浅谈10kV配电自动化系统设计

喻晓苹+蔡海峰+方健美

摘 要：配电自动化设计是以提高供电可靠性和改善供电质量为目的。通过对配电网运行工况的实时监视和控制，配电自动化系统能够迅速进行故障研判，隔离故障区段，缩小停电范围，快速恢复供电，支撑配电网调度运行和抢修指挥等业务需求。

关键词：配电自动化；终端；子站；主站；通信

一、配电自动化概念

配电自动化以一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，综合利用多种通信方式，实现对配电系统的监测与控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理。

配电自动化系统是实现配电网的运行监视和控制的自动化系统，具备配电SCADA、馈线自动化、电网分析应用及与相关应用系统互连等功能，主要由配电主站、配电终端、配电子站（可选）和通信通道等部分组成。配电SCADA也称DSCADA，指通过人机交互，实现配电网的运行监视和远方控制，为配电网运行和调度提供服务。

二、配网现状

本工程建设区域内的电缆线路接线方式主要以单联络、双联络和多联络方式为主。10kV开关柜主要以HXGN型、SM6型为主，也有其他部分HK型。线路负载率超过75%为重载线路，低于20%为轻载。则本次建设改造区内共有重载线路9回，占线路总数的2.08%，轻载线路136回，占线路总数的31.48%。针对重载线路的改造已列入本年度配网改造计划。

经过前期工程的建设，已经完成了本区域约76回10kV线路，156座开关站的自动化改造，并完成了本区域配网自动化的总体结构建设，主站系统、配网信息系统、通信网管系统等相继建设完成，为后期配网自动化建设奠定了良好的基础。

三、配网自动化改造设计必要性

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。

配电自动化是解决配网盲调问题，提高供电可靠性，实现配网精益化管理的有效手段，是智能配网的重要组成部分。

1.配电自动化覆盖率更高。在配电自动化覆盖区域内，用户年户均故障停电时间从39.4分钟下降到了4.74分钟，平均倒闸操作时间从36分钟下降到了4分钟，事故处理中非故障区域平均恢复供电时间从56分钟下降到了8分钟，供电可靠率RS-3从99.8902%提升至99.9976%，体现了良好的社会效益和经济效益。

2.配电自动化在倒闸操作、事故处理、负荷分流等配网日常运维管理工作中发挥了关键性的作用。

3.大幅度减轻了配网运行劳动强度，提高了运维工作效率，实现城区电缆网主干线路范围内配电自动化的全覆盖，从而进一步减少非计划停电时间，提高对用户的供电可靠性。

四、配网自动化改造设计

配电自动化系统采用：主站+子站（通信汇集型）+终端的三层结构，如下圖所示：

4.1一次设备改造设计

本区域对于供电可靠性要求较高，对现有的配电一次设备电缆化率较高的特点，按“进线三遥、出线一遥”的模式差异化开展进行配电自动化建设改造，配套相应的配电自动化终端。实现三遥的间隔加装辅助接点一副，DC48V电动操作机构一套以及三相电流互感器。对于无低压电源及没有配置PT柜的站点，需加装1台PT柜，主要为配电终端DTU提供工作电源及母线电压采集。

4.2终端设计

配电终端用于对环网单元、开关站、配电室等进行数据采集、监测或控制，应满足高可靠、易安装、免维护、低功耗的要求，性能指标应符合相关标准。配电终端建设应根据供电可靠性需求、网架结构、一次设备条件、馈线故障率等情况，按照经济、高效的原则，按照《配电自动化规划技术导则》要求，在电缆网主干线路合理配置“三遥”终端的类型、数量和位置。

实现三遥的每座开关站配置一台DTU，三遥接入间隔数为8回路及以下的，考虑采用一控八型DTU；三遥接入间隔数为8回路以上的站点考虑采用一控十六型DTU。

配电终端采用模块化设计，具备运行数据采集、处理、存储、通信等功能，满足即插即用及远程管理的要求。配电终端应满足电力二次系统安全防护有关规定和电磁兼容性要求，并具备防雷击和过电压保护措施；性能指标应满足现场安装环境要求。

配电终端采用外部交流电源供电或电压互感器（TV）供电方式，且应配置无缝投切的后备电源。后备电源宜采用蓄电池，应能保证配电终端运行一定时间。

配电自动化终端取电优先考虑PT柜取电，取电电压为AC220V。后备电源采用蓄电池，蓄电池宜采用阀控式密封铅酸电池，宜装设一组。蓄电池容量按4h事故放电时间考虑。

4.3通信系统设计

配电通信网络是实现配电网自动化的关键环节，配电网自动化系统需依靠有效的通信手段将反映远方设备运行状况的数据信息收集到控制中心。

考虑到本项目实施区域的供电可靠性要求、工程量、投资额度等因素，采用光纤通信方式将配电终端接入主站，并利用通信管理系统（TMS）实现对配电通信网中各类设备的综合管理，有效提升对配电通信接入网的智能管理水平。

