故障范围。以图5为例，当故障停电的用户都属于配电变压器2的供电范围，那么可断定是在配电变压器2供电的范围内发生故障；当停电的用户分散在分支线1供电的两个或者几个配电变压器的供电范围，那么可断定为分支线1发生故障；假如停电的用户分散在几条分支线的范围，那么可能为主干线发生故障，依次类推。反之，假设仅仅只有一个停电用户来投诉本用户停电，那么很可能是用户内部的线路发生故障。/alignimg=275,238zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zjdl/2001-1/4-2.jpg/img显然，带有地理背景的配电网接线图，以及从用电营业治理系统获取有关用户历史信息，是处理故障投诉的根底。该系统的采用，不仅可弥补配电网实时信息量的缺乏，还可建立电力部门和用户间的良好关系，及时答复用户最关心的停电原因、恢复送电时间等热门问题，进一步改善对用户的效劳质量。b4调度SCADA系统/b调度SCADA系统除了收集变电站内属于配网的实时信息外，还应通过馈线远方终端FTU收集10kV柱上开关、环网开关柜等设备的实时信息，开发必要的应用软件，建立通讯通道。调度SCADA不仅应具有一般常规的功能，还应根据实现配电系统自动化的要求、配电网的特点，实现以下一些新的功能：1人机界面友好，操纵方便，采用全图形显示和多窗口技术。2线路的动态着色和部分追踪功能。3设备故障诊断、隔离和恢复。4设备定位。5配电网分析应用软件配电网分析应用软件主要包括：1网络建模，2网络拓扑，3状态估计，4负荷建模和校准，5配电网潮流，6故障定位、隔离和恢复，7网络构造重构和优化。对三相不平衡度大于5的配电网，希望开发适应三相不平衡配电系统的配电网潮流软件。网络构造重构和优化的约束条件为：1对用户停电范围最小；2设备及线路不过载；3电压质量合格；4开关操纵次数较少；5网络损耗较小；6各馈线之间负荷尽可能均匀分配。国内对配电网应用软件已经进展了很多的研究工作。但适用于配电网的网络构造重构和优化的软件，还需要继续积累运行经历并不断加以改良。b6配电网地理信息系统/b城市配电网地理信息系统是在城市地理图的背景上，对城市配电网的构造用地理图形加以描绘。最终形成一个具有配电网网络特征、用户特征和地理特征的地理信息系统。该系统是建立配电系统自动化的一项关键技术。要在这个系统平台上，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网图形和地理图形有效地集成起来，主要应用于以下方面见图6。img=360,272zszl.cepee/cepee_kjlw_pic/files/wx/zjdl/2001-1/5-1.jpg/img1为调度SCADA提供地理背景画面，为调度员提供一个有效的、符合实际的、直观的具有地理信息的网络模型。2作为处理故障投诉的根底。3向用电营业治理系统提供多种形式的信息，对用户进展申请报装接电、负荷治理等业务营运工作。查询有关用户地理位置，自动生成几种供电方案，有效地减少现场查勘工作量，加快新用户用电报装的速度，直至实现报装。4向配电工作治理系统提供地理背景，作为配电网设备运行、检修、设计和施工治理的根底。5为城市电网规划提供地理背景，确定公道可行的线路电缆途径和变电站、开闭所的所址。b7配电工作治理/b配电工作治理是在GIS提供的地理背景图形界面上，对配电网络的日常工作进展全面的运行治理。包括：配电网的运行工作治理，设备检修治理，档案和统计治理，统计报表，配电工程设计、开工图和开工报告的治理。根据国外成功的理论，对配电系统自动化的数据进展有效率的维护，是特别关键的治理工作。即配电网改造工程的施工图纸，必须在同一个地理信息系统上完成，保证施工图符合当前实际。