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从国内外建设经验探讨广州配电自动化建设模式
发布时间：2013-07-06 07:57 来源：未知
配电自动化系统是应用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行安全集成，构成的完整的自动化及管理系统，以实现配电网正常运行及事故情况下的监测、�；�、控制和配电管理。配电自动化系统分为配电管理系统(distribution management system, DMS)、配电自动化系统( distribution automation system，DAS)和配电需求侧管理(demand side manage-ment，DSM)3个部分。配电自动化可以大大提高配电网运行的可靠性、效率和电能的供应质量，降低劳动强度，充分利用现有设备为用户和电力公司带来可观的收益。本文通过介绍和评述国内外配电自动化发展情况，并结合广州网架结构来探讨广州配电自动化建设模式。
1、国外配电自动化发展及评价
国外配电自动化也称为馈线自动化，其发展过程大致可以分为就地配电自动化、配电监控自动化和综合配电自动化3个阶段。
第一阶段发展的特点是由20世纪50年代初期的时限顺序送电装置发展到70、80年代应用电子和自动控制技术实现的馈电自动化。这一阶段虽然实现了由开关进行故障隔离发展到馈线自动化，但局限于局部馈线故障的自动处理，故也称之为就地配电自动化。
第二阶段为配电监控自动化阶段。80年代，国外实现了包括远程监控、故障自动隔离及恢复供电、电压调控和负荷管理等实时功能在内的配电自动化技术，但只限于单项自动化系统的应用。
第三阶段是综合配电自动化阶段。80年代后期到90年代初期形成了离线的自动绘图及设备管理( automation mapping/facility management,AM/FM)系统、停电管理系统等，并逐步解决了管理的离线信息与实时数据采集与监视控制( su-pervisory control and data acquisition, SCADA)系统的集成，进入了配电网监控与管理综合自动化发展阶段，实现了配电建设、运行、管理和维护的全面综合自动化。
1.1各国配电自动化发展的特点
1.1.1美国
美国长岛电力公司( Long Island LightingCompany，LILCO)共有750条馈线，其中绝大部分为架空线路，这些线路经常由于受雷击、冰雹、飓风等影响而引起短路故障。为了提高供电可靠性，线路实施了以配电网故障快速隔离和负荷转移为主的配电网馈线自动化系统。整个系统大致经历了自动化分段、引入通信和SCADA系统、非故障段自动恢复供电实现3个阶段。
LILCO在80年代通过安装柱上开关实现故障
隔离，后采用馈线终端装置( feeder terminal unit，FTU)和配电网馈线自动化专用设备DART远程终端装置( remote terminal unit，RTU)来检测故障实现故障隔离。利用DART的故障检测算法，可检测并区分出永久性故障、瞬时性故障和负荷过流3个级别的故障。在此基础上，开发了1套FTU自动分段算法，在没有通信网络时也可以应用。利用自动分段算法，通过检测过流、失压条件，使故障开关跳闸，自动切断故障区域，恢复非故障段线路供电，减少停电区域，实现故障线路的自动分段隔离。在安装了850个带有自动分段算法的FTU升关后，使受主要线路停电影响的客户数量减少25%，如1995年1月至1996年6月，避免了24万电力客户受停电事故的影响。
从美国配电自动化管理可以获得如下经验：
a)配电自动化的主要目的是提高供电可靠性，美国社会发展水平和配电网的管理水平都比较高，供电可靠性提高效应非常明显；
