配网自动化技术应用浅析

摘要：经济的发展和社会的进步对供电可靠性提出了更高的要求，配网自动化技术作为提高配电网运行管理能力，提高供电可靠性的有效手段，近年来逐渐进入应用阶段。本文从配电网的基本特点出发，对配网自动化系统的构成进行了概述，并对配网自动化系统的规划和实施进行了分析。应用配网自动化技术将有效提升配电网的供电可靠性，对提高供电企业配电网管理水平，提高供电服务质量有重大的现实意义。

关键词：配电网；自动化；应用；供电可靠性

Abstract: The development of economy and society has put forward higher requirements on the reliability of power supply, distribution automation technology as the improvement of operation and management of power distribution network, an effective means to improve the reliability of power supply. In recent years gradually enters the application stage. This article from the basic characteristics of distribution network, summarized the distribution automation system, and the planning and implementation of distribution automation system is analyzed in the paper. Application of power distribution automation technology will effectively improve the power supply reliability of distribution network, to enhance the management level of power supply enterprises, of great significance to improve the power quality of service.

Keywords: distribution network; automation; application; the reliability of power supply

中图分类号：C931.9 文献标识码：A文章编号：

一、引言

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，广大用户对电能的依赖程度越来越高，随之而来的是对电网的供电可靠性的要求越来越高。35千伏及以上主电网网络结构已逐步完善，主电网依靠调度自动化系统实现了电网智能化、自动化，可靠性已经达到比较高的水平。作为网络结构最为繁杂，网络规模最庞大的10千伏配电网，我国的配网自动化仍处在试点阶段，大多数地区的试点工程主要以馈线自动化为主，功能较为单一；在系统集成上，各个单项自动化自成一体，缺乏综合考虑；在应用层次上，还仍处于初级发展阶段。自动化技术的应用却不容乐观，有比较大的提升空间，自动化技术的应用前景比较广阔。经济的发展对配电网自动化提出了更高的要求，配电网自动化也是电力系统现代化发展的必然趋势。技术在发展，需求也在提高，最终目的都是为了扩大供电能力，提高供电可靠性，优化电力服务。

二、配电网及配网自动化系统概述

配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的功能部分。由配电设备，包括馈线、降压变压器、断路器、各种开关在内构成的配电网和继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制设备构成一个配电系统，按一定的规则运行，以高质量的电能持续地满足电力用户需求。通常而言，配电网是指20千伏及以下的电网，而20千伏电压的电力系统数量很少，多处于实验性阶段，所以最常见的配电网是10千伏及以下的配电网。在配电网中，10千伏级称为中压，0.4千伏级称为低压。因此，完整地说，配电自动化应该是指整个配电网并包括电力用户在内的自动化。电力系统与配电网的结构示意图如图1所示：

图1电力系统与配电网的结构示意图

经过国家十多年的大投入，目前来说电力的需求己在近期能够满足需求。当前的主要矛盾出现在配电环节，由于过去对配电系统投入较少，导致配电网结构不合理。绝大多数城市基本上都是辐射型单端供电，一旦线路故障只能切除整回线路，导致大片区域停电；设备技术性能落后，现在未改造的配电网几乎没有任何自动化可言，往往是一点小故障导致一片区域长时间停电。这些严重影响了人民生活和经济建设的发展。随着中国经济的快速发展，配电网的薄弱环节显得尤为突出。

配电网自动化是运用电子技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术及新的高性能的配电设备等技术手段，与电力设备相结合，对配电网进行离线与在线的智能化监控管理，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。其最终目的是为了提高供电可靠性和供电质量，缩短事故处理时间，减少停电范围，提高配电系统运行的经济性，降低运行维护费用，实现自动监控电网、优化电网性能、防止断电、快速恢复送电等功能。最大限度提高企业的经济效益，提高整个配电系统的管理水平和工作效率，改善为用户服务的水平。

配网自动化的功能应包括配电网络的数据采集与控制/SCADA)，馈线自动化(FA，即故障定位、隔离、非故障区段的供电恢复)、负荷管理、地理信息系统(AM/FM/GIS)、配电应用分析(PAS)等。实施配网自动化可以大幅度提离供电可靠性，同时具有减人增效，降低经营成本的作用：远期的意义即针对在良好一次网络的基础上的自动化系统可优化运行，保持能量平衡，减少尖峰负荷：进而具有推迟新建项目的潜在经济效益。配网自动化实施范围如图2所示。

