东陵农电局配电自动化方案

摘要：就目前东陵农电局配电网络实际情况提出配电自动化解决方案。配电自动化与管理系统为C/S 与B/S相结合的体系结构，系统主站由主备前置机、SCADA服务器、Web服务器构成，通信信道采用GPRS无线通信方式，以重合闸+电流型分段器组成馈线自动化一次系统，以LS系列智能开关控制器作为远端控制单元，全系统采用Java语言开发，符合J2EE规范，自身具备WEB发布功能，具有跨平台特性，并设计了与MIS系统、调度系统及第三方GIS 系统接口。该方案采用的分层、开放、模块化、可持续扩展的体系结构能够充分满足供电企业对配电自动化系统的分步建设及持续发展需求。

关键词：配电自动化；馈线自动化；GPRS

我国配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，长期以来配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生， 严重影响了人民生活和经济建设的发展。随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成电力需求与电网设施不协调的局面。

经过两期大规模的农村电网改造，东陵农电局10 kV配网网架结构和供电能力得到了根本性改善。相比之下，与主干配电网相配套的配电自动化系统建设却处于极其不相称的状态，无法满足辖区内用电用户日益提高的供电可靠性要求，同时由配电设备规模急剧扩大所带来的设备资源管理困难已突出地展现出来。因此，以缩小故障停电范围、快速恢复非故障区段供电和为配电设备管理提供实用化操作环境为主要用途的配电自动化系统建设已是当务之急。考虑到投资规模等因素的影响，本方案仅就东陵农电局配电网络实际情况提出配电自动化解决方案。

1 配电自动化与管理系统总体方案设计

系统采用C/S（Client/Server）与B/S（Browser/Server）相结合的体系结构。其中C/S结构应用于常规的客户/服务器应用，例如事项告警信息显示、图形及实时测量数据的显示(MMI人机界面)；B/S结构应用于系统参数设置、设备管理、查询统计等功能。

系统硬件采用双机，软件采用主辅冗余热备用，保证其高可靠性；配电设备的远程监视、控制，实现SCADA系统与配电网络图的一体化；配网设备整定值的在线调整；整个网络图拓扑着色，直观反映电网运行状况；快速准确的故障判断、故障自动推图、闪烁及语音告警、隔离和恢复供电；自动进行供电可靠率计算，区域负荷统计；图形与后台数据关联，可以在图形上查看设备的缺陷记录；按照配网设备，可以对历史事项的进行分类查看；馈线设备发生故障后，系统自动发送短信通知维护人员；通过与调度自动化系统的实时接口，变电所相关数据与调度系统保持高度一致；以短信方式向用电用户下达停电通知，并留有电话通知的接口。

通信通道采用成熟先进的GPRS技术，为系统提供高速全双工实时加密信道；无须铺设线路、运行和维护成本低廉；全系统采用Java语言开发，符合J2EE规范，自身具备WEB发布功能，具有跨平台特性；提供电力专业绘图工具，支持图库分类管理、统一存放、全网共享，利用高速缓存技术减小网络传输流量。全系统实行3个层次，4个等级身份认证，全网无广播数据，提供了高层次的安全保证；软件版本采用Java Web Star(JWS)技术统一管理，实现了客户端软件自动升级更新，升级容易、维护量小；人机界面采用业界先进的Swing组件技术，无内存泄漏，并可常年保持开启状态；提供了图纸的无级缩放、鹰眼操作、区域放大、图纸索引等高级图形操作功能；核心服务器采用Linux操作系统，具有稳定、高效、可靠的特性，同时还远离电脑病毒的侵扰。

2 一次系统设计方案

馈线自动化系统最重要的功能就是对各馈电线路进行实时监控，当故障发生后，能够及时、准确地进行故障定位和隔离，并迅速恢复非故障区域的供电。

东陵农电局辖区内馈电线路距离较长、分支线路较多，故可以优先选择自动重合闸+电流型分段器组成馈线自动化一次系统方案。

完成上伯变电站的新生干、孤家子变电站的向东干两条配线的馈线自动化，并实现新生与孤家子的手拉手，共需安装2台重合器，9台分段器。具体分布如图1所示。


图1　配网的馈线自动化
采用CHZ-12型户外真空自动重合器，该自动重合器引进美国COOPER先进技术开发、设计、生产具有当今国际先进水平的自动重合器产品，以其优越的性能、独特的设计，广泛应用于国内的城网和农网改造中，运行稳定，安全可靠。选择的自动分段器为FDZ-12型户外真空自动分段器，FDZ-12型户外真空分段器系三相交流50Hz户外高压开关设备，是一种能够记忆通过的故障电流次数，并达到整定的次数后，在无电压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。

3 远方终端设备

本系统采用的LS系列智能开关控制器是一种高性能的控制设备，由它与户外柱上或变电站真空开关组成的智能型重合器、分段器具有强大的保护和控制功能，并具有较高的检测精度，并可实时监测线路的运行参数和开关的工作状态。实现过流定时限保护、过流反时限保护、过流速断保护、小电流保护、重合闸、就地遥控、手动控制、远方遥控等功能。

