配电自动化系统设计毕业设计

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1、 东北农业大学学士学位论文 配电自动化系统设计 中国·哈尔滨 2009 年6 月 Northeast Agricultural University Bachelor Degree Dissertation Number: A07050271 The Design of Distribution Automation System Name: Tutor : Department : Major : Harbin·China June·2009 配电自动化系统设计 摘 要

2、随着电力系统的不断发展和电力市场的逐步建立，配电网络的薄弱环节越来越突出，形成了电力需求与电网设施不协调的局面，集中反映在配网故障后的恢复和处理、配网负荷转供等问题，这种局面越来越不适应社会需求。配电网络的自动化和智能化是解决上述问题的重要途径。 本文深入讨论了配网自动化系统的设计方案和实现技术，主要工作包括: （1）配网主站系统平台设计和SCADA系统设计 （2）站端系统设计 （3）馈线自动化设计 系统的实现提高了配电网络智能化水平，特别是加快了配网故障区域的隔离和负荷的转供速度，为电力企业带来了巨大的经济效益和社会效益。 关键词: 配网；自动化 ；负荷 V The De

3、sign of Distribution Automation System The disadvantage of power distribution network is more obvious with development of electric power systems and foundation of electric power market.It is mainly reflected by restoring and dealing of power distribution network，transferring of power distribution

4、 network charges.Now this situation does not meet the social requirement.Automation and capcity of the power distribution network is the important method to deal with the situatino. The thesis provides design and realization technology of power distributino automation system.The main works are: （1

5、）The design of power distribution station system，the design of SCADA system （2）The design of substation system. （3）The design of communications project Realization of the system improves the level of power distribution network capacity.Especially it expedites the speed of separation from the faul

6、t region and transfer of the charge.Bringing the enormous social and economic performance for the electric power enteprise. Keywords: power distribution,automation，burden 目 录 摘要 I Abstract II 1 引言 1 1.1 配电自动化的研究内容和意义 1 1.2 国内外配电自动化发展状况 2 1.3 研究的主要内容 4 2 城区配电自动化设计概要 6 2.1 概述 6 2.1.1 设计

7、原则 6 2.1.2 设计目标 6 2.1.3 设计依据及要求 7 2.1.4配电自动化难点分析 7 2.2 某城区10KV配电网线路概况 8 2.2.1 某城区配电网现状 8 2.2.2 某城区配电网改造后状况 9 2.3 系统设计方案 9 2.3.1 系统结构及功能要求 9 2.3.2 配网自动化系统整体设计方案 13 2.3.3 配电自动化系统工程范围 13 3 馈线自动化 14 3.1馈线自动化方案 14 3.2配电主战故障处理系统 14 4　低压台区监测及集中抄表系统 17 4.1低压台区监测系统 17 4.1.1 系统实施方案 17 4.1.2 系

8、统的主要功能及技术要求 18 4.2 集中抄表系统 18 4.2.1 集中抄表系统构成及要求 19 4.2.2 集中抄表系统实施方案 20 5 配电自动化通信系统设计 22 5.2 配电自动化通信系统设计思路 23 5.2.1 系统通信设计原则 23 5.2.2 系统整体通信结构 23 5.3 主站与子站之间通信方式 25 5.4 子站与终端之间的通信方式 25 5.5 通信规约 25 6 配电自动化主站的设计 26 6.1 配电自动化主站结构设计 26 6.1.1 主站系统网络设计 26 6.1.2 硬件结构设计 27 6.1.3 软件结构设计 28 6.2

9、配电自动化主站硬件配置 28 6.3 配电自动化系统软件配置 29 7 配电自动化子站的设计 31 7.1 配电子站设计结构 31 7.2 配电子站实现的功能 31 7.2.1 数据采集和传输 31 7.2.2 故障处理 32 7.2.3 控制和通讯监视功能 32 7.2.4 其它功能 32 7.3 配电子站通信接口 32 8 配电自动化系统主站功能 33 8.1 配电SCADA系统的功能 33 8.1.1 本身运行状况的监控功能 33 8.1.2 配电网运行状况的监控功能 34 8.1.3 变电站内设备的监控功能 34 8.1.4 户外设备的监控功能 34 8

10、.1.5 电网负载监视功能 36 8.2 配电网专用AM/FM/GIS功能 36 8.3 配电生产管理系统 36 8.3.1 显示管理 37 8.3.2 设备管理 37 8.3.3 查询统计 38 8.3.4 系统设置 39 8.3.5 辅助作图 39 8.3.6 配电生产管理 39 8.3.7 配电运行管理 42 8.3.8 配电网在线维护 43 8.4 高级应用功能 44 8.4.1 网络拓扑 44 8.4.2 在线仿真培训功能 44 8.4.3 负荷预测 45 8.4.4 配电网潮流计算 45 8.4.5 配电网重构 45 8.5 配电WEB浏览功能 4

11、6 8.6 与其它系统接口功能 46 9 结论 47 参考文献 48 致谢 49 1 引言 1.1 配电自动化的研究内容和意义 配电自动化系统（DAS）是包括110/10KV变电站（部分地区有66/10KV变电站、35/10KV变电站）的10KV部分，10KV馈线以及从10KV馈线到用户的全部配电系统元件的综合自动化系统。其目的就是要提高供电可靠性，实现安全、经济、优质供电。 80年代以来，我国电力工业得到了快速发展，90年代中后期，重点突出加强电网建设，现在220KV及以上系统中运行的微机保护超过1万台，有1000多个基于分布式网络的综合自动化的变电站投入运行，绝大多数省

