农村村镇配网自动化方案的探讨

摘要　文章根据农村村镇配电网的特点，以有代表性的丹徒谷阳，上党镇实施配网自动化系统为背景，提出了农村村镇配网自动化难点问题的解决思路。推出了适合大多农村配网的网架规划原则、就地方式的重合器方案、通信方案、主站方案等，同时提出配网自动化三个部分分步实施的思想，具有很强的经济性和可操作性。

关键词　配网自动化　馈线自动化　通信系统　配网主站系统

0　引言

农网是我国电网的一个重要组成部分，除县城外，农村城镇也是农网中供电负荷相对集中的地区，为适应其经济发展的需要，有必要采用配网自动化系统以提高供电可靠性。目前，我国配网自动化已经进入全面推广阶段，迫切需要研究经济、实用的农村配网自动化系统方案予以实施。

大家都知道，农村村镇配电网多为架空线路，通常含有集镇和乡村两部分，集镇负荷相对集中，而乡村负荷比较分散，具有供电半径大、负荷分布极不均匀且往往资金短缺等特点。这必然导致在农村实施配网自动化时，配网整体方案、馈线自动化方案及网架结构、通信系统方案，配网主站功能等都难以确定。

1　配网自动化总体方案

配网自动化系统分为馈线自动化、通信系统和配网主站三大部分。馈线自动化是配网自动化的核心和基础，馈线自动化系统就故障隔离和恢复方式分为就地控制、远方控制两种。

就地控制方式是以重合器之间的整定值配合实现，无需主站和通信系统。缺点，是在网架结构比较复杂时，整定值难以配合，同时没有主站系统，配调人员无法对线路情况实时监控。

远方控制方式是通过配网主站对配电终端上传的信息进行分析、判断、控制，它以可靠的通讯系统为前提。因此通信和配网主站系统必须与馈线自动化系统同步实施。这种方式能够解决网架结构比较复杂和对线路的实时监控问题，但一次性投入的资金比较大。

因此，确定配网自动化的整体方案，首先根据资金情况，分步建设馈线自动化系统、通信系统和主站系统，并首先考虑采用就地方式实现实施馈线自动化。其次，逐步扩大馈线自动化、通信和主站系统的规模。

2　馈线自动化的网架规划

基于农村村镇电网的特点，馈线自动化的网架规划需要解决两个问题：什么样的线路实施馈线自动化和实施馈线自动化的线路怎样分段。

2.1实施馈线自动化线路的选择条件

(1)具备拉手条件的线路；重要负荷多、负荷密度高的集镇地区线路。

(2)负荷较大、线路较长的辐射线路。

(3)主干线已安装或规划安装重合器且负荷较大、线路较长的分支线路。

2.2线路分段原则

分段就是确定下列设备在线路的位置。

(1)分段重合器：双电源环网和辐射线路上的分段重合器应根据线路上的负荷性质、负荷密度及线路长度确定安装位置，还应兼顾以下原则：

1)重要负荷集中区应优先保证独立分段，条件允许时采用多电源供电。

2)为使故障后的停电范围最小，分段后各段线路的负荷密度应尽量均衡。

3)长度在10km以内的线路宜分为4段，以保证保护定值有一定级差，每段线路长度尽量保持均衡。

(2)联络重合器：其安装位置还应兼顾行政辖区分界点。环网线路的电源点若属于不同行政辖区，为满足考核要求，可选择辖区分界处作为联络重合器的安装位置。

(3)分段器：重要负荷或负荷密度较大的分支线路应考虑安装分段器。确定分段器安装位置时主要考虑负荷性质、负荷密度和环境等因素，负荷较小的分支线路可将分段器安装在线路起点处，负荷较大的分支线路可根据负荷密度均衡的原则来选择分段器安装位置。

3　馈线自动化解决方案

3.1就地重合器方案

以图1所示的双电源环网供电网络为例，描述馈线自动化故障处理过程。

(1)送电过程

变电站B1开关合闸，R1首端①段受电后，按整定时间延时自动合闸；变电站B2开关合闸，R2首端④段受电后，按整定时间延时自动合闸。正常运行方式如图1所示。

(2)停电过程

变电站B1开关分闸，R1首端①段失电，按整定时间延时自动分闸；变电站B2开关分闸，R2首端④段失电后，按整定时间延时自动分闸。

(3)①段故障

瞬时性故障发生时，由B1开关重合闸动作恢复供电；永久性故障发生时，B1开关完成整定次数的重合闸动作，分闸后不再合闸，R1首端①段失电，并按整定时间延时分闸；R0判断②段失电并按整定时间延时自动合闸，②段恢复供电。网络重构后如图2所示。其中，①段永久故障被隔离，②、③、④段由电源2供电。

(4)②段故障

瞬时性故障时，由R1重合闸动作恢复供电；永久性故障发生时，R1完成整定次数重合闸动作，分闸后不再合闸，风判断②段失电按整定时间延时自动合闸，合到故障上分闸后不再合闸。网络重构后如图3所示，其中，②段永久故障被隔离，①段由电源1供电，③、④段由电源2供电。

(5)分支线路故障

环网分段上的分支线路故障，通过安装在分支线上的分段器与主干线重合器配合切除，如图4所示。

R1重合闸次数整定为一次，分段器记忆故障电流次数整定为一次。当②段的分支线路发生故障，分段器S记忆一次故障电流，同时，足流过故障电流则根据保护整定值跳闸。R1跳闸后，S判断失压且记忆次数达到整定值，延时跳闸(在足重合之前)，则该分支线的故障被隔离，R1重合闸成功，恢复②段供电。

