浅谈10kV配网的自动化设计

浅谈10kV配网的自动化设计

郑栋才

中山市农村电力工程有限公司528400

摘要：随着电力需求的不断增加，人们对电力系统提出了更高的要求，特别是对10KV配电网的安全性和稳定性要求越来越高。而配网自动化系统的应用能很好的适应目前电力系统发展需要，保障10kV配网的正常运行。本文主要对10kV配网中的配网自动化的构成以及原理等方面进行分析，讨论了配网自动化的主要应用。

关键词：10kV配网；配网自动化；实现技术；研究设计

1.引言

近年来，配网自动化系统蓬勃兴起，它是一种将配电网和自动控制技术、计算机技术以及通信技术等充分融合的新兴系统。配网自动化的意义在于：当配电网正常运行时，系统能通过各类终端（FTU、DTU、TTU等）传送上来的实时数据，分析配电网的运行工况，并给出相应的优化方案，从而为配网经济运行提供辅助决策；当配电网发生故障时，系统能快速诊断出故障区间并进行自动隔离，从而最大程度地减少停电范围以提升供电可靠性。

因此，从全局层面来说，自动化是配网发展的远端方向，是智能电网的重要组成部分，是必须予以尽快实施的。但是，配网自动化机理复杂，牵涉面广，这就给其设计带来了一定的困难，需要进行具体分析并给出解决思路。

2.10kV配网自动化系统的结构

当前，我国的配网自动化系统主要采用分布式分层体系结构，主要由主站层、配网子站层和配网测控端设备层三部分组成。这种分层体系结构为保障配电网的日常工作发挥了重要作用，各层之间相互独立又互为备用，提高了系统的鲁棒性和可靠性，提升了系统的通信容量，确保了各类电力信息的实时传输。

2.1主站层

主站层是整个10kV配网自动化系统的核心，负责整个系统的数据存储和管理控制，即对从各区域配网子站采集到的实时信息进行汇集和处理，并利用所采集到的数据分析整个配电网的运行状态，从而对整个配电网实施高效管理和控制，保证整个配网系统工作在最佳状态。此外，主站层还应具有系统维护和显示功能，以确保配网自动化系统安全稳定运行。

2.2配网子站层

配网子站层是区域工作站层，负责对区域工作站相关仪器设备的运行信息进行调度、监控和管理，并将所采集到的数据传输到主站层。其主要功能是：①数据收集和存储。对配网测控端设备层所监测到的信息进行收集，同时存储相关数据，以备后期调阅和分析。②数据传输。系统中各类设备均需进行通信，配网终端、配电主站及其他各类智能设备之间均有数据传输、信令传输等需求，可采用以太网、光纤环网或无线通信方式进行传输。此外，配网子站层还有自检管理和自动控制功能，以便更好地支持配网系统工作。

2.3配网测控端设备层

配网测控端设备层是整个配网自动化系统的基础，通过现代传感器技术和检测技术，对变压器、变电站、开闭所和开关柜等相关设备的工作状态进行采集、传输和监控。主要有配电变

压器检测单元TTU（TransdormerTerminmalUnit）、馈线终端单元FTU（FeederTerminmalUnit）和配电终端单元DTU（Distri-butionTerminalUnit）。其中TTU安装在配电变压器上，对变压器运行参数包括电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率和谐波分量等进行采集和测量。FTU安装在配电网馈线的柱子、断路器、负荷开关和分段开关等处，具有遥控、遥信、故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配网系统运行情况和各种参数，即监测控制所需信息。DTU主要负责对开闭所、环网柜、配变、箱式变等电力设备进行保护、监测和控制。配网测控端设备层通过通信网与配网主站和子站相连，实现完整的配网自动化管理功能。

3.10kV自动化配网中无功补偿的设计

2.1切投控制

在对变电站的调度自动化控制系统、配电网自动化控制系统的相互联系、共同作用和功能进行优化之后，需检测不同补偿线路首端参数中的功率因数、有功功率和无功功率。在检测中一旦发现控制投切参数与事先制定的不同，问题线路的补偿器就会收到上位机自动化控制系统发送过来的切除命令，并及时执行切除命令，从而使系统可以正常、有效地运行；反之则会收到投入的命令，使工作继续。这样，系统的整体安全就可以得到有效保障。当无功功率比0小时，会出现无功反送现象，这种现象的出现是因为无功补偿过多，导致了“过补”。出现这种情况应当对已经投入的电容器进行及时切除，使电网线路最终达到非过补的状态。