12、、地、县调度所装备了配电网监控系统(SCADA)系统，这些信息技术以其良好的可靠性、灵活性和可扩展性为电力系统广大用户所接受，这为采用更先进技术，从高起点提高自动化带来了契机。 配电自动化是电力系统现代化的必然趋势，其主要目标可归结为：在正常情况下，通过监视配电网运行工况，优化配电网运行方式；当配电网发生故障或异常运行时，迅速地查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积；根据配电网电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行目的，合理控制用电负荷，从而提高设备利用率，自动抄表计费，保证抄表计费的及时和准确，并可为用

13、户提供自动化的用电信息服务等。提高企业的经济效益和工作效率，并为电力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：对于电力企业，配电自动化的实施的具体意义在于：近期可以大幅度提高供电可靠性，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的一次网络的基础上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。 按照国际现代企业发展规律，配电自动化的系统实施是整个配电网络技术水平、管理水平的全方位全过程的提高，是未来能够实现多方面、巨大的经济效益的基础。在我国目前经济和供电条件下它更能作为一种基础设施的优化促进国民经济发展，并起

14、到实现经济和社会双重效益的作用。 目前垦区电力系统正在进行大规模的电网改造建设，配电网络得到了合理化改造，布局更加合理，一次设备进行了更新改造，设备的安全性、可靠性得到了充分保证，近几年来垦区电力系统技术力量也有了较大的提高。这些都为实现配电网自行动化奠定了良好的基础。基于信息技术的配电网自动化将会在垦区得到广泛的应用并发挥巨大的作用。 本项目实施后，与现有的配电网相比，将大大降低配电网的故障率，缩小配电网故障的停电范围，供电可靠性得到了较好的改善，事故处理能力进一步增强，从而带来较好的社会效益和经济效益。 1.2 国内外配电自动化发展状况 在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到

15、了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关遥控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统(DMs)。其功能己多达140余种。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公司、法国施耐德公司、美国COOPER公司、摩托罗拉公司、英国ABB公司、日本东芝公司等，推出了各具特色的配电网自动化产品。 欧美等发达国家的配电自动化开始于20世纪70年代，早期目标是缩短馈线停电时间。美国在开展配电自动化工作的初期，采用配电线路上装设多组重合器、分段器方式，使线路故障不影响变电站馈线供电。在纽约曼哈顿地区，27kV任一线路

16、故障时真空重合器和变电站内的断路器配合，经过小于3次的开合操作，自动隔离故障使非故障段恢复供电。1997年全纽约的用户平均停电时间(含检修、故障等各种因素停电时间)为104min，而曼哈顿地区仅为9min。 1994年，美国长岛电力公司配电自动化系统采用850台FTU和无线数字电台组成了故障快速隔离和负荷转移的馈线自动化，在4年内避免了59万个用户的停电故障 (根据美国事故统计标准，对用户停电达到或超过5min就是停电事故)，并因此获得IEEEDA/DSM大奖.整个系统的形成大致经历了三个阶段:第一步使线路运行达到能自动分段;第二步建立通信通道实现SCADA(Supervisory Contr

17、ol And Data Acquisition。监控和数据采集)功能;第三步实施非故障段的自动恢复供电。 日本是配电自动化发展得比较快的国家。从50年代开始在配电线上开始采用自动隔离故障区，并向健全区(无故障区)恢复送电的按时限顺序送电装置:60-70.年代研究开发了各种就地控制方式和配电线开关的远方监视控制装置;70年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统;其后由于电力电子技术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方监视控制系统在实际应用上得到很大的发展.到1986年，全国9个电力公司的41610条配电线路己有35983条(86.5%)实现了故障后的按时限自动顺序

18、送电，其中2788条(6.7%)实现了配电线开关(指柱上开关)的远方监控(包括一般的和计算机监控)。 新加坡公用电力.局(PUB)在80年代中期投运并在90年代加以发展和完善的大型配电网的SCADA系统，其规模最初覆盖其22kV配电网的 1330个配电站，目前己将网络管理功能扩展到6.6kV配电网，进而覆盖约4000个配电站。 从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。 在日本，由于无线电通信频段大都被电台占用而很难得到保证，日

19、本在配电自动化系统中，基本不采用无线电通信。光纤因处在发展阶段，目前只在一部分地方使用。比较普遍的是利用通信电缆和配电线路来传送信号.而在欧美等国，却广泛采用无线寻呼通信网络和有线通信相结合的方式。 目前使用较多的配电线信号传送方式有:音频控制方式，音频电流传送方式和位相脉冲方式.利用专用电话线或CATV有线电视电缆，采用屏蔽双绞线(RS一485)、光导纤维等方式，也是广泛采用的配电自动化通信方式。UHF和VHF电台、调频广播(FM)和调幅广播(AM)多用来用作负荷监控的信道，无线扩频和一点多址微波通信大多用于配网自动化的通信主干线。 国外配电自动化的实现，大致是先实施馈线自动化，然后建立

20、通信通道和配电自动化主站系统，再完善各项功能。然而，在这过程中留有大量的有待开发的自动化功能和一些已开发的功能之间的重叠。配电自动化的发展经历了各种单项自动化林立，号称“多岛自动化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程，目前己具有相当的规模，并从提高配电网运行可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会效益。 日前国外正致力于配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等研究。并且在研究通过负荷分配的优化来减少网损，对变压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗，以及按