图2配网自动化实施范围

三、配电网自动化构成

配电网自动化系统是一个比较复杂、完整的系统。主要包括以下几个部分。如图3所示为系统示意图。

图3配电自动化系统构成

1、配电网调度自动化系统

（1）配电网数据采集与监控系统（SCADA）

配电网SCADA系统应包括数据采集、四遥（遥信、遥测、遥控、遥调）、状态监视、报警、事件顺序记录、统计计算、制表打印等功能，还应支持无人值班变电站的接口等。

（2）配电网电压管理系统。

根据配电网的电压、功率因数、电流等参数，自动控制无功补偿电容器的投切、变压器有载分接开关分接头的档位等功能。

（3）配电网故障诊断和断电管理系统。

根据投诉电话、通信信息，实现故障定位、诊断，并实现故障隔离、负荷转移、现场故障检修、事故报告存档等；

（4）操作票专家系统。

2、变电所、配电所自动化

（1）变电所自动化：实施数据采集、监视和控制，与控制中心和调度自动化系统（SCADA）通信。

（2）配电所自动化：该功能由安装在配电所的RTU对配电所实现数据采集、监视控制，与控制中心和配电调度自动化系统（SCADA）通信。

3、馈线自动化（FA）

（1）馈线控制及数据检测系统。

正常状态下，可实现对各运行电量参数（包括馈线上设备的各种电量）的远方测量、监视和设备状态的远方控制。

（2）馈线自动隔离和恢复系统。

当馈线发生相间短路故障或单相接地故障时，自动判断馈线故障段，自动隔离故障段，并恢复非故障段的供电。有两种方式可供选择：一是采用线路自动重合器和/或分段器；二是采用远方通信信道，具有数据采集和远方控制功能的馈线自动化。该系统除了包括一次设备，还应包括远方终端（FTU）、通信信道、电流电压传感器等。

4、自动制图（AM）、设备管理（FM）、地理信息系统（GIS）

该功能统称图资系统。图资系统应用的目的是形成以地理背景为依托的分布概念，以及电网资料分层管理的基础数据库。可有如下功能：

（1）向管理系统提供变电所、线路、变压器、断路器、用户等的地理位置。利用配电设备管理和用电营业管理系统所提供的信息及数据与小区负荷预报的数据相结合，共同构成配电网设备运行、检修、设计和施工管理的基础；

（2）向用电管理营业系统提供多种信息，对各用户进行申请报装接电、电价/电费管理、负荷管理等业务的营运工作。查询有关用户地理位置，自动生成各种供电方案；

（3）为配电系统自动化提供静态背景画面，接受配电系统的实时信息，提供动态配电线路图层，提供实时可操作画面，显示故障信息；

（4）设立故障投诉电话，用此信息弥补DA信息采集的不足；图资系统为配电系统提供各种在线图形与数据信息，成为配电系统数据模型的重要组成部分。该系统可有在线方面的应用，主要是与SCADA系统改提供的实时信息有机结合，改进调度工作质量，提供优质的日常维护服务，正确判断故障位置，及时派员工维修。离线方面应用包括设备管理系统、用电管理系统及规划管理系统等。

5、配电工作管理系统

（1）网络分析，提出最佳停电方案；

（2）运行管理；

（3）设备检修管理；

（4）配电工程设计，接受完成用户申请报装接电的设计任务；

（5）施工管理，根据设计和工作任务单，制订施工计划并实施施工管理；

（6）配电规划设计系统

完成合理分割变电所配电负荷，馈电线负荷调整，增设变电所、配电所，实施馈电线、配电网络改造和发展规划等各种设计任务，以及线损计算等。

6、用电管理自动化

（1）客户信息系统

储存用户的户名、地址、电话、受电线路、设备装接容量、用电性质类别等的信息，与其他系统共享，并能自动识别用户来电地址。

（2）负荷管理系统。负荷曲线调整；分类电价管理、负荷监控、需方发电管理等。

（3）计量、计费系统。实现自动抄表、自动生成账单、与银行系统联网等。

（4）用电营业管理系统。包括客户用电申请、业扩报装、咨询服务、电能计量、收费管理、用电检查、故障报修等功能。

（5）用户故障报修系统（TCM）

7、配电网能耗管理系统。例如配电网的线损计算与管理。

8、配电网分析软件系统（DPAS）

（1）网络接线分析，用于确定配电网设备连接和带电状态；

（2）配电网潮流分析，包括三相潮流分析；

（3）短路电流计算，在配电网短路故障（单相、两相、三相及接地等类型的故障）的情况下，计算出支路的电流和母线上的电压；

（4）负荷模型的建立与校核，使网络负荷点的有功及无功负荷与在变电站馈线端口记录的实测负荷相匹配；

（5）配电网状态估计，状态估计主要有两大类，一是主配网的电量估计量，二是沿馈线的电量估计量；

（6）配电网负荷预测，包括地区负荷及母线负荷；

（7）安全分析；

（8）网络结构优化和重构；

（9）配电网电压调整及无功优化。

四、配网自动化规划与实施

为了配合电网的发展，配电自动化系统建设势在必行，同时也将依据本地配网的发展规划分期分步实施。配网自动化的规划宜以地区供电局为单位开展，主站系统按一次到位的原则配置，而子站、终端则按发展的需要，先试点，后推广扩大，配合网架的改造，完善配电自动化体系，最终实现全网馈线自动化。在配网规划和建设中主要问题包括城市配网的网络结构、配电各种信息系统的数据共享、设计规划、终端设备的选择和配置及其供电电源模式、通信方式及系统管理维护等方面。

