1　前言 　　多年來，由于我國電力供需矛盾突出，電力投資的重點一直傾向于輸變電系統(tǒng)。當電力供需矛盾稍有緩解時，一直被忽視的配電系統(tǒng)的薄弱性就顯現(xiàn)出來了，成為供電系統(tǒng)與不斷增長的用戶需求之間的“瓶頸”。隨著電力部門對供電可靠性、供電經(jīng)濟性要求的不斷提高，加之國家為促進經(jīng)濟發(fā)展、加大基礎(chǔ)建設(shè)投資產(chǎn)業(yè)政策的出臺，配電自動化已被提到議事日程［1］。配電自動化的實現(xiàn)，將使供電更可靠、為用戶服務(wù)更全面、人員投入更節(jié)省、整個系統(tǒng)操作更有效。 　　饋線自動化是電力系統(tǒng)配電自動化的一個重要環(huán)節(jié)。長期以來，由于我國10　kV線路以架空線路為主，因此在城網(wǎng)改造的工作中，實現(xiàn)10　kV架空線路的饋線自動化是首要任務(wù)。面對量大面廣的10　kV配電線路，如何既經(jīng)濟又高效地實現(xiàn)自動化的基本功能，是當前的主要任務(wù)。計算機、電力電子技術(shù)的日臻完善，使饋電自動化這一集計算機、自動控制、電子技術(shù)、通信技術(shù)和新型配電設(shè)備等技術(shù)為一體的自動化技術(shù)更容易實現(xiàn)，應(yīng)用效益更為突出。 　　本文介紹一種電壓型饋線自動化系統(tǒng)方案。該方案是通過以下三個階段來實現(xiàn)的：桿上配電自動化階段、遙測遙控自動化階段和計算機控制配電自動化階段。這三個階段也就是從戶外一次設(shè)備的應(yīng)用（第一階段）、信號的采集和傳送（第二階段）到實現(xiàn)計算機管理（第三階段）。這套方案的實施在日本歷經(jīng)了近30年。我國10　kV電網(wǎng)中性點不接地運行方式與日本的電網(wǎng)相似，因此將此方案應(yīng)用于我國的架空配電網(wǎng)系統(tǒng)較為適宜。 [b]2　電壓型饋線自動化系統(tǒng) [/b]　　電壓型饋線自動化系統(tǒng)方案如圖1所示。 　　2.1　桿上配電自動化階段 　　桿上配電自動化設(shè)施由同桿架設(shè)的桿上真空自動配電開關(guān)（PVS）、具有故障診斷功能的遠方終端單元（RTU）和電源變壓器（SPS）組成。 　　桿上真空自動配電開關(guān)（PVS）采用真空滅弧室滅弧，SF6氣體外絕緣，開關(guān)內(nèi)有與真空滅弧室相串聯(lián)的隔離斷口，使開關(guān)具有優(yōu)越的滅弧和耐電壓性能［2］。由于滅弧和絕緣介質(zhì)均為無油介質(zhì)，避免了火災(zāi)或爆炸的隱患。開關(guān)的高壓部分、低壓控制回路和操作機構(gòu)均密封在開關(guān)箱體內(nèi)，開關(guān)主回路引出端子采用絕緣電纜出線保護，帶電部分不外露，具有15年免維護的特性。開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，帶有懸掛式安裝金具和電纜引線使桿上安裝極為方便。具有手動/自動操作方式，使開關(guān)操作更靈活。 　　控制器可分為兩種。一種是故障搜查控制器（FDR），一種是遠方終端單元（RTU）。采用故障搜查控制器與桿上開關(guān)配合可以實現(xiàn)故障區(qū)段的隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)，但與站內(nèi)的計算機通信需要另配單體RTU。遠方終端單元除了具有上述功能外，還具有與站內(nèi)的計算機通信功能，通過配合適合于當?shù)氐牡乩淼孛驳耐ㄐ畔到y(tǒng)，可以實現(xiàn)配電自動化的遙測、遙控、遙信和遙調(diào)。 　 圖1　電壓型饋線自動化系統(tǒng)的構(gòu)成 　　 Fig.1　Configuration of feeder automation system 　　CB： 斷路器； PVS：真空開關(guān)； SPS：電源變壓器； RTU：遠方終端單元；FSI：故障指示器；TCR：遙控接收單元；TCM：遙控主站單元； CPU：中央處理單元；CD：控制臺； CRT：顯示器； G-CRT：圖形顯示器； LP/PRN/HC：打印設(shè)備 　　　電源變壓器從線路兩側(cè)采集配電線路上的電壓，以作為開關(guān)電源和用于故障檢測判斷的檢測信號。 　　