21、即时电价对用户负荷进行管理等。 国内配电自动化起步于20世纪90年代，较国外发达国家滞后20年。由于资金和计算机技术等条件的限制，同时这也是一个相对崭新的课题，需要一个认识过程，因此一直发展比较缓慢。近年来特别是全国大规模进行城乡电网改造以来，配电自动化方面的工作取得了比较大的进展，众多科研开发企业和制造商开发研制了配电系统自动化集成技术、应用软件和一二次设备，许多地方供电企业进行了不同层次不同规模上的试点，这些都为供电企业的供电可靠率、供电质量、设备安全、劳动生产率、现代管理水平的提高发挥了一定的作用，为我国配电系统自动化的发展积累了经验、创造了条件。 上海市供电局在浦东金桥金藤开发区实

22、施了配电自动化工程，第一期工程采用法国施耐德集团生产的PR环网开关会柜9台，基本达到了遥控、遥信和遥测的目的，但规模较小，且设备依赖进口，造价高，不便推广普及。北京供电局以引进日本东芝技术生产的具有自动化功能的柱上真空开关设备八台，即将投运，达到国外配电自动化第一阶段水平。沈阳电业局于1995年安装了10台丹阳生产的柱上真空开关，采用有线控制，但未大面积推广，而且也属于国外第一阶段水平。此外，石家庄供电局、大连供电局、南京供电局、郑州供电局、武汉供电局和广州供电局也分别立项或进行了一定规模尝试。 银川城区配电自动化系统全部采用自行研制的国产设备，采用馈线RTU，配变RTU和建立在 windo

23、ws95，windowsNT平台上的先进的计算机网络系统，运用 SQL Server大型数据库系统，并采用有线通信和无线通信相结合的综合数据通道，而且充分利用银川地调的已有资源，实现了配电网中30余条进线、几十条馈线和7个开闭所及小区变的全面监控，取得了大量经验，该系统己于1998年8月20日通过国家电力公司组织的技术鉴定，达到国内领先水平。这是我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统，它标志着我国城网改造进入了一个新的阶段。目前西安供电局和宝鸡供电局也在按银川模式建设配电自动化系统。 从设备制造水平的角度看，国内不少企业己成功地研制出能够满足配电自动化要求的产品.比如可靠的柱上真空开关、重合

24、器、馈线开关远程式终端(FTU)、变压器测控单元(TTU)、开闭所、小区变远程终端〔RTU)、配电网地理信息系统(GIS)、负荷监控系统、配网管理信息计算机网络、智能式电度表及远方抄表计算机系统，以及各种数据传输设备(DCE)等。 我国配电自动化的发展大致可以分为三个阶段。第一阶段，引进国外的自动化开关设备，通过智能开关设备之间的配合实现故障定位、隔离和自动恢复供电，这被称之为就地控制的馈线自动化模式，这种方案仅在故障处理时才起作用，且不能检测出中性点小电流接地电系统的单相接地故障，而在我国绝大多数城市中，故障停电占用户的停电时间比例很小，而引入的自动重合器、分段器和负荷开关价格昂贵，投入很

25、大，收效甚微。第二阶段，实现配电层次的SCADA功能，通过建立配电系统的实时监控系统(SCADA系统)，即在配电网调度中心建立主站系统，在各变电站、开闭所设置RTU，FTU等远方终端，通过通信通道联系，从而达到实现对配电网监控的功能。这种模式的故障处理时间大大缩短，而且在配电网正常运行时可以对配电网进行监控和运行管理，实现系统的优化运行，这也是近年国内来所采用的主要配电自动化的模式，但是这种模式需要借助于通信系统，而且故障的处理依赖主站进行。第三阶段，通过多年的配电网的改造和各单项自动化(如负荷控制、远程抄表系统、配网系统管理系统等)的发展，借助现代计算机技术、网络技术和通信技术实现各子系统之

26、间资源共享，达到配电管理层次。 1.3 研究的主要内容 本课题所研究的配电网自动化系统是以农垦建某分局城区供电网络为研究对象，对某城区配电网络自动化进行整体设计。 该研究旨在通过对某城区配电自动化系统的调研分析,制定最佳设计方案，最终为实现最为理想的某城区配电网自动化系统。 （1） 配电网自动化整体设计概要 通过对某城区的供电负荷及配电网的现状，考虑到今后五至十年的发展规化，依据相关的设计原则以及要达到的目标。研制出适合于该城区最佳的配网自动化整体设计方案，确定系统实现的功能。并针对配电网自动化实施过程中遇到的技术难点，提出相应的对策。 （2）馈线自动化设备及功能实现 馈线自动化

27、(FA)是实现全面自动化的基础。配电网中由于馈线引起的停电时有发生，此时如何尽快恢复供电则是配电自动化的一项重要任务，因此，故障自动隔离和自动恢复供电是馈线自动化系统的一个主要功能。合理选择实现馈线自动化的模式、合理选择一次配电设备，加装智能化终端设备，实时遥测、遥信和遥控功能，是馈线自动化功能实现关键之所在。 （3）用户集中抄表系统 随着城区的规模不断发展，抄表收费给电力系统的生产带来了越来越大的困难，手工抄表不仅浪费了大量人力资源，而且会产生各种差错，给电力企业带来经济损失。因此，实现用户抄表计费自动化也是配网自动化重要内容之一。通过电能数据的采集、传送、处理、保存，进行有关电量计算、

28、线损考核，分类汇总查询及有关报表单据打印等工作，来完成自动抄表计费工作。 （4）配电自动化主站、子站系统 配电自动化主站系统是配电自动化系统的核心，主要完成配电网的SCADA系统功能、故障处理及负荷转移计算功能、配电GIS (AM/FM/GIS)功能，还包括配电高级应用软件等。 配电子站主要采集变电站内RTU和户外各种RTU（FTU, TTU等）的数据信息，并进行数据汇集和转发。由于配电子站管理的RTU数目众多（是变电站监控系统的3到5倍），由此要求配电子站有高可靠性和灵活配置。因此要合理选择主站、子站的设计方案，最终实现资源共享、信息共享。 （5）通信系统设计 配电网自动化中，最