3.2继电保护

分段开关及联络开关设速断保护、定时限过电流保护和重合闸，其整定值服从变电所出线开关的整定。具体原则如下：

(I)所有重合器设速断保护和定时限过流保护。

(2)速断保护定值按躲开被保护线路末端最大短路电流来整定。为保证选择性，变电站出线开关的无时限速断保护应改为限时速断保护。

(3)定时限过流保护按躲开被保护线路的最大负荷电流来整定。

(4)不同的运行方式下保护定值应重新进行整定。

3.3主设备的选型

由故障处理过程可看出，分段和联络重合器应具有如下功能：

(1)保护功能：速断、定时过流、反时限过流、重合闸、保存定值并自动切换；

(2)控制功能：远方控制、自动控制、就地控制；

(3)环网功能：根据一侧或二侧PT(CVT)受电状态按整定值自动控制开关合分；

(4)通信功能：以标准通信协议与远方通信，实现“四遥”；

(5)电源：满足操作机构、终端设备和通信装置用电，并配置备用电源且具有电压保护预告警功能；

(6)户外运行：要求主设备在户外运行有较高的可 靠性和维护简单的特点。

4　通信系统解决方案

(1)在资金充足的情况下，通信方式可选择有线、载波、光纤等，其中光纤通信可靠性最高。应依地形和资金情况而采用性能价格比较高的通信网。

(2)尽量利用已有资源，主要利用已初具规模的SDH通信系统。

(3)双环自愈网是光纤通信中最可靠的通信方式，若通信设备具备形成通信环网的条件，可尽量采用双环自愈通信网。

(4)不具备形成通信环网的通信设备，可采用链形通信方式。

5　主站方案

(1)对于新建或改造的调度自动化系统，可以综合考虑配网自动化系统的功能需求，采用配调一体化主站系统。

(2)已经建立调度自动化系统，在功能上已经满足地方经济3-5年发展的需要，而又不具备配网自动化系统功能的，可以单独建立一套配网自动化系统，两个独立系统之间实现数据共享。

(3)配网线路监测数量比较少，可以建设一个简化的配网主站／子站来完成馈线自动化功能，并转发数据给调度自动化系统。

6　应用实例

以江苏丹徒谷阳镇、上党镇农村配电网自动化成功案例为背景，结合以上的讨论进行分析。

6.1配网现状

谷阳镇(包含丹徒新城区)、上党镇位于镇江丹徒南郊，其10kV配网主要由35kV驸马变的4条10kV线路，35kV三山变的4条10kV线路及35kV上党变的4条10kV线路构成。2001年最高负荷达10000kW，负荷增长率为20％。通过2001年的农村电网改造工程，上述三个变电所之间已经由10kV线路通过真空开关联络拉手，具备双电源互供的条件。

6.2配网自动化方案

(1)总体方案

由于丹徒谷阳、上党镇配网既包含集镇地区又包含乡村地区，而且分支线较多，因而采用就地方式的重合器方案。又因资金有限，I期只实施馈线自动化部分，II期将实施通信系统和主站系统。

(2)馈线自动化方案

根据丹徒谷阳、上党镇的建设规划和负荷分布状况，确定在以驸马、三山、上党3座35kV变电所为电源点的城镇地区实行双电源环网供电，其它乡村地区的辐射线路加装分段开关和分支开关。考虑到户外运行的可靠性和减少维护量，选用免维护的自动重合器设备。

(3)通信方案

丹徒供电公司现已具备较完备的光通信系统，主站和各变电所已形成了光纤环网，站端采用了SDH复用设备。结合通信现状和丹徒的地理条件，配网自动化通信网络采用双纤自愈光环网，利用SDH网络和主站通信。

(4)主站方案

采用双前置、双数据库服务器、双工作站冗余互备的双网4机系统，前置机、数据库服务器合二为一，实现基本的SCADA／DA功能及基本配电管理功能。

6.3本方案的技术创新点

(1)首次提出将配网自动化应用于农村村镇配电网中。

(2)提出农村配网自动化宜采用就地控制的重合器方案。

(3)提出实施馈线自动化的线路选择条件和线路分段原则，最大程度地提高实施后的供电可靠性。

(4)针对农村地域广阔，户外条件较差的特点，采用户外运行可靠性高、免维护的设备，提高设备的运行效率，最大程度地减少现场维护量。

6.4效益分析

(1)实施农村配网自动化系统后，有效减少了事故、检修时的停电范围，减少了停电次数和停电时问，相对增加了供电量。

(2)对用户来说，供电可靠性得到提高，停电时间减少，增加了创造的价值。

(3)由于采用了高可靠性设备，减轻了事故和检修时的维护工作，降低了维护成本。

(4)高可靠性、高质量的供电环境服务于用户、服务于发展，也带来了很好的社会效益。

7　结束语

本文本着安全、实用、经济的原则，提出的农网中实施配网自动化的思想，特别是三个部分分阶段实施的思想，在江苏丹徒谷阳、上党镇的配网自动化过程中得到了很好的运用，从2001年以来，丹徒分期逐步实施了馈线自动化、配网通信系统和主站系统，随着丹徒电网的发展，实现馈线自动化的线路在不断增加，通信覆盖范围也在逐步扩大，主站功能日益完善。配网自动化系统已成为丹徒配电网运行和管理的重要技术手段。