整套設(shè)備以電壓延時方式，通過對斷路器從合閘到分閘延時的計算來找出故障區(qū)段。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)采用一次設(shè)備，獨立完成自動隔離故障段、自動搜尋故障區(qū)間的功能。 　　下面列舉這套設(shè)備在環(huán)網(wǎng)線路運用時，實現(xiàn)故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)過程。圖2為環(huán)網(wǎng)運用示意圖。圖中CB1、CB2分別為兩個變電站內(nèi)的斷路器，LS1、LS2、LS3、LS5、LS6分別為線路上的分段開關(guān)，LS4為兩條線路的環(huán)點開關(guān)（常開），分段點開關(guān)的延時時間為7　s，環(huán)網(wǎng)點開關(guān)的延時時間為45　s。 　　假設(shè)當故障發(fā)生在c段，站內(nèi)的斷路器CB1跳閘，LS1、LS2、LS3因失壓而斷開。隨后CB1一次重合閘，LS1、LS2按預(yù)定的延時順序關(guān)合，當合至故障段c時，若當時發(fā)生的故障為瞬時故障，因為此時線路已恢復(fù)正常，所以所有線路恢復(fù)供電。若故障是永久性故障時，LS2順序關(guān)合至短路時再次引起站內(nèi)CB1跳閘，這時，LS2因感受短路故障、LS3因檢測到前端異常低電壓而記憶故障鎖扣。此后CB1送電，使區(qū)段a、b恢復(fù)正常。同時由于d段掉電，環(huán)網(wǎng)點上的開關(guān)LS4在感受到其一端掉電后開始延時，經(jīng)過一段時間后，LS4合閘，將CB2電源供給d段。按照上述時間設(shè)定，因故障引起的正常線路停電時間最長的區(qū)段為d段，時間為45　s，系統(tǒng)實現(xiàn)了故障區(qū)間的隔離和非故障區(qū)間的供電恢復(fù)和調(diào)配。 　 　圖2　環(huán)網(wǎng)運用的示意圖 　　 Fig.2　Demonstration of ring network application 　　2.2　遙測、遙控自動化階段 　　遙測、遙控自動化階段的設(shè)施由下述裝置構(gòu)成：發(fā)出通/斷命令的控制臺、顯示信息的CRT，進行收發(fā)信號聯(lián)系的遙控主控臺TCM和與主控臺之間進行收發(fā)信聯(lián)系的遠方終端單元RTU等。第二階段作為第一階段的延伸，能具體實現(xiàn)線路信息的傳遞和對一次設(shè)備的控制、監(jiān)視。 　　作為一次設(shè)備和配電自動化系統(tǒng)承上啟下的中間環(huán)節(jié)，這一階段可實現(xiàn)以下功能： 　?。?） 當發(fā)生故障或停電作業(yè)時，遙控桿上開關(guān)的通或斷；進行過負荷時的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。 　?。?） 監(jiān)視變電站內(nèi)變壓器和饋線的電壓、電流以及站內(nèi)繼電器操作；監(jiān)視桿上開關(guān)、RTU的工作狀態(tài)。 　?。?） 通過計算機，在屏幕上顯示斷路器、開關(guān)等設(shè)備的狀態(tài)和系統(tǒng)信息。 　?。?） 進行操作記錄、打印狀態(tài)變化記錄、復(fù)印CRT畫面內(nèi)容、記錄維護工作數(shù)據(jù)等。 　　這一階段的關(guān)鍵問題是選用合適的通信方式。目前通信方式可分為兩種：一種為外圍通信，主要是數(shù)據(jù)及語言的通道；一種是計算機軟件通信。外圍通信分為有線和無線兩大類。有線分光纖通信、音頻電纜通信、電力線載波通信；無線通信分微波通信、擴頻通信和無線電通信。計算機軟件通信主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫、各種遠動裝置和各種計算機軟件按一定規(guī)約進行的數(shù)據(jù)交換。各種通信方式具有各自的優(yōu)缺點，不同的通信方式應(yīng)用于饋線自動化時所帶來的效果、經(jīng)濟性和實用程度有較大的差別。在選擇合適的通信方式后，第二階段可以方便地由第一階段擴展。 　　