b)设备水平较高，基本能实现免维护；
c)电池问题同样困扰美国配电自动化工程；
d)分布式智能应用于控制系统，减少了对中央处理系统的依赖。
1.1.2德国
德国城市高压电网为110kV，中压电网为20 kV或10 kV，中压电网由一个变电站的不同母线或变电站的母线出线构成环网或“手拉手”方式，采用环网方式设计，开环运行。城市中压电网全部电缆化，郊区配电网也基本上实现电缆化，个别地区虽然保留架空线，但也逐步改为架空集束绝缘导线。在中、低压电网中，使用远动和自动装置提高供电可靠性的优势并不明显，相反会提高投资和维修费用；与欧洲其他国家相比，德国电力系统的可靠性已经达到了很高的水平，每年用户的平均停电时间为19. 57 min，无需再通过大量的投资来提高供电可靠性，因此对配电自动化的实施一直都持审慎的态度。多数中压配电网只在馈线断路器上安装遥控装置，很少在负荷开关实现�？毓δ埽遣捎昧舜罅烤哂幸Ｐ殴δ艿墓收现甘疽�。
当前，德国在网络关键站点实现自动化功能，以较少的投资来尽快恢复供电。当电网结构相对稳定后，在局部区域网络关键点应用自动化技术；提高配电自动化的效益和优化网络结构也是进行配电自动化改造的目的。由于德国电网管理水平很高，电网结构相对成熟而变动少，因此配电自动化带来的效益对德国电网的作用并不明显，这是德国对配电自动化持谨慎态度的另一个重要原因。
1.1.3法国
法国配电自动化系统起始于20世纪60年代，1997年以后使用西门子SCADA系统，没有高级应用软件。在变电站装有RTU，配电网有2000个开关可远方遥控，其通信方式采用电话线通道（X-25通信标准），电话线沿电力线排列，1990年开始安装遥控开关，变电站供电区域的所有信息全部集中在225 kV变电站的RTU，通过RTU传到调度中心。变电站全部实现无人值守。配电自动化率达到1000lo[9]。
法国配电自动化具有以下特点：
a)配电网供电等级较高，经过升压改造后，目前中压配电网等级基本为20 kV，显著降低了线损，但同时导致供电线路长，故障率较高，因此对配电自动化有迫切的需要。
b)配电网主要停留在SCADA水平，选取了2000个开关进行遥控。在SCADA的基础上，基本能实现故障区域的隔离和非故障区域的恢复供电，提高了供电可靠性。
c)通信线路采用电话通信，较为落后，限制了配电自动化功能的扩展。
1.1.4英国
英国东方电力公司供电用户达到300多万户，供电面积大于300 km2，供电量超过30 TWh，是英格兰和威尔士地区最大的电力公司之一，约89000 km电缆和2000个变电站。
为了改善电网的供电可靠性，东方电力公司1997年开始进行了为期2年的二次配电网的改造计划。东方电力公司采用分步骤实施的解决方案，自动�？�(automatic remote control，ARC)工程初期安装了1 800台新的�？厣璞负驮抖枋�；选择在电网关键点的电线杆上安装自动重合闸装置，通过新型的地面安装式环网柜一起实现监控，通过使用远动系统来解决电网的供电可靠性。电网监控系统采用电网管理系统方案。ARC工程后期设置了3套Milenium 8200的DAS，每套控制500多台远动设备；约900台施耐德的环网柜，每台均带“Talus 200”遥控接口装置；约900台安装柱上自动重合闸装置，每台装有施耐德的“Sprite”型�？刂斩说ピ�。1999年3月底前完成了各项主要工作，比预期提前完成目标。
整个改造计划实现了2个目标，即：改善供电的安全性，减少用户停电量15%；减少电流模逻辑(current mode logic，CML)接口30%。
1.1.5 日本