29、关键、最核心的问题就是通信。在配电系统中，由于各种元件过于分散，节点数目众多，对通信提出特殊的要求，这也意味着通信系统分布庞大，应当从控制中心到达数以万计的从杆上到地下的远方设备。在主站、子站、馈线与终端设备之间选择合理的通信网络,从而达到性能价格比最高，确保配电自动化系统高效、安全可靠运转。 2 城区配电自动化设计概要 2.1 概述 某城区是其供电区内负荷密集，供电量最大的区域，该城区是某农垦分局所在地，是某城区分局工业、商业、文化、政治、体育、通讯、居民生活中心。也是某垦区的交通枢纽和商品集散中心。某城区实施配电网自动化系统，可达到提高供电可靠性、提高供电大质量、降低损耗

30、、提高配电网整体管理水平、稳员增效的目的，有着显著的经济效益和社会效益。 2.1.1 设计原则 为了使系统建设能取得好的效果，保证与现有资源共享，节约投资，系统整体方案的设计将遵循以下原则： （1）工程的设计思想，对某城区整个配电系统的自动化进行统一的规化和设计，采用集中与分布相结合，保证数据和信息资源和高度共享，避免重复投资和资源浪费，以期获得最大的投资效益。 （2）系统软硬件采用层次化的体系结构，充分保证系统的可维护性、可扩展性和实用性。 （3）遵循各种相关的国际标准、国家标准，保证系统的开放性。 （4）本方案将以高性能的地理信息系统作为整个配电网管理系统(DMS)开发的支持平

31、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，保证信息的高度共享。 （5）对已有的自动化系统（如调度自动化系统等），本系统可以开放地、方便地与之实现信息交换。例如：变电站站内开关的信息、站内母线电压、出线电流等可由现有变电站综合自动化系统终端中调取，不用另外采集，以节省投资。 （6）系统采用了分层、分布式体系结构，保证能够分期、分阶段地逐步实现配电自动化的各项功能。 2.1.2 设计目标 本方案的实施主要要达到以下几个主要目标： （1）提高配电网系统运行可靠性，减少故障停电范围，缩短非故障区域恢复供电时间； （2）提高供电质量； （3）优化网络结构和无

32、功配置，降低线损； （4）提高配电网系统运行管理的自动化水平，提高供电设备利用率，降低运行维护费用，最大限度地提高企业经济效益； （5）提高用户服务质量和投诉响应能力，改善线路故障时用户服务的反应能力； （6）建立完善的配电自动化系统并具备良好的系统扩展能力，实现局内系统的资源共享，提供优化决策平台、提高管理水平。 2.1.3 设计依据及要求 本设计依据为国家有关部门制定的《配电自动化系统功能规范》、《10KV配网自动化发展规划要点》、《配网自动化系统远方终端》和《县级城市配电网自动化实施技术导则》等有关要求以及《某城区发展总体规化》、《某城区配电自动化系统技术方案》等有关文件。

33、根据国电公司《10KV配电网自动化发展规化要点》的要求，配电自动化规划设计的基本要求主要有： 　 （1）使接入10KV公用线路上的用户具有两个以上的电源供电的可能性，其中应使2/3以上的用户享有“N-1”供电可靠性的能力； （2）对配电网设备运行状况进行远方监视和检测； （3）当线路发生故障时，能自动隔离故障区段，并恢复对非故障区段的供电； （4）根据需要可远方对网络进行重构和负荷转带； （5）与其它系统进行信息交换，资源共享； （6）配网自动化的一次设备、通信和自动化设备应满足相关的标准要求。 2.1.4配电自动化难点分析 配电自动化有其自身的许多特点，这些特点将使其在实施

34、过程中遇到许多难点问题，因此在设计配电自动化系统方案过程中必须注意这些难点问题加以解决。 配电自动化实施难点问题及对策主要有： （1）设备众多，量大面广、系统组织要求高 配电自动化与目前国内已实现较为成熟的调度自动化系统相比较有许多不同点，调度自动化系统管理的主要是户内设备，其通信量大，但比较集中，而配电自动化系统管理的是大量的户外设备，其通信量小、但非常分散，配电自动化系统的测控对象通常要成百上千甚至于上万点之多。管理的设备数量比调度自动化系统要多得多，而且大部分的设备要工作在户外严酷的环境下，因此要将深入城市各个环节的配电线路和不同类型且满足各类供电方式的配电设备组织起来，有效地形成

35、城区配电网实时故障处理和管理方式，是一个复杂的系统工程。 应借鉴国外先进技术及管理经验，了解发达国家配电自动化的发展历程，充分吸取其经验，避免走弯路，尤其要学习国外配电自动化生产厂家如何与电力系统合作、如何将计算机、通信等高新技术应用于配电网及户外设备的管理等方面的经验。 （2）开关设备频繁操作，可靠性要求高 配电自动化系统应用的一大目标是实现日常配网动态管理，以达到合理分配负荷、有效利用能源的目的，因此开关设备要求能够频繁操作，为此设备高可靠性是实现动态管理的基本要求。 从自动化角度设计高可靠性设备，在开关设备设计时就要考虑解决这些问题，如简化开关操作机构，保证其动作可靠稳定等。