2.3　計算機控制配電自動化階段［3］ 　　計算機控制的配電自動化是第二階段的延伸，將各子站的信息通過主站的電訊主控單元（TCM），送入主站的計算機系統(tǒng)，進行全面的計算機管理。這一階段是以計算機為主體的自動化階段。 　　在實現(xiàn)計算機控制配電自動化后，可以實現(xiàn)以下功能： 　?。?） 配電網(wǎng)監(jiān)視功能　系統(tǒng)采集配電網(wǎng)的信息，進行配電網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測。 　?。?） 配電網(wǎng)控制功能　系統(tǒng)通過TCM按照操作者指令遙控開關(guān)和RTU。 　?。?） 配電網(wǎng)單線圖顯示功能　配電網(wǎng)每一條饋線以單線圖方式顯示。 　?。?）記錄功能　由監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)維護處理的配電網(wǎng)狀態(tài)、操作記錄、系統(tǒng)故障等，可以通過記錄功能打印出來。 　?。?）數(shù)據(jù)維護功能　操作者可以用數(shù)據(jù)維護功能，更新計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)庫。 　?。?）模擬功能　可以模擬事故時的設(shè)備動作和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，提供培訓(xùn)功能。 　　（7）配電網(wǎng)的圖形顯示功能　顯示與街區(qū)圖相應(yīng)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖。 　?。?）變電站監(jiān)測功能　對變電站內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)進行遠方監(jiān)測。 　?。?）配電網(wǎng)調(diào)配功能　計算調(diào)配配電網(wǎng)的操作過程，即通過使用數(shù)據(jù)如故障區(qū)的位置和配電網(wǎng)的電氣狀態(tài)，提供無故障區(qū)的電源來恢復(fù)掉電區(qū)域的供電。 　　這一階段與第二階段的區(qū)別在于，第二階段僅實現(xiàn)變電站內(nèi)的管理，而第三階段則實現(xiàn)了計算機全面控制饋線自動化的管理，使管理系統(tǒng)更上一個層次。此外，還可以通過完成主站與主站之間的相互后備的連接，來實現(xiàn)更大范圍的配電系統(tǒng)管理調(diào)配自動化。 [b]3　電壓型系統(tǒng)的特點 [/b]　　目前，國內(nèi)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用上大致分為兩大類型：一類是電壓型系統(tǒng)，一類是電流型系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)各有優(yōu)缺點。這里著重分析電壓型系統(tǒng)應(yīng)用于配電網(wǎng)的基本出發(fā)點。 　?。?）從10　kV配電網(wǎng)運行方式上來看，因為我國10　kV系統(tǒng)目前多為中性點不接地系統(tǒng)，與日本的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為相似，較適合采用電壓式設(shè)備；加之這種模式在日本已有近30年的運行經(jīng)驗。因此，將其應(yīng)用于10　kV架空線的配電自動化系統(tǒng)較為合適； 　?。?） 從電力系統(tǒng)運行可靠性方面來看，電壓型系統(tǒng)的優(yōu)點較為突出。因為在自動化發(fā)展到第二、三階段，故障的隔離、定位仍是由一次設(shè)備獨立完成，而通信系統(tǒng)則主要用來完成潮流計算后的負荷調(diào)配以及日常的調(diào)配、維護、操作功能，這就提高了整個系統(tǒng)處理事故的可靠性。從桿上設(shè)備的故障判斷方式來看，電壓型設(shè)備僅需根據(jù)配電線路的電源有無來進行判斷，而電流型設(shè)備用RTU則要求開關(guān)CT配合來判斷故障電流的位置和方向，RTU自身的故障判據(jù)需要根據(jù)分段區(qū)間的負荷變化來整定，這對負荷經(jīng)常變化的配電網(wǎng)來說，是相當麻煩的； 　?。?） 