日本配电自动化系统的主接线方式有单路单供方式、单回路环形供电方式和双回路环行方式。配电自动化的实现经历了3个阶段：
a)通过自动重合器和自动配电开关的配合来消除瞬时故障，隔离永久性故障；
b)在第一阶段基础上增设远控装置，实现�？毓δ埽�
c)利用现代通信及计算机技术，实现集中遥信、�？兀耘涞缤迪中畔⒌淖远砑凹嗫�，提高运行管理水平。
日本与欧美国家不同，供电半径小，可靠性要求高，环网供电方式比较多。日本配电网电压为6 kV，出线采用重合断路器与自动配电开关相配合。自动配电开关具有关合短路电流、切断负荷电流的功能。日本九州电力配电自动化起步于20世纪50年代，从引进配电线路故障区间检测装置开始，到开发和推广系统电压（时间）控制装置，以及配电线分段开关的远程终端，实现了故障隔离和非故障区的恢复供电；70年代，引进自动调度系统的实验设备并进行实用性系统的开发和推广；1995年开始引进分散型配电自动化系统；1998年引进了成本低、体积小、高性能的配电线自动控制系统。
1.1.6韩国
韩国由于配电网电压达到22.9 kV，因此配电线相对较长，促使其分段和连接点较多，客观上决定了对配电网进行改造的必要性。韩国从1987年开始着手配电自动化，到1993年才确定基本技术方案。1994年配电自动化首次在汉城江东供电局投入试运，采用负荷开关的相互配合来实现故障隔离，通信方式采用双绞线；1998-2001年，177个供电局实施了小规模配电自动化系统；2000-2001年建立了3个大型配电自动化系统，采用双服务器系统，通信为移动通信和光纤；2002年建设了9个大型配电自动化系统，覆盖整个汉城；2003年除汉城外在其他7个大城市将配电自动化系统从小规模升级为大型配电自动化系统，开发了部分配电自动化系统高级应用程序、地区调度SCADA和配电自动化系统的接口、新配电信息系统和配电自动化系统的接口。目前韩国各个地区均实现了配电自动化，其中�？刈远亟刂�2004年共有16 525个，约占全部开关设备的22. 5%。韩国配电自动化的特点为：
a)在建设过程中非常注重投资回报，因此在投资时尽量采用低端配置，不采用高级配置；
b)注重发挥配电自动化系统的作用，产生经济效益。
1.1.7印度
印度电力工业相当落后，至今全国只有不到50%的家庭能用电，北方邦缺电最严重，短缺率为18%。印度输变电设备落后，电力损耗率高，但其对配电自动化有较大的要求。多年来，印度政府一直致力于电力体制的改革来提高电网效率，扭转亏损局面。印度根据自己的实际需要，针对国内出现偷电、窃电严重的情况，优先开发了自动抄表( au-tomatic meter reading，AMR)系统，解决了回收电费困难、偷电普遍等影响电力公司正常运营的问题，仅用两年半的时间就收回投资。印度没有走西方发达国家先开发馈线自动化，后逐步建成综合配电自动化的老路。孟买电力开发的AMR系统将所有收集到的数据放在1个主站上进行分析，自动计费、电量审计、窃电监测、停电管理、报警等功能均可在AMR系统上实现。其次，印度对于降低实际网损也有很迫切的需求，采取了在线路上安装自动投切电容器，进行网络重构等措施，这是印度配电自动化的一个热点。另外，印度具有非常前沿的软件开发技术，这对于其配电自动化的建设是非常有利的。
1.2国外配电自动化发展评价
国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远程抄表等系统于一体的DMS。
美国配电自动化的建设相对成熟，配电自动化的主要目标在于提高供电可靠性，缩短停电反应时间。经过数十年的发展，美国配电自动化的水平处于国际先进水平，目前的主要趋势是应用码分多址(code-division multiple access，CDMA)、通信接口�？�(communication interface module, CIM)等新兴技术，向综合配电自动化系统转变。