36、（3）户外终端工作环境恶劣，对电子产品要求高 配电网各节点包含大量户外终端，这些电子产品工作环境有可能非常恶劣，通常要求在-25℃~75℃，湿度高达95%的环境下工作，这样设备的关键部分就必须采用工业级的芯片，还要考虑防雨、散热、防雷等因素，如何保证终端具有抗各种突发强干扰能力、并能适应户外气候、达到免维护是需要解决的重要问题。 1）采用独特的结构设计，生产出真正适合户外环境的工业产品； 2）设计合理的自动化控制原理，使其能有效工作； 3）通过简洁的工作方式，避免干扰； （4）终端遍布配电网每一个节点，通信网络建设复杂 针对大量终端需要通信，由于配电自动化系统的站端设备非常多，会大

37、大增加通信系统建设的复杂性。此外，在配电网自动化系统中，众多的终端设备中即有容量较大的RTU，又有容量小的馈线FTU以及故障记录信息、定值远传、远方抄表等信息，这样就更增加了通信系统的建设难度。 从目前成熟的通信手段来看，没有一种方式能够单一满足要求，因此，往往综合采用多种通信方式，通常采用多层集结的方式，以减少通道数量和充分发挥高速信道的能力。 （5）户外设备控制、工作电源的提取问题 设备监测、故障位置判断，隔离故障区段、恢复正常区域供电，是配电网自动化最重要的工作之一。为了保证这些功能的实现，必须保证在故障期间，计算机系统、通信系统以及分闸、合闸操作系统对电源的需要，因此，不得不安装

38、足够容量的蓄电池，还需要与之配套的充电器和逆变器。 选择技术比较成熟的能进行深充深放的蓄电池来实现户外设备控制的电源问题。 2.2 某城区10KV配电网线路概况 2.2.1 某城区配电网现状 某城区10KV配电线路主干线全部是架空线路，10KV配电线路55KM，导线截面为16mm2─25mm2。电杆为YB-19-10型，共917基，60%有横纵向裂纹，10%杆头破损、漏筋。立瓶型号为P-10。0.4kV配电线路96.8KM，导线截面为16mm2─25mm2，电杆为YB-15-8型，供电半径最大为1.5KM，远超过0.3KM的城区规定供电半径，电度表12800块，其中60%属于国家明令淘

39、汰产品，配电变压器121台，其中高耗能变压器88台，约占66%，配电变压器总容量为18330KVA。由于配电网导线截面小，供电线路迂回，供电半径过长，负荷大，电瓷等级偏低等原因，造成0.4KV 线路未端电压最低为170V，低于国家最低标准14%，配电线损高达40%，在用电高峰时，用户的日光灯、家用电器都无法正常使用。由于配电网布局的不合理，分支线路没有安装隔离开关，常常因为小故障，局部故障而造成一拉一条线，一停一大片的事故发生。供电可靠性得不到保证，严重影响了用户的日常生产生活。 2.2.2 某城区配电网改造后状况 鉴于已有的10KV线路存在不足不能满足自动化需要的情况，以及考虑今后5至1

40、0年的负荷发展规划，该城区10KV配电网线路进行改造，10KV配电网线路采用4回路，环网供电方式，主干线导线截面120mm2、分支干线导线截面70 mm2，分支导线截面50mm2，同时按照自动化的要求对线路加装开关设备对线路进行合理分段和联络，满足在线路停电或故障时负荷的互倒互带要求。 改造后涉及本次配电自动化工程的馈线线路共有4条，开关共有 32台，主干线联络、分段开关10台；其余22台为分支线路开关。 2.3 系统设计方案 2.3.1 系统结构及功能要求 2.3.1.1系统结构 根据该城区配电网具体情况，其配电网自动化系统采用三层结构： 第一层：主站。负责整个城区配电自动化及管

41、理系统的监控、管理； 第二层：子站。主要用来实现变电站10KV出线的馈线自动化，并上传下达各种实时信息。 第三层：配电终端，主要负责对线路、馈线开关、配变等设备进行数据采集和控制。分为RUT、FUT、TTU。 配电自动化系统整体结构设计框图如图2-1所示： 2.3.1.2系统功能要求 配电自动化工作是一个牵涉面广、技术要求高的系统工程，要真正实现配电自动化系统建设，除了要建设好若干个配电自动化子系统外，还要做好与其他自动化系统联网，合理有效地实现电力系统各种信息交换、协调发展，只有这样才能实现从“多岛自动化”到系统集成的配网管理系统建立，并发挥系统各项功能的实际作用，为此，要说明系统

42、功能，我们必须组成系统的各部分子系统主要功能做具体描述，下面将组成系统几个主要部分进行说明。 （1）配电自动化系统主站系统功能 主站系统是整个管理系统的最高层，负责对所有配电线路及设备的管理，对全局重要信息进行监视管理，其基本功能包括以下几个方面： 基于制图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS）一体化设计的配电SCADA功能 馈线自动化子系统（FA） 故障处理和负荷转移决策功能 配电网在线维护功能 调度员在线仿真培训功能 配电网专用AM/FM/GIS功能 城区配电自动化主站 中心变子站 配 电 终 端 配 电 终 端 配 电 终 端 配

43、 电 终 端 柱 上开关 柱 上开关 柱 上开关 配电室 配电变压器 配 电 终 端 图2-1系统整体结构设计框图 配电WEB浏览功能 （2）配电自动化系统子站基本功能 数据采集功能，包括采集状态量、模拟量、电能量等。 数据传输，实现与主站、终端的通信，支持多种通信规约，实现与其他智能设备的通信。 维护功能，包括故障的定位、隔离及故障区段恢复供电。 通信故障监视与上报 其他功能，包括自诊断、自恢复、功能远程维护功能、后备电源。 （3）电自动化

