刍议电力配电系统自动化改造

摘　要：目前，随着社会经济的发展，诸如空调、电脑等日常电器用品的普及，人们对电力的需求和依赖程度不断提高，配电网已成为城市生命线工程重要组成部分。本文结合电网自动化发展现状，论述了电网调度自动化和配电系统自动化改造，提出如何提高电网配电自动化可靠性及改造效益。

关键词：配电系统；自动化改造；可靠性
0.引言
    所谓配电自动化，是指运用现代科技如计算机、通信和网络等将离线数据、配电网数据等进行集成，形成一个自动化系统。配电网作为连接电力系统和客户的主要环节，也是整个电力系统对客户服务质量的重要体现。随着电力体制改革的深入，电力企业面临着巨大的压力与挑战。下文笔者分析了电网调度自动化和配电系统自动化改造。
1.电网调度自动化
　　距今为止，电网调度自动化已经历几个发展阶段。前期，调度员无法及时了解各个电厂或线路运行情况，不能对其进行直接控制。这种落后的状况与电力系统在国民经济发展中所占的重要地位是很不相称。
1.1电网调度自动化的发展过程
　　电网调度自动化发展的第一阶段是远动技术的采用。安装在各个厂站的远动装置采集各机组出力、各线路潮流、各母线电压等实时数据及各断路器等开关的实时状态，然后通过远动通道传给调度中心并直接显示在调度台和模拟屏上，调度员可以随时看到这些运行参数和系统的运行方式。
　　第二阶段是计算机在电力系统调度工作中的应用。现代电力系统的结构和运行方式越来越复杂，同时，现代工业和人民生活对电能质量和供电的可靠性要求越来越高，人们对系统运行的经济性也越加重视，为全面解决这些问题，需要对电力系统中大量数据进行复杂的计算，计算机的应用满足了日益复杂的电力系统的实际需要。首先应用计算机技术进行电网离线计算，然后参与电力系统的安全监视和控制，这就是监视控制和数据收集系统(SCADA)。
　　第三阶段是在SCADA的基础上，又发展为包括许多应用功能的能量管理系统(EMS)，基于UNIX(或PC／Windows)的开放分布式EMS系统，通过高级应用软件的快速计算和实时智能分析，帮助调度员对电网深层把握，及时处理电网可能发生的潜在问题，提供电网改造、扩展的技术依据。
1.2电网调度自动化系统
　　根据所完成功能的不同，调度自动化系统可分为信息采集和执行子系统、信息传输子系统、信息处理及运行状态的分析和控制子系统、人机联系子系统，各部分互相配合，缺一不可。信息采集和执行子系统的基本功能，是采集各种表征电力系统运行状态的实时信息。该系统还负责接收和执行上级调度控制中心发出的操作、调节或控制命令。信息传输子系统提供了信息交换的桥梁，其核心是数据通道。信息处理及运行状态的分析和控制子系统是整个调度自动化系统的核心，以计算机为主要组成部分，完成对采集到的信息的各种分析计算及处理，进而实现对电力设备的控制与操作。人机联系子系统将传输到调度控制中心的各类信息进行加工处理，通过各种显示设备、打印设备和其他输入输出设备，将这些实时信息提供给调度人员使用。
　　调度自动化系统的作用或好处有以下几方面：
　　(1)安全。利用显示器可随时监视电网运行状况，向调度员提供有关负荷与发电情况，电压、电流及功率潮流，电网频率及稳定极限等信息；在电网运行条件出现重要偏差时，及时自动告警，并指明或同时启动纠偏措施；当发生事故(如解列)时，可以给出显示，并指出解列处所，使事故得到及时处理，有助于防止事故扩大，减少停电损失。
　　(2)提高运行质量。实现自动发电控制(AGC)，可以自动维持频率合格和联络线功率为事先安排的预定值；实现无功／电压自动调节，可显著提高全电网的电压质量。
　　(3)经济。实现在线经济调度可以合理利用一次能源，降低全系统发电成本和电网损耗。