欧洲配电自动化的发展同样较早，但各国的发展理念有所不同，德国对配电自动化持非常谨慎的态度，英、法两国相对较为积极，英国的发展水平相对较高。德国供电公司认为配电自动化投资巨大，收益难以收回，目前只有少数公司实施了配电自动化工程。法国配电网经过升压改造后，目前电压等级基本为20 kV，配电自动化实施较广，但高级应用功能较少，通信方式较为落后。英国对配电自动化兴趣最浓，这是由于英国电力管制��？肖较早，电力公司对通过配电自动化提高供电可靠性，提高服务质量的需求较大，很多电力公司实施了配电自动化工程除了基本的SCADA、故障隔离和恢复等功能外，其他如地理信息系统( geographicinformation system，GIS)应用、远方抄表等功能基本都有实施，目前的研究发展也较为活跃，是欧洲配电自动化水平最高的国家。
日本的配电自动化水平很高，供电可靠性世界领先，这和日本大量实施了配电自动化有直接的关系。日本配电自动化比较注重提高供电可靠性，因此功能少而精，但随着通信技术的快速发展及计算机水平的提高，更多的功能已经逐渐在日本配电自动化系统上大量应用。除此之外，日本电力公司重视中压载波通信，其电力载波通信技术始终处于世界先进水平。近期日本东京电力公司还对200 MHz的高速电力通信技术进行了验证试验。
韩国的配电自动化也达到了很高的水平，配电自动化有几个明显特点：其一，实施前统一规划试点，试点时选择了几种相应模式，一旦试点成功，即全面铺开，因此韩国的配电自动化规模很大，基本实现了全国的配电自动化；其二，非常重视投资回报率，单纯提高供电可靠性的收益不足以弥补实施配电自动化的巨大投资，但由于实施配电自动化后，使韩国配电网规划得到了很大优化，节约的大量投资足以弥补配电自动化的初期投资。
印度的配电网水平极低，印度电力短缺状况相当严重。由于整体经济发展水平较低，偷电、窃电现象十分严重，电费收缴十分困难，因此印度优先投入了远方AMR系统，该系统投入后，偷电、窃电现象得到抑制，电费收缴十分顺畅，大大改善了电力公司的财政状况，效果十分显著。印度根据本国实际出现的问题，选择合理的配电自动化解决方案的思路值得发展中国家借鉴。
发达国家的配电自动化发展历史较长，实际经验较为丰富，但是由于配电自动化的发展与信息技术、通信技术、计算机技术和自动化技术密切相关，这几种技术数十年来发展极为迅猛，因此发展中国家的配电自动化可以实现跳跃式发展，而不必遵循发达国家走过的发展道路。
2、国内配电自动化发展及评价
由于观念上的转变，中国配电自动化有了很大的发展。近年来，众多地区进行了配电SCADA方面的配电自动化试点工作，大大提高了供电可靠性。进入21世纪，配电需求侧管理和负荷控制等方面的配电自动化试点工作也在展开，截至2002年底，已实施了各种形式的配电自动化系统的单位约占全国地级城市供电企业25%～30%，覆盖线路长度约占其全部中压线路长度6%～8%，另有不少供电企业实施了覆盖城区大范围的基于配电AM/FM/GIS的离线配电管理。
国内配电自动化起步比较晚，但是发展比较快，试点工程居多。从实际情况看，配电自动化的主要作用在于提高对配电网的运行监控能力，提高供电企业的信息化水平，进而通过优化网络结线和系统运行方式，减少故障查找时间等措施提高供电可靠性。
2.1国内各地区配电自动化发展的特点
2.1.1北京