当施工完成后，必须及时将符合实际的开工图返回到地理信息系统，使该系统始终保持和现场情况的一致。8开发应用的主要原那么配电系统自动化是配电网、变电所、用户的自动化综合体系，具有监视、控制和保护、设计施工和维护、治理和效劳等根本功能，涉及的治理面广，专业部门多，数据量大，资金投入高，周期长，在开发和应用中，应遵循以下几个主要原那么。81加强指导，统一规划，分步施行配电系统自动化的开发和应用，是从传统的手工治理方式向当代化治理方式的转变，能否完成这次转变，取决于多方面的因素：1配电系统自动化是个投入较高的产业，因此一个地区配电系统自动化技术的应用，首先取决于该地区的经济开展程度，对供电可靠性要求的程度，必须留意投入产出的效益。2配电系统自动化涉及到多个专业部门的协调行动，各级指导对该项技术应用的认识程度是关键。只有指导层的协调行动才能解决诸如资金、治理、体制、人才等很多必须解决的问题。3在规划好建立好城市配电网的根底上，进展配电系统自动化的规划和建立。做好统一规划，分步施行，包括功能的逐步完善和应用范围的逐步扩展。4人才储藏是根本。5加强根底数据的采集和整理，使之适应当代化治理的需要。例如电子地图的建立就必须尽早筹划和预备。82规划和建立好城市配电网城市配电网要按以下原那么建立，这也是施行配电自动化的根本条件：1保证在110kV电网发惹事故情况下，110kV的变电容量、10kV主干线有足够的转移负荷的才能。1有两个及以上可靠的独立电源220kV变电站110kV变电站向中压配电网供电。中压配电网形成环网接线、开环运行的供电方式。2互相联络的馈电线路应有足够的备用容量，来承当故障线路所转移的负荷电流。因此，主干线应采用大截面导线，正常运行方式下的负荷电流，应为按发热允许输送电流的23到12。国外兴旺国家的中压配电网已开展成所有馈线都具有转移负荷的才能，国内很多大城市的配电网也正在向这个方面努力。2将10kV馈线适当公道的分段。馈线分段并不是越多越好，太多的分段将使供电本钱急剧增加，而供电可靠性并不成比例地进步。一般应按负荷密度的上下，经过技术经济比拟，来决定段数。浙江省城市电网规定：每条10kV线路正常负荷电流控制在200A，最大负荷电流为300A。一般以34段为宜。每条10kV线路装接变压器总容量宜1万kVA，每分段装接变压器总容量宜控制在25003000kVA以内。3施行馈线自动化的效益。假设将变电站所有馈线按照环网方式实现“环网接线、开环运行供电，其供电可靠率可以到达99969998。而施行馈线自动化可以再进步供电可靠率约002个百分点。对供电可靠率处于较低程度的配电网，施行馈线自动化固然也能使可靠率进步，但无疑是舍本逐末的方法。83经济效益的原那么影响配电系统自动化经济效益的因素很多，如线路分段的段数、分段开关的选型负荷开关或者断路器、调度主站的选型、通讯通道方式的选择、实时信息量的收集、对业主方的投资保护等等，都应在做好技术经济比拟的根底上，因地制宜地做出决策。关于实时信息量的收集规模，是一项重要指标，直接影响主站的规模和对软件功能的设计，对投资影响的敏感度最高。国外每个国家的做法不同，这与每个国家的国情国力有关：1美国纽约配电网，至1997年约对13配电变压器和1223的开关实行遥控。日本东京电力公司那么是在电压型馈线自动化的根底上，开场向远方遥控和集中控制的方向开展。西班牙IBERDROLA电力公司曾就配电网实时量的收集与控制专门请咨询公司咨询，结论是实时数据的收集量和控制量约占全部对象总量的8较适宜，在实际工程施行中可能还不到8，有的国家以为可以到10。采用多大的比例合适我们的国情应进展专题论证。2配电变压器实时信息量的收集。首先，要规划和建立好低压配电网的供电方案，确定公道的供电半径和配电变压器容量，保证小区变压器在经济状态下运行和用户的电压质量，形成比拟标准的供电形式。