　　(4)运行记录自动化。自动记录电网的正常运行情况、事故运行情况和事故的顺序事件记录，有助于减轻运行人员的重复劳动，还可用于事故分析。
2.电网配电系统自动化
2.1电网配电系统自动化发展现状
　　配电系统自动化发展大致可分为三个阶段：自动化开关设备相互配合；通信网络、馈线终端以及后台计算机网络使用的配电自动化；添加自动控制功能。
　　（1）自动化开关设备相互配合阶段
　　在该阶段主要的设备为重合器以及分段器等，没有建设有系统的通信网络以及计算机系统。主要功能是在系统发生故障时，通过自动开关设备的相互配合实现系统的故障隔离以及恢复健全区域的供电。此阶段配电自动化系统有较大的局限性，主要体现在系统自动重合器与备用电源自动投入装置上面，其自动化水平较低。
　　（2）通信网络、馈线终端以及后台计算机网络使用的配电自动化阶段
　　该阶段的配电自动化系统的优点是在系统正常运行时可以同时实现对系统运行情况的监控，并且可以遥控实现系统运行方式的改变，在故障发生时能及时发现处理。对故障区域的隔离与健全区域的通电等也能同时用遥控功能来实现。
　　（3）添加自动控制功能的阶段
　　随着计算机技术的不断发展，第三个阶段在原有的第二个阶段上添加了自动控制功能。形成一个集配电地理信息系统、配电网SCADA系统、调度员仿真调度、需方管理（DSM）故障呼叫服务系统以及工作管理等一体化综合控制系统。其主要功能：实现配电网的自动化运行、电容器组的控制调节、馈线分段开关控制、用户的负荷控制等配电网系统能够管理的功能，现阶段配电网系统将在此基础上进行优化与完善。
2.2 电网配电自动化改造
　　配电系统自动化改造是一项庞大的系统工程，主要涉及到三个系统的自动化设计，分别为：电网配电自动化主站系统、子站系统以及配电网自动化终端系统。
　　（1）电网配电自动化主站系统改造
　　主站系统主要由三个子系统组成：配电SCADA主站系统、配电应用软件子系统DAS以及配电配电AM/FM/GIS应用子系统DM。
　　① 配电SCADA主站系统由RTU服务器、调度员工作站、SCADA服务器、报表工作站、GIS服务器以及DA服务器等组成。RTU服务器也就是前置机服务器，主要包括了若干台前置服务器。将其中一台服务器作为主前置服务器，当这台主前置服务器出现故障时，系统将会自动配置另一台服务器作为主前置服务器，从而保障系统的正常运行。这部分的功能主要是nap来完成的。子站服务器通过交换机向主前置机服务器 发出数据信息，主前置机服务器通过dater接收，再由vcterm经过违约解释存入本地，形成数据的实时共享。子前置服务器通过datsrv接受主前置服务器发送来的数据信息，形成实时数据的共享。
　　② 配电应用软件子系统DAS。一般为了配电网在完成自动化改造之后，可以完全满足本系统的技术要求，要对配电自动化中的重要系统的故障恢复诊断功能以及恢复功能进行联机调式，即DA功能。在进行DA调式之前，要确保以下各项条件的正确无误：确保主站配置库完成并且检查无误；确保系统主站、子站以及FTU之间的正常通信；对FTU进行遥控、遥测以及遥信调试，并且保证该功能的试用正常。
　　③ 配电管理系统DMS。在DF9100系列配电主站系统中，配电系统主要功能之一就是AM/FM/GIS功能。它将空间数据处理、计算机技术与电力系统相互结合，主要作用是分析以及显示电力设备的空间定位资料与属性资料的数据库管理系统。在其中AM是自动绘图系统，FM是设备管理系统，GIS为地理信息系统，三者组成的AM/FM/GIS系统是配电管路系统中DMS的基本平台。运用AM/FM/GIS集成的DMS系统，建立一个统一的DMS数据库，为各个子系统提供共享资料，其主要优点是减少资料的冗余度、确保资料统一性以及提供人机图形化操作界面。地理信息系统GIS的使用为电力系统提供了一种新型的表达形式，使其更具现实意义，直观易用，更具空间管理运行能力。