4 通信方案设计

系统采用GPRS无线通信方式，解决了以往无线通信设备昂贵，可靠性差的弊病，提供双向的可靠的实时信道。配合远方终端设备，实现对配电网中任何设备运转情况的监控。同时，GPRS通信借助移动现有的无线网络进行传输，不需要额外铺设通信线路，减少了施工费用；而且覆盖阔广、运营成本很低，能够适应农网地理条件复杂的实际状况。

4.1 通信内容

远程控制开关的动作（遥控），如合闸、分闸、置闭锁、解闭锁、远程调节各项通信参数、远程设定整定值。远程查询开关的工作状态（遥信）：正向有电/无电、左供电/右供电、反向有电/无电、分合闸位置、闭锁状态、控制器的操作状态：（手动/自动）、开关模式（普通/联络储能到位）、操作电源、机械故障等。查询当前时刻的运行参数（遥测）：Uab、Ubc、Uca、Ia、Ib、Ic、I0提供操作电源电池的电压。开关的整定值：过流值、过流延时、速段设定值、重合次数及相应时间、复位时间。报警：当开关的任意遥信发生变位时，主动上报告警信息，当开关的遥测超过设定的越限值范围，自动上报。统计值：累计分合闸次数，并可按照是否遥控进行分类统计。

4.2 通信方式

实时模式可以根据用户的设定做到实时上传，最小间隔为1 s，一秒钟对配电设备的数据进行一次采样。这样的优点是实时性强，缺点是通信流量大，运行成本高。

智能上传模式。当通信卡在智能上传模式方式下，用户可以设定的固定上传间隔，轮询控制器的周期，设置Uab、Ubc、Uca、Ia、Ib、Ic、I0，的上限及下限，实现越限上传，从而达到对流量的控制。当控制器产生SoE或者遥信变位时，通讯卡将事项自动上传；所有的通信参数可以远程修改。例如：5 s采样一次，30 min固定上传一次，发生遥信变位、遥测越限主动上传。

5 软件系统设计

本着吸取国内同行业软件系统的优点，结合农网的具体生产实际，按照“应用集成 + 定制开发”的开发思路，并在操作系统、数据库、人机界面、通信规约上遵循现行的工业标准，设计开发的农网馈线自动化系统是一个开放的、可以不断集成和灵活扩展的、集“远方终端设备-通信信道-后台控制管理软件”于一体的自动化系统。

通过对信道中采集来的数据进行实时存储、分析，形成馈线网络中的全套现场数据，通过直观的馈线网络形式表现给用户。当事故发生时，系统会通过各种不同的方式展示。 农网配电自动化系统方案主要包括以下五部分：配网自动化监控系统(SCADA)、配电网络监控系统（MMI）、事项监视器、系统绘图工具、WEB资料管理。

6 软件系统接口设计

与MIS系统接口。可以以多种方式为企业已经有的MIS系统提供配网的各项数据；提供遥测、遥信数据的网络转发功能。数据结构为分层设计。有关电力企业组织及人员信息资料具备较高的独立性，便于与现有的系统接口。采用了独有的组织、人员、角色架构体系，能够精确的控制系统中的功能分类，增加了系统的可扩展性。需要用户的MIS系统按照本系统的接口格式提供相应的数据，商用数据库本身提供了完善的安全访问手段。

调度系统接口包括了数据对象接口和独立前置的通信规约处理。可接入多种循环式和问答式远动规约，接口作为馈线自动化的一个数据通道，可以接入用户已经有的调度自动化系统数据。接口要求调度自动化提供调度遥测、遥信的网络转发功能。系统的设计上采用了开放性的架构设计，对于系统中上行、下行的数据分别进行归类存放。遵循CIM规范，具有较高的通用性。前置系统采用组件化设计，可以根据系统要求增加不同类型的通信规约，为与其他系统的接口提供了广泛的支持。

与第三方GIS系统接口。系统为其他监控系统(如配网GIS系统)提供遥信、遥测数据的网络转发的功能，其他监控系统可以通过这个接口，按照顺序接收到馈线自动化系统的实时数据。

7 方案的实施与建设

农村电网配电自动化系统是一个庞大的系统工程，考虑到配电网持续发展的要求，农网配电自动化工程的实施需要根据供电企业的自身实际情况，采用“统一规划、分步实施、合理连网、信息共享”的建设原则，分期分批逐年完善。本方案采用分层、开放、模块化、可持续扩展的体系结构能够充分满足供电企业对配电自动化系统的分步建设及持续发展需求。

随着配电网络的完善，供电企业可以在配电管理功能的基础上，对改造成功的线路实施局部范围内的馈线自动化功能，即采用重合器+分段器相结合的方式实现局部范围的故障自动化处理。在配电网络规划及线路改造的过程中，要充分考虑配电自动化系统的通信需求，逐步健全配电自动化通信网络，在良好通信系统的基础上，建设配电自动化实时监控功能，将配电网管理和配电自动化监控功能集成在一起，构成一个完整的系统。

对于配电网络结构良好，基本完成农网一次线路及设备改造的供电企业，可根据管理需求、资金条件分几个阶段实施配电自动化系统。然后，从提高供电可靠性出发，可以采用配电主站集中处理和当地控制相结合的方式，在结构良好的线路上实现故障自动化处理功能。在此基础上，可以建设基于地理信息系统(GIS)的配电管理功能，以及配电应用分软件模块，为调度员提供一个更真实、方便、快捷有效的操作平台，为配电网络的持续发展提供一个更有效的开发及管理平台。

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