44、系统终端基本功能 根据现场监控或监测对象，配电自动化现场终端可分为如下几种终端： 馈线开关监控终端(FTU)，配变监测终端(TTU)。 各终端功能如下： FTU功能： 采集开关位置、终端状态、操作电源等状态量 采集中压电流、电压等模拟量 控制开关分、合闸 与上级通信 参数设置 故障检测与处理等 TTU功能： 采集设备状态 采集功率因数、低压电流、电压、有功功率、无功功率、零序电流及三相不平衡检测，采集电能 与上级通信及时校时 电能量转发 参数设置 程序自恢复、最大需量及出现时间、失电数据保护、断电时间等。 统计停电时间、记录停电起止时间 报警功能

45、 2.3.1.3 馈线自动化模式选择 馈线自动化实现模式，目前主要可分为以下几种： 就地控制模式：按照预先设置的运行方式，实现就地故障判断、隔离、恢复送电等处理，馈线正常时传送运行参数。 远方监控模式：就是要设立主站，馈线上各个监控终端采集运行参数，并通过子站将信息传回主站。在发生故障时，由主站根据采集的故障信息进行分析、判断，切除故障段并实施恢复供电。 就地与远方监控混合模式：馈线建有较可靠的信道，在馈线发生故障时由监控终端按照预先设置的运行方式（就地或远方）进行处理，正常运行时，监控终端向主站发送运行参数，并接收主站监控命令，处理负荷转移、平衡、改变运行方式等。 根据某城区线路情

46、况，即线路全部为架空线路，线路的联络主要以环网为主，馈线自动化模式采用就地与远方监控混合模式，即故障的处理由终端配合开关设备就地处理，监控终端向主站发送运行参数，并接收主站监控命令，处理负荷转移、平衡、改变运行方式等。 2.3.1.4 系统通信信道的选择 配电自动化系统建设除了要进行配网一次设备等改造外，建设一套能满足实现配电自动化功能要求、可靠的数据通道，是实现配电自动化各项功能的关键。目前，可采用的通信技术有：有线电视广电网、音频、光纤、双绞线、有线、无线、无线扩频和配电线路载波等，在配电自动化系统实现过程中，采用何种通信技术或方案，则应根据接线方式、实现功能、现场环境和可靠性要求等

47、因素决定。 根据某城区线路情况，并结合各种通信方式的性价比情况，城区配网自动化系统的 图2-2 配电自动化整体结构图 通信系统采用： 主站与子站之间通信方式采用光纤环网。 子站与终端之间设备采用光纤加双绞线方式。即：配电网主干架采用光纤，配变、分支线采用双绞线。 2.3.2 配网自动化系统整体设计方案 针对城区配电网的基本现状结合配电自动化系统的基本要求、目标和将来系统发展规模，以系统设计经济性、扩展性、可靠性和易维护性为目标，设计了配电自动化系统总方案， 系统整体结构如图2-2所示。 配电自动化系统由图示三层结构构成，即：配电主站层、配电子站层和配电终端层。配电

48、主站由主备服务器、数台工作站、通信子系统、语音报警系统以及打印机、网络设备等构成；配电子站分布于变电站，负责各变电站户外测控终端RTU（FTU、TTU等）的信息转发和监控，配电主站和配电子站之间用光纤环网通讯方式通信，配电子站和FTU之间可采用双绞线或光纤等方式通讯。 2.3.3 配电自动化系统工程范围 本次配电自动化工程范围以10kV干线、馈线自动化为主，覆盖了0.4kV主要的低压配电台区自动化，延伸到用户集中抄表系统。 主要包括1个变电站，4条馈线线路，32台开关，121台配电变压器中的105台配电变压器以及用户集中抄表系统。系统涵盖某城区全部供电区域。 本期配电自动化系统工程包含以

49、下内容： （1）配电主站系统1个 根据配电自动化系统的特点，建立一套适合于某城区配电系统管理和监控的配电自动化系统。 （2）配电子站1个 本期建立1个配电子站，完成向下控制户外设备和采集相关信息、站内采集相关的变电站信息，向上传递和接收来自与主站信息的功能。 （3）配电设备及监控终端 1）柱上开关及终端：32 台 2）配电监测：105台 3）用户集中抄表系统 （4）通信网络的建设 1）构筑变电站到配电主站的光纤通道； 2）构筑完善主干线终端（FTU）到子站之间的光纤通信网； 3）支线FTU以及TTU的通信双绞线通信网； 4）建立配电主站系统的局域网，实现双网。

50、 3 馈线自动化 常用的馈线自动化实施模式有就地控制、远方集中控制以及综合智能控制。根据某供电公司对配网自动化系统项目的实际需求以及后期功能扩展的需要，系统建设为有信道方式。此种方式下，使用保护型FTU，可依赖信道实现就地控制。 3.1馈线自动化方案 对于较复杂网架结构，在线路故障情况下，利用保护型FTU和系统通信完成故障区段的自动隔离，非故障区段自动转移供电功能。引入了具有远控功能和保护功能的配电馈线自动化原理;在保护方面，引入了具有主保护与后备保护的双向闭锁式方向过电流保护，完整实现了保护的快速、灵敏、选择和可靠性;在系统恢复方面，引入了实用的故障隔离的主备重构恢复技术;在系统监控