北京网架结构特点是500 kV为双环网，1 10kV和220 kV为双电源链式接线，10 kV架空线路为多分段多联络接线，10 kV电缆线路为双电源放射式接线。目前北京市自发电量仅能供应电网负荷的1/3，其余2/3的负荷依靠500 kV电网外部供电。高压电网电缆化率高，多数是电力隧道敷设。中压配电网多采用架空线路，网架结构不合理，规划、管理比较薄弱，电缆化率低。北京供电局辖区变电站已全部实现综合自动化；配电自动化方面，仅对架空网络进行试点，并且目前正在建设中，尚未投运；电能计费自动化方面，已建立1套完整的自动抄表系统，但用户侧仍采用人工抄表的方式。通信方面主要采用光纤通信网络。
从技术、成本以及运行管理等方面综合考虑，北京配电自动化系统最终采用了集中主站控制模式的系统整体方案。一期工程主要建设1套城区供电公司配电自动化系统、光缆通信系统和无线通信系统，重点实现对10 kV配电网的开关、开关站、高压用户、电缆分界室、配电室等配电设备进行监视和控制，着重实现基于地理背景一体化设计的配电SCADA功能，配电网故障检测分析处理功能，基于实时系统的配电网综合信息、管理和辅助分析功能，Web浏览服务功能以及与其他自动化系统数据接口通信等功能。
2.1.2上海
与国内大多数城市已取消35 kV电压供电不同，上海市的高压配电网主要依靠35 kV电压等级供电，其110 kV和35 kV高压配电网采用了双链式接线和双T接线，在外环路以内的城市中心区以电缆网络为主，少量架空线路采用绝缘导线。上海市10 kV架空线路采用多分断三联络方式，使用绝缘导线。10 kV电缆网络采用单环网或双环网接线，开环运行方式，电缆排管或直埋敷设。
上海电网已经实现调度自动化，目前采用三级调度方式。变电站综合自动化方面，实现了无人值班机制；配电网方面，上海市属于国内改造比较早的城市，针对全电缆网、架空和电缆混合网、全架空网等3种配网形式都进行了自动化试点，但每个试点只是针对单个的小范围供电区域，并没有开展大范围的配电网自动化改造；电能计费方面，上海市也只在局部地区试点集中抄表系统，大部分计费电能表还是依靠人工抄表；35 kV及以上电压等级变电站间已经建起了光纤通信网络，在10 kV及以下电压等级中、低压配电网中计划发展载波通信。
2.1.3贵阳
贵阳市电网结构特点是：配电线路呈辐射状，供电半径长，配电线路受损严重，线路经常过负荷运行，因此有必要进行配电自动化改造，但难度大，为了提高供电可靠性，贵阳市北供电局1998年开始在2条配电线路上进行配电自动化试点并初步获得了成功；1999年将试点扩大到10条配电线路，获得了较为丰富的实践积累，并建立了计算机后台系统；2000年开始了较大规模的配电自动化建设，当年完成18条配电线路的自动化改造；2001年完成了22条配电线路的自动化改造。至此，贵阳市城市中心区北部配电网全部实现了配电自动化。贵阳市电网以架空线为主，电缆为辅，因此采用的是电压型的馈线自动化。配电线路环网建设是配电自动化电网改造的核心。在进行配电网改造过程中，通信问题一直是工程中的薄弱点，先后尝试过用无线通信和中压载波方式，但最终采用了以光纤通信为主干线，双绞线为支线通信的方式。整个计算机主站系统由SCADA系统、远方AMR系统、GIS和配电FM系统组成。
贵阳市北供电局配电自动化实现的过程中，经过了一个有益的摸索过程，在电网架构、通信方式、馈线自动化方式等方面，贵阳市根据自己的实际情况制定配电自动化方案的思想值得借鉴。
总之，北京电网在城区电网实施了一定规模的配电自动化，在配电GIS的基础上，实现了AM/FM、SCADA和配电管理的功能，总的看来，基本达到了配电自动化所需的要求。上海市供电局对配电自动化开始持较谨慎态度，同时积极探索使用中压载波通信的方法解决配电自动化中的通信问题等。在配网自动化的过程中，贵阳市在对网架结构、通信方式和馈线自动化等方面进行分析的基础上，不断探索符自身配电网改造的方案和通信方式，这种思想值得借鉴。
2.2国内配电自动化发展评价