根据统计，本期通信配网系统建设建设计划敷设37条光缆245.387公里，安装OLT（含以太网板）设备13台，安装ONU设备230台。ODF配线架550个，机柜18个，分光器460个，光衰耗器100个，尾纤（2M）1500根，通信电源9组，SDH以太网卡13块。

五、成效分析

5.1经济效益

通过本工程建设提高供电可靠性，从而带来经济效益。即通过配网改造及自动化建设，在提高配网供电能力的同时，也在显著提高供电可靠性和电能质量。初步测算扣除人工现场故障巡视和现场操作造成的故障停电时间，实施配电自动化后，主城核心区用户平均故障停电时间可减少至0.07小时/户·年。

配电自动化实施区域内可以充分利用一次设备资源，降低设备的闲置率，改善一次设备的整体运行环境，有效延长了设备投资周期（平均每年可节省一次设备投资200万元左右）。减少运行维护和管理费用带来效益。通过对配电网的实时监控以及设备工况的监视，运行方式调整可通过遥控操作直接执行，大大减少运行人员的巡视次数及测负荷等工作量，节约运行成本120万左右。

5.2 管理效益

通过配网数字化、信息化建设，实现配电生产精细化、集约化管理。有利于专业化管理，并能达到规范业务、提高工作效率的目的，全面提升配电专业管理水平。全面促进高素质、社会化的配电专业技术管理人才队伍的建设，夯实企业发展根基。通过试点建设，培养配电专业发展所需要的各类技术、经济、管理等专业人才及高技能人才，迅速提高员工的整体素质，为公司的发展奠定良好的人才基础。建立调控一体和配电自动化管理体系。通过制定规划、设计、施工、运行、验收等方面的标准，形成完善的制度体系，提升配网调控一体及配电自动化的管理水平。提高工作效率。实现配电自动化后，特别是实现数据集成共享后，主站可以充分利用各个应用功能来自动分析和处理各项管理事务，如报表统计、缺陷处理、停电管理等等，大大减少了人工参与量，即提高了工作速度，也提高了工作的正确性。

5.3社会效益

树立良好行业风格，全面提升本区域供电公司社会形象。为适应新形势下的新要求，国家电网公司提出了“一强三优”的发展目标，即把国家电网公司建成一个电网坚强、资产优良、服务优质、业绩优秀的现代公司。通过实施配电自动化，构建停电管理系统等多种技术手段可有效缩短故障停电时间，进一步提升用户服务质量，极大满足居民生活用电需求，提高客户满意度，提高电力企业的社会形象。保障地区经济建设快速发展，为地方经济保驾护航。供电可靠性的提高，是发展经济建设必需创造的良好硬件环境之一。通过配电自动化的实施可有效的提高供電可靠性，为宁波的经济建设发展提供用电保障。构筑和谐社会、节约型社会的需要。提高供电可靠性，缓解电力需求矛盾是构筑和谐社会的重要内容之一，通过配电自动化系统的建设，可以减少电量损失，减少设备损坏，减少维修费用，节约国家紧缺资源。

5.4 总体成效

本期工程建设完成后，预计成效如下：

配电自动化系统覆盖率大大提高，此区将有145条线路，215座开关站（环网单元）实现自动化，配网监控水平、调控一体化覆盖范围、故障分析诊断范围、配网运行优化水平等大大提高。

一次网架负荷转供能力大大提高，通过网架的优化，网络结构更趋于合理，提高网架负荷转带能力。自动化区域所有线路均实现N-1，具备负荷转供路径和备用容量，网架更加坚强。

通信系统更加完善，光纤为主，载波补充的方式完全满足电力系统安全防护有关规定，基于GIS的通信网管，综合了光缆链路的建成，通信系统可靠运行；

基本实现了全网数据模型的“单口维护，全局共享”，基于信息交互总线的配电自动化结构更加完善。

六、结束语

本项目的实施结合之前一期、二期工程基础与建设经验，改造涉及主站、子站、一次设备、通信、终端等多个环节，通过一次网架优化和配电自动化建设，本项目实施区域内的配电自动化覆盖率将达到100%， 供电可靠率预计可提升至99.9891%。配网自动化改造实施提高了整个城网供电的可靠性，是电力系统现代化发展的必然趋势。

参考文献：

[1]《城市配电网技术导则》，Q/GDW 370-2009

[2]《配电自动化技术导则》，Q/GDW 382-2013

[3]《配电自动化建设与改造标准设计技术规定》，Q/GDW 625-2013

[4]《配电自动化终端/子站功能规范》，Q/GDW514-2013