做好规划，首先是配电网络一次系统的规划，与此同时做好配电自动化的规划，要考虑多个方案，并进行比较。在规划中对配电自动化几个方面的功能，都应全面考虑到，但不一定要同时实施，而应选择对改善供电质量最有效、技术上较成熟的先实施，然后逐步扩充功能，不断完善，以便保护投资，避免浪费。在选择采用的技术和设备时，应该按照先进、实用的原则，在选择实施方案时应按照各自配电网的不同情况，遵循因地制宜的原则。

配电网自动化是一项综合性的系统工程，最基本的条件是应具有较为完善的多路电源的配网点，涉及到城市建设，配电网规划，设备选择等一系列工程；专业技术性强。对于配电网自动化的发展应实行分期，分阶段进行实施。

第一阶段为初级阶段：即变电站出线以自动重合闸做保护，线路上装多组自动配电开关，建立电压控制。

第二阶段：在第一阶段的基础上，增设通信及控制设备，各分支线自动开关由供电所实行控制，对负荷进行有效调配。

第三阶段：增加各供电所与配电中心的通信，将各点信号传送到配电管理中心，实现微机控制及信息的自动化处理，达到完善的配电自动化。

同时，国内在配网自动化系统的应用上大致分为两大类型：一类是电压型系统，一类是电流型系统；这两个系统各有优点。配网自动化系统的规划与设计，应综合考虑经济条件、负荷需求、技术水平，以及投资效益等因素。

作者所处的地区供电系统从2012年开始建立配网自动化系统，建立了配网自动化系统主站，馈线自动化及各个模块功能按照步骤逐步完善。从实现了自动化的10千伏线路来看，故障判别、故障定位、故障隔离等功能在实现快速复电能力上起到很大作用，大大减少了故障停电时间。随着后续建设完成，配网自动化将发挥越来越大的作用。

五、实现配网自动化的意义

配网自动化实现的目标可以归结为：提高电网供电可靠性，切实提高电能质量，确保向用户不间断优质供电；提高城乡电力网整体供电能力；实现配网管理自动化，对多项管理过程提供信息支持，改善服务，提高管理水平和劳动生产率；减少运行维护费用和各种损耗，实现配网经济运行；提高劳动生产率及服务质量，并为电力系统电力市场的改革打下良好的技术基础。从以上这些目标可以看出，实现配网自动化的实施的具体意义在于：(1)提高供电可靠性，减少故障停电次数和停电时间，故障自动检测，故障自动隔离，缩小停电范围，快速实现非故障区的恢复供电。同时减少因故障造成的电费损失。(2)改善电能质量，监测和改善瞬态及稳态电压质量，以优质的电能提供给用户。(3)提高配网系统的运行经济性，提高设备的利用率，降低运行维护费用，降低线损，最大限度地提高企业经济效益。(4)减少和缩短设备检修停电时间和范围。(5)优化网络结构和无功分配，降低电能损耗。(6)提高整个配网地管理水平和计算机应用水平，提高工作效率，实现“减员增效”。(7)用技术手段来改善用户服务水平，提高服务质量，提高为用户服务的响应速度和服务质量，改善故障时对用户的应答能力，建立良好的供需人机界面，用户能直接咨询、报装、给用户提供便利。(8)通过配网系统自动化的实施，真正提高企业的现代化管理水平，提高供电企业的各项经济技术指标。

六、结束语

配网自动化系统的实施可缩小故障停电范围、停电时间，改善用户用电的环境和条件，满足生产和生活的需求，提高配网供电能力，增加系统的可靠性，缩短人员查找和处理故障的时间，可以提高工效和电网运行稳定性。同时有效地降低了损耗，提高了电能质量，在用户不变的情况下最大限度地提高了售电量，增加了经济效益。随着计算机软硬件技术的发展，将会有越来越多的自动化技术应用于配电网中，配网自动化技术会逐步成熟，为配电网安全高效的运行提供技术保证，为提高供电可靠性、提升供电服务水平提供技术支撑。

参考文献

[1]方先存，刘仁金.农村电网的配电自动化方案研究—皖西农网的现状、配电自动化面临的技术问题[M].皖西学院学报，2003.

[2]莫从元.探讨城市配网自动化及其配网规划的应用[J].中国新技术新产品，2011

[3]陆明新.配电网自动化存在的问题及对策[J].科技资讯，2011

[4]丁进军，洪亮，郑远峰.配电网调度信息查询系统的设计与实现[J].电网与清洁能源，2009

[5]魏帆.智能配电网的实用化[J].农村电气化，2011年

[6] 熊小东.浅析当前的配网自动化[J].中国新技术新产品，2012

[7]金丽辉，丁涛.浅谈配网供电可靠性及管理措施[J].黑龙江科技信息，2011