为此，有必要对不同类型的用户进展典型的配电变压器的实时状态的监测，为低压网的规划提供足够的根底资料。但从长远看，当低压网的规划和建立到位后，并不需要也没有可能对所有配电变压器进展实时监测。3其他可替换的方案。通过建立各种类型的配电变压器的负荷模型，把变电所馈线实测的负荷电流分配到相连接的配电变压器上或者对各分段负荷电流按比例分配。使网络负荷点的负荷或者分段负荷与所在变电所馈线端口记录的实测负荷相匹配。关于对业主方投资的保护，具有以下含意：1与业主方已经开发的计算机应用子系统做好接口，防止资源的浪费。2提供不同子系统、不同制造商产品之间数据格式转换的技术手段，防止大量原始数据的重复输入。3留意不同制造商产品之间的连接。84关于系统选型在分析功能需求的根底上，做好系统总体设计，提出具体的技术指标。本文重点对集成性、开放性加以说明。目前国内外制造商还是基于两个主要平台：调度SCADA平台和地理信息系统GIS平台。平台的集成要求有一个统一的数据环境，对配电网和用户的数据的维护、修改和更新是唯一的，以适应配电网及用户的数据变化的频度很高的特点，并能保证：1调度操纵的平安，2现场检修施工作业的平安，3用户业扩报装的准确和及时，4配电治理工作效率的进步。就当前技术开展程度和产品情况看，系统有以下几种类型：1由于历史开展的原因，先有调度SCADA，后有GIS，这两个系统平台完全独立，各不相关。2在GIS平台上施行SCADA功能。制造商必须明确该系统可适用的电网规模和范围。3在两个平台上实现数据集成，有三个阶段：1单方向性地将SCADA的实时数据传送到GIS平台，但在SCADA上无法看到GIS的数据和图形，调度台上要有SCADA和GIS两个工作站。2图形交换，在同一个工作站既可以看SCADA的内容也可以看到GIS的内容。3同一数据环境，此时不仅在同一个工作站既可以看SCADA的内容也可以看到GIS的内容，而且统一的数据环境下对配电网设备数据进展维护，保证了数据的一致性和唯一性。4将SCADA数据和GIS数据“揉合在同一个数据库中。这仅是设想，还没有看到运行的理论。关于系统开放性，有很多详细的要求，但归结起来就是要优化系统资源配置，系统硬件尽可能地使用标准化通用产品，应用软件应能在主要的计算机机型上运行，使用贸易化的通用数据库作为历史数据库，采用标准的TCPIP网络协议，支持多种RTUFTU规约，采用API应用程序接口，具备用户应用软件的开发环境等。85做好相应的通讯通道规划和建立施行配电系统自动化必须有一个完善的通讯规划，应将通讯通道规划和建立作为配电系统自动化建立的一个重要组成局部。配电系统自动化的信息通道的设计，应考虑其自身的特点：1配电通讯网中的节点很多，且分散、穿插。2各节点的间隔较近。3各监控点的信息量较少，且应具有信息量主动上报的功能。4通讯路由要适应配电网构造的经常变化，具有路由选择的多样化。可选的通讯方式有：音频有线通讯，无线通讯，光纤通讯，配电网中压载波。在选择通讯方式时，应根据传送信息量的多少、可靠性、传输速率、抗干扰才能、衰耗等因素，因地制宜，经技术经济比拟，综合确定。一般宜采用混合方式，提倡通讯通道的综合利用，防止重复投资。86配电系统自动化一次二次设备的选型配电系统自动化的施行将使配电网的一二次设备数目成倍地增加。此外增加了大量高科技的杆上产品智能化的杆上开关、FTU等，由于室外运行条件的恶劣，将有可能扩大高空作业的范围，这将会大大增加运行维护的本钱。为此必须采用高可靠性、免维护的产品，否那么供电企业将不堪重负。与开关配套的CT、PT等附属设备宜采用内置式。对室外设备必须知足防锈蚀、防结露、防泄漏、耐受的温度变化范围广、操纵机构低功耗、长寿命电池等一系列技术要求。0