51、方面，提出了主备原理的热备用监控技术。该系统采用信号传递机制，使相关的两个或多个FTU间传递故障信号并实现故障检测和隔离，无需主站干预。相对于其他利用主站实现故障检测和隔离的方案，有以下特点: 1)故障隔离范围小。 2)不需二、三次重合。 3)主站失败不影响保护操作。 4)实现保护为毫秒级，领先同类产品。 3.2配电主战故障处理系统 在断路器馈线故障处理模式下，主站段故障处理系统起如下两个作用： l) 馈线故障处理系统动作监视 当现场保护动作时，主站端故障处理系统监视保护动作信息，记录故障处理过程并进行相关校验，验证现场故障处理的正确性。 2) 馈线故障处理系统后备 当现场

52、设备不能处理故障时，主站故障处理系统启动，完成故障信息的搜集以及故障定位、故障隔离与供电恢复功能。 3.双向闭锁式电流保护工作原理 图3-1电流方向保护原理图 保护利用故障电流方向判别与故障电流幅值大小原理构成的双向闭锁式快速方向过电流保护作为自动化系统的主保护。利用主备保护原理构成完整的馈线保护。 在配电网络上，各电气相邻的FTU保护之间采用信道构成信号交换回路，每套保护只与相邻的保护联系。在故障发生时，判断故障电流的方向，采取故障电流正方向信号默认不发送，反方向发送禁止动作信号原理构成。保护配置瞬时速断、过电流、重合闸以及后加速保护。 动作过程如下： 图3-2保护动作原

53、理图 此方案相比较而言，主要有三点优势： （1）动作不依赖于远方主站。在线路发生故障的情况下，其故障的定位、隔离、恢复等都是依靠保护型FTU通过相互间的通信以及与子站系统的通信来完成的，主站相对来说更多居于远方监控及作为后备保护使用。故障发生时首先把各种信息上送到主站，由主站来根据网络拓扑及复杂计算来确定故障的定位，然后再下发控制命令来完成对故障的隔离和恢复。 （2）故障定位时间迅速。这种方案使用的保护型FTU单元，依靠光纤通信，在故障发生时，350ms可完成故障的准确定位，从而可以及时地为故障处理缩短反应时间，减小故障电流等对负荷设备造成破坏的几率和可能性。 （3）停电范围减小。故障

54、在两个分段开关时，在故障处理的过程中，使用保护型FTU可直接完成故障位置的上级分段开关和下级分段开关完成隔离和恢复，而不需要出口断路器进行动作，对全线进行停电。而远方控方式在故障时，首先要遥控出口断路器动作，然后进行故障的隔离和恢复，这样无形中就扩大了线路故障时的停电范围。 4　低压台区监测及集中抄表系统 4.1低压台区监测系统 低压配变监测装置通过对低压（10KV/380KV)配变的检测，可以及时检测电网的运行情况，用以完成传统的电压表、电流表、功率因数表、以及负荷指示仪和电压监视仪等的功能，与配电FTU或后台设备通信，提供配电系统运行控制及管理所需的数据，实时监测线路、柱上配电

55、变压器的运行工况，及时发现和处理事故的紧急情况，就地和远方进行无功补偿和可有载调压的配电变压器的自动调压功能。以利于提高低压供电可靠性及提高配电变压器经济运行的目的，在实现配网自动化方面起到了重要作用。 4.1.1 系统实施方案 本期计划对某城区现有105台10KV配电变压器中安装配变监测终端（TTU），以实现对配电变压器的监测，完成对低压配电台区实现全工况的监测和管理，实现对无功补偿电容器组的自动或远方投切功能。 系统的特点： 本系统的主要特点是根据实际生产需要将配电变压器低压侧的在线监测数据并根据无功需量实现电容器自动投切，将配变监测与无功自动补偿功能合二为一。 配变监测终端是本

56、系统的核心元件，安装于配电变压器低压侧，负责在线监测和电容器的投切控制。当主站欲查询某台或数台甚至全部配电变压器的历史数据、实时数据时，主站软件将自动接通子站并通过子站与测控仪建立通讯。如果配电变压器发生故障，测控仪将通知子站，子站将自动接通主站且在主站微机上显示报警信息。测控仪根据自身所测得数据得来无功需量，就地控制电容器的投切，并以补偿点电压为参量限制电容器的投切，当无功需量等于10千乏时，且经过15分钟延时后无功需量仍大于10千乏时投入一组电容器，此后无功需量继续增加又大于10千乏时，经过15分钟延时后无功需量仍大于10千乏，投入第二组电容器，依次类推，最多可投入四组电容器。反之，当功率

57、过剩时，无功裕量为10千乏时，且经过15分钟延时后，无功裕量仍大于10千乏，退出一组电容器，此后，若无功裕量还大于10千乏时，经过15分钟延时无功裕量仍大于是千乏时，再退出一组电容器。另外，当相电压大于235V时，不再投入电容器，而当相电压大于242V时，延时1分钟切除全部投入的电容器。在配电网中负荷绝大多数是感性负荷。因而电流滞后电压ф角，线路中COSф＜1，有时可低于0.6。现在，在变压器二次侧就地补偿电容器是根据测控仪所测数据中看到补偿后都在95%以上为系统提供了必要的无功功率。提高了功率因数，降低了线路损耗；增大了配电设备的供电能力，减少了中压线路输送的无功功率；降低了线路电压损耗改善

58、了系统电压质量；为配电网稳定、高效运行，提供了重要保障。主站软件可对采集的数据进行分析、整理、输出实用的各类图表，另外，数据库中的数据可提供给其它系统使用。 TTU的数据通信的特点是数据量大、实时性要求低，为降低系统成本，采用RS-485通信方式，由FTU或光纤通道转发到子站后，再上传到主站。如图4-1所示。 光纤 主站 子站 FTU TTU TTU TTU RS485 双绞线 图4-1 配变监测终端（TTU）系统图 4.1.2 系统的主要功能及技术要求 系统采用先进和可行的技术对低压配电网实施有效的在线监测