国内配电自动化发展比较晚，但发展速度较快。配电自动化的发展建设在我国供电企业有近十年的历史，取得了很大的成绩，由最初的就地控制发展到有通信及主站集中监控和故障处理的多种基本功能模式的配电自动化系统。发展中的经验和教训如下：
a)提高供电可靠性是配电自动化建设的长远目标，因此实际工程中，要对影响可靠性问题的原因进行分析，兼顾提高管理水平等因素，因地制宜地选择适合实际情况的配电自动化方案。
b)配电自动化和调度自动化有很大的不同，其所关联的其他自动化系统较多，信息源非常丰富，不可能由1个集成的系统统一完成所有的功能，各系统可能由不同的厂商建设、维护、升级，各系统之间不可避免地共用一些信息。要做好配电SCADA和配电GIS的相互兼容的工作，选择合理的通信系统。
c)配电自动化已经逐渐从单一的故障隔离、恢复供电向统一的DMS发展，以馈线自动化为代表的配电自动化已经逐渐让位于充分利用各种实时和非实时信息，实现配电企业的信息化，提高配电企业的运行管理水平的综合配电管理系统。
3、广州配电自动化模式
广州地区电网按照城市总体规划负荷密度的大小可分为A、B、C、D、E等不同的供电区，供电区的类型不同，将来实施配电自动化的情况也将有很大不同。
A类供电区为中心城区，基本是全电缆区，也是配电自动化首先推行的区域。其配电自动化将主要以电缆网自动化、开关房智能化改造和环网柜建设为主。
B类区为市区，与A类供电区相似，配电自动化也将主要以电缆网自动化建设为主。
C类供电区可在部分环网率较高，线路基本满足转电要求的区域实行架空或电缆网自动化工程，并在电网改造过程的设备选型中逐步实现开关设备自动化。
D类供电区是市郊区，建设配电自动化不会带来明显的经济效益，但可在环网率稍高的部分架空线实行架空自动化工程。
E类供电区是农村地区，网架基本为纯架空网，建设配电自动化的经济效益无法显现。
3.1 结构和功能设计原则
应以提高配电网综合管理水平为核心来提高配电网运行效能，并以提高供电可靠性为目标。应注重高级应用功能的同步建设，充分利用已有信息系统，提高运行维护水平。在设计和设备选型中，应考虑技术前瞻性、系统开放性、设备兼容性，提高综合效益。
在配电自动化系统的结构与功能需求方面，应以集中监控为主，分步实施“三遥”，优先监控馈线主干环网点，采用灵活的分散就地控制，加强应用功能开发。
3.2广州配电自动化建设原则
广州供电局建设配电自动化系统，建议采取电网分区、功能分层、时间分步的建设原则。配电自动化系统建设中，采用分层分步实施的策略，先进行配电自动化试点，检验各厂家设备的本地适用性，检验各种通信手段的可行性，然后进行覆盖完整的1～2个变电站的规模试点，探索配电自动化建设、管理及应用开发的经验，而后再全面开展。规模建设中，可按可靠性优先、中心城区优先、网架稳定优先、馈线主环网点、主干馈线优先的原则分步建设。在技术经济效益分析的基础上，对边远架空网覆盖地区也可实施孤岛配电自动化和以遥信为主的配电自动化。建设管理中，应遵循统一设计、分步建设的原则，统一产品选型，充分考虑系统兼容性和供应商的本地支持能力。
4、结束语
了解国外配电自动化的发展历程有利于我国配电自动化的建设。本文对发达国家和发展中国家典型城市配电自动化建设的情况进行介绍，主要从城市的网架结构、配电网自动化的实现情况以及达到的效果几个方面进行了分析，并结合我国的实际情况，介绍和总结几个比较典型的城市配电网自动化的发展情况。总体上讲，国外配电自动化发展比较早，配电自动化水平和设备水平较高，提高供电可靠性的效应非常明显。发展中国家的配电自动化起步比较晚，但发展比较快，随着各种技术的应用和发展，我国的配电自动化改造应全面借鉴各国的发展情况。最后，结合广州的实际，提出广州配电网自动化的建设模式和原则。
富通新能源可以根据用户的需求订做各种类型的高低压配电柜开关柜。