從桿上設(shè)備的維護性來看，電壓型設(shè)備工作電源取自線路，不需要額外提供；而電流型設(shè)備RTU雖然也可用電源變壓器作為正常時的供電電源，但在線路故障時，必須依靠蓄電池供電，才能保證通信的正常進行。蓄電池需要定期維護檢查，這使得系統(tǒng)一次設(shè)備的免維護性大大降低； 　　（4） 從線路的恢復(fù)供電方式來看，電壓型系統(tǒng)雖然由于采用逐級投入的方式，使開關(guān)動作次數(shù)增多，在縮短停電時間上不如電流型設(shè)備，但在實際應(yīng)用時，因斷路器重合，分段開關(guān)逐級的投入，可以有效地避免線路因涌流而引起斷路器的誤動作。 4　系統(tǒng)通信方式的選擇 　　對饋線自動化系統(tǒng)而言，通信信道的選擇是一個關(guān)鍵問題。應(yīng)用于電力網(wǎng)時，雖然配電線載波、雙絞線通信方式、無線電方式和光纜方式均可實現(xiàn)通信，但采用不同方式所帶來的效果、經(jīng)濟性和實用性是不同的。 　　（1）采用配電線載波方式通信，優(yōu)點是無需架線并且系統(tǒng)變化時方便易行，但由于電氣設(shè)備的投切都會對配電線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的傳輸和衰減特性發(fā)生顯著的波動，信號干擾嚴重；此外，配電網(wǎng)分支多，在分段點易發(fā)生信號衰減或信號盲點，傳輸可靠性低；傳輸速度慢，各種耦合設(shè)備造價不菲，因此電力線載波用于饋線自動化系統(tǒng)不是一種理想的通信方式。盡管目前已有文獻提出PLC技術(shù)有重大突破（DPL技術(shù)）［4］，但尚未進入實質(zhì)性（上接第33頁 continued from page 33） 　　的使用階段； 　?。?）采用雙絞線通信方式。這種通信方式需要另外鋪設(shè)通信線，但它的傳輸可靠性較高，傳輸速度適中，在需要擴展時不受其他因素的限制，在綜合考慮經(jīng)濟性、可靠性和實用性后，可以作為一種可行的饋線自動化通信方式； 　?。?）采用無線通信方式，無需架線，應(yīng)用較方便。但這種方式存在以下問題：首先要遵守電波法的規(guī)定，需要申請頻率；其次，城市電訊發(fā)展使電波干擾和電磁噪聲很大，這樣造成的誤碼率較高，可靠性下降；RTU用電臺的發(fā)射功率大，造價較高。相比之下，這種方式較適用于區(qū)域小、空中干擾小的中小城市地區(qū)； 　?。?）光纖通信方式不失為一種好的通信方式，但光纜敷設(shè)的工程量、光端機等設(shè)備的費用昂貴，如果僅用于配電網(wǎng)信息傳輸?shù)膱龊?，那么整個系統(tǒng)造價太高，性能價格比太低，不經(jīng)濟。 　　各地的電力部門可以根據(jù)當?shù)嘏渚W(wǎng)自動化規(guī)劃的要求，因地制宜，選擇適合于當?shù)氐乩淼孛驳耐ㄐ欧绞?，在綜合考慮經(jīng)濟性、可靠性和實用性后再選擇通信方式。 5　結(jié)論 　?。?） 電壓型饋線自動化系統(tǒng)可分桿上配電自動化、遙測遙控自動化和計算機輔助配電自動化三個階段逐步實現(xiàn)。 　?。?） 這套方案較適合于國內(nèi)10　kV配電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)，一次設(shè)備具有免維護性，操作整定簡便，并且采用一次設(shè)備隔離故障、二次設(shè)備主要用于完成監(jiān)控調(diào)配和計算機管理工作，保證了較高的系統(tǒng)可靠性。 　?。?） 通信方式的選擇是該方案實現(xiàn)的關(guān)鍵。根據(jù)國內(nèi)不同地區(qū)的實際情況，可以選擇不同的通信方式用于饋線自動化。雙絞線通信方式從可靠性、經(jīng)濟性、實用性等方面看均不失為一種較好的通信方式。 　　參考文獻 　　1　高嚴.抓住機遇，落實任務(wù)，加快城網(wǎng)建設(shè)和改造步伐.供用電,1998（8） 　　2　Ohshima I,Fujisawa A et al. 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