59、、无功补偿、远程通讯、故障报警及离线分析，并以数据库的形式向供电企业计算机网上的各专业部门提供可靠的有价值的数据。 （1）主要功能 整点记录三相电压、电流、功率、电量； 每天记录各相电压、电流的最大值、最小值及出现的时间； 自动记录停电时间，计算供电可靠率； 自动累计每天电压越上、下限时间，计算电压合格率； 记录时间可达一个月以上； 可远程监测实时数据，自动上报故障情况； 可自动控制电容器投切； （2）性能指标 工作范围：电压195-265V*3相；电流0-5A*3相；频率：48-52Hz 精度：电压±0.5%；有功功率：±1.0%；电流：10.

60、 5%；有功电量：±1.5% 耐压实验：冲击电压：6KV/2.4us；工频电压：2KV/2min 电磁干扰实验：水平／垂直0.5mT交变电磁场 适应环境：温度：-15—+5O℃；相对湿度≤85%；谐波含量≤10% 总的来说，就是要实现在线记录、就地无功补偿控制、自动故障报警、数据远传、后台分析处理5大功能。 配电监测终端采用中国电科院生产的SA501型配变综合测试仪，一共105台，安装在变压器低压侧。 4.2 集中抄表系统 随着电子技术的发展，电能计量手段和抄表技术发生了根本变化，电子式多功能电能表正取代了传统的电磁式电能表，并结合远方抄表技术，成为了配电

61、自动化系统的重要组成部分。远方抄表技术不但大大降低了劳动强度，而且还大大地提高了抄表的准确性和及时性，杜绝了抄表不到位、估抄、误抄、漏抄电表等问题。 4.2.1 集中抄表系统构成及要求 （1）系统构成 集中抄表系统即由主站通过传输媒体（公用电话线、专用线）集中抄读电能表的电能量记录值的系统。本系统是由电能表数据采集终端、集中器、主站等主要设备构成。 系统的基本结构分为以下三部分介绍：数据采集部分（居民用户端）；传输媒体（通信信道）；主站部分。 1）数据采集部分 集中器：是整个自动抄表系统的核心，装在变台低压侧，一个变台装一台集中器，它能定时发出指令，依次将各

62、采集终端的用电数据抄收并储存，再经传输媒体，将各用户用电数据传至主站与分站，进行数据处理。 采集终端：采集终端是远程自动抄表系统的前端设备，接用户电能表，采集用户用电量，上传至集中器，采集终端与集中器通讯采用低压电力载波技术，无需另外接线。 电能表将用户的用电量正比例地转换成脉冲，采集终端负责对脉冲进行采集，同时将电能量累加；每台集中器负责将同一台变压器下所有用户的用电量汇集在一起，对采集终端的数据进行管理及保存，集中器还带有485接口，可直接抄收变台总表数据，并通过通信信道将数据传送至主站。 2）传输媒体（通信信道）、 集中器与主站的通讯方案有两个：

63、 ① 公用电话网通讯方式 主站与集中器之间通过公用电话线和Modem连接，可自动或手动抄拨任何一个集中器内的所有用户的用电量。 ②专用线通讯方式 主站与集中器之间采用专用线性口(双绞线）进行远方抄表通讯。此方案多用于配网自动化工程；也可用于主站（营业所）与集中器不远的情况。 ③主站 主站是整个远方抄表系统的管理层设备，通常由单台计算机或计算机局域网再配合相应的抄表软件构成。主站安装于客户服务中心，可手动或定时自动下发抄表命令，对抄表数据进行处理、储存、计费；对供电设备进行监测、控制。 （2）系统主要实现的功能要求 l

64、）电能数据的采集、传送、处理、保存 按照设定值，采集器将电能表的脉冲采集后，定时、自动经载波传送到集中器，同一台区的数据由集中器汇总并保存，然后通过电话线、专线或10KV载波等通道传送到供电所主站微机，进行有关电量计算、线损考核，分类汇总查询及有关报表单据打印等工作，可在指定时间实现电能表累计电能量的冻结。 2）故障检测 系统中任一级通信中断24小时以上有提示报警，并记录其发生的时间；用户电能表连续停转，系统能提示并可记录其停转起始和终止的时间；当用户当日用电量发生突变时，系统可予提示报警。 3 ) 负荷曲线统计 系统可纪录每一负荷在统计日内一天内的负

65、荷曲线。当用户用电量发生突变时，主站有报警，以利于用电管理。可对某一线路或某一配电区的用电量进行电量平衡分析。 4）主站软件功能

66、 全部用户资料及电价设置，远程修改参数，电量统计报表，线损考核计算，保安器台帐管理，各种数据资料查询、打印、电费结算管理，异常用户提示，操作员权限口令设置。 4.2.2 集中抄表系统实施方案 远方抄表的自动化系统中，通常采用RS-485、低压配电载波等方式，实现电能表到抄表集中器，以及抄表集中器到抄表交换机间的通信。而抄表交换机至电能计费中心计算机系统之间，一般采用电话线或专用线方式传送。在一个配电变压器范围内，连接每一个用户的配电线实际上也组成了一个网络，这个网络不但可以传输电能，同样也可以 抄 表 主 站 用户表计 MODEM MODEM MODEM MODEM 集中器1 集中器2 集中器5 集中器3 集中器4 MODEM MODEM 电话线 小区1 小区2 小区3 采集终端 用户表计