　　（2）电网配电自动化子站系统改造
　　配电网具有监控设备多而且涉及面广的特点，配电网中的SCADA系统监控不仅包括了量非常大的开闭所及环网柜等，而且还有数量巨大、分配广泛的柱上开关等，因此无法将所有的监控设备与配电主站直接相连，因此，配设了中间级也就是配电子站系统。又配电子站系统完成管辖内的柱上开关、环网柜以及监控设备等的管理，从而完成数据采集、馈线监控及馈线合闸等相应的功能。同时，子站系统将实时的监控数据传输到配电主站的通信处理器，这样既可以节约主干通道，又使配电自动化主站SCADA网络能够继承输电网自动化相对成熟的成果。
　　（3）电网配电自动化终端系统改造
　　城市配电网的自动化终端的主要功能是对管辖内的柱上开关、开闭所、配电变压器等设备进行实时监控，既要实现“三遥功能”又要实现对故障的识别控制功能，配合配电网自动化主站、子站系统完成运行中的情况监测、优化运行、网络重构以及故障隔离与非故障区域的恢复供电。其中变电站开闭所自动化终端（DTU）通过光纤双以太网连接进入D25数据库集中器，柱上自动化终端（FTU）则是通过R2485/232、无线方式或者是光纤等方式接入到D25数据集中器。该配置是一种结合了D25多功能电子装置与DART配电自动化终端装置的灵活配置，这种配置方式适合将来大规模的扩展应用。按照现阶段系统对自动化终端的相关功能与性能方面的需求，该系统改造有以下配置方案：
　　① 数据集中器：D25 1台。
　　② 开闭所自动化终端（DTU）：D25 7台。
　　③ 柱上自动化终端（FTU）：DART 14台。
　　对于未来对系统的扩展设计，就可以按照系统实际的要求在相应的区域增加D25数据集中器，就可以充分满足系统的要求。
3.提高电网配电自动化可靠性及改造效益
　　实现配电网的自动化运行是一项电网科学管理与高新技术相互配合的工作。配电网本身就存在点多面广、人员多以及线路不稳定等不足，再加上计算机软硬件的更新换代快，因此，对配电网自动化的管理维护工作成为了一个比较重要的课题，同时也是保证配电站自动化稳定运行的关键。配电网自动化系统的运行依靠了众多数字终端设备、通讯网络的传输通道以及相关数据的统计、分析、更新等功能，为了配电网自动化系统的正常稳定运行，需要对其进行定期的维护工作。
　　（1）配电网系统终端设备的运行维护。
　　（2）配电网通信光缆的运行维护。
　　（3）配电网计算机等硬件设备的维护以及图形数据的管理。
　　通过对配电网自动化的改造，实现了电网运行状态的实时监控，极大的提高电网调度的安全性，从而避免了因信息的传递不足引起的“盲调”现象，而且实现了电网自动化运行的很多功能：自动诊断线路故障，自动隔离确定故障点，自动恢复故障供电；实施电网配电自动化改造之后，大大减轻配电抢修现场工作量，抢修反应速度及效率得到提高，扣除掉人工到现场排除故障以及操作的时间，经过初步测算实施改造区域内的平均故障停电时间减少到0.07h/户每年，配电网供电可靠率达到了99.9%，用户的平均停电时间为0.45h/户每年。经过配电网的自动化改造之后取得了非常明显的社会经济效益，而且还培养了一批高素质的运行维护人员，为配电网的自动化运行扩展奠定了非常好的基础，从而为全面实现智能配电网自动化工程建设作出贡献。
结语
　　经济的高速发展对我国的配电网供电可靠性与安全性提出了更高的要求，配电网的自动化也成为了电力系统自动化的趋势。我国的配电网自动化建设要参考发达国家的经验教训，结合自身的实际情况，进一步设计出更加先进、完善以及标准的配电网自动化系统，从而实现我国配电网自动化系统的稳定化、标准化、安全化。