2.2通信协议

在配电网的自动化控制系统中，要以通信协议中的规定来要求控制器和上位机的控制系统。对数据包的含义要进行明确，才能够确保传输数据包对上位机的事件命令进行清晰地表述，数据包的命令才能够被控制器容易地解析，并对操作命令进行执行。其中，在上位机与下位机之间进行传递的数据包

包括：

（1）对系统中所有投入和切除的有效控制。下位机一旦接收到系统的投切指令数据包，下位机要及时准确地进行投切动作，因此，要求下位机在进行数据包的反馈时，要保证数据包具有一定的状态性，使执行的操作和信息能够被上位机控制和清晰地反馈。

（2）对数据包的连续确认。一般情况下，如果上位机的指令连续发出3次之后，控制器未作出相应的回复报告，证明系统的整体通信连接失败；当系统通过了检测，确定没有出现故障之后，对上位机连续发出的指令做出了相应的回复，才能够证明通信连接良好。

（3）参数回复。电容器在运行时，上位机控制系统要对电容器的实际运行状态进行准确接收，状态参数请求发布完成之后，依据电容代理器和控制代理器之间的信息周转，上位机决策模块下达控制指令，实现对下位机运行状态的投切，并向上位机反馈操作状态。

通信网络的结构必须保证与电力配电网缆线结构相符合，目前应用最广泛的EPON系统网络结构如图1所示：

图①

4.10kV配网自动化的实现技术

4.1配电网设备的介绍和选择

①VSR3-20WS4B多回路开闭器。VSR3-20WS4B多回路开闭器的灭弧介质是真空，绝缘介质是SF6气体，具有很好的密封性，并且全部绝缘，同时它的结构紧凑，具有非常安全可靠的性能，目前主要应用于10kV城市电缆网建设、改造中的馈线负荷分段以及多电源联络。

②FZW28-12型用户分界负荷开关和配套控制器。FZW28-12（F）型用户分界负荷开关依据的是“支线故障波、主干线路和其他与其相邻的用户的大范围停电事故”原理，在国内配网领域引起了强烈反响，主要是用在10kV架空配电线路的T接用户入口处，可以实现自动化隔离用户区内的单相接地故障以及相间短路故障。

③WPZD-160系列终端。WPZD-160系列终端可以非常灵活地配置为环网柜控制器或者是开关站控制器，它集遥信、遥控、遥测、保护以及通信等功能于一体，属于新一代微机型配电自动化的远方终端单元。

4.2配网线路接线方式

配网线路接线方式要遵循一定的原则，我国大型城市电网规划设计技术原则的相关要求指出，县城架空线路应该采用环网布置开环运行的方式，利用柱上自动分段器，将线路3联络3分段，从不同的变电站接入电源，农村架空线路没有做具体的规定，比较适合采用3分段单联络的接线方式，如图2所示。电缆线路通过开闭站或者是分支箱来实现双射线或单环网布置开环的运行。

4.配网自动化通信设计问题

配网自动化对通信的要求如下：

（１）稳定可靠，具有自愈功能。

（２）组网灵活，可扩展性强。

（３）具有双向通信能力。

（４）安全性和实时性好。

就目前的通信方式看，最符合上述要求的当属光纤通信。它不但通信容量大，而且抗干扰和抗雷击能力强。因此，作为骨干通信网，采用光纤方式是毫无疑问的。具体来说，就是采用以太无源光网络（ＥＰＯＮ）技术。ＥＰＯＮ技术是一种点到多点的单纤双向光接入网络，它由变电站侧的ＯＬＴ（光线路终端）、配电终端侧的ＯＮＵ（光网络单元）以及ＯＤＮ（光分配网络）组成。终端设备通过ＯＮＵ的以太网口实现与主站通信，传递电网实时信息。

另外，我们也注意到：农村配网中，极个别地区进行光缆敷设是困难的或得不偿失的，对于这种情况，就要视通信距离的长短分别采用载波通信方式或通用分组无线电业务方式。

5.结语

电网配电自动化主站系统功能多样，不仅能够完成对电网运行的控制和监视，还能够实现计算、辅助决策和分析，将配电自动化、电网调度运行、集中控制变电站等业务融为一体，从技术层面上为公司地方电网调控提供了有力的支持，实现了一体化的管理模式。根据配网自动化通信实现方式的需要，通信系统可分为光纤和无线公网等两大通信方式。对本工程来说，将根据站点的实际情况和既有的网络结构建设相应的通信通道。

10kV配网是整个电力网络中“承上启下”的一环，实现这个层面的自动化意义重大。进行配网自动化设计是一项浩大的工程，需要充分考虑配网结构、一次设备改造、通信系统架设等复杂问题，需要在实践中不断研究和改进。

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