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摘要：配电网自动化系统是现代电力系统建设的重要组成部分，随着科技的不断进步，配电网自动化系统也将成为提高供电可靠性水平越来越重要的技术手段。本文以山区配电网自动化系统建设为出发点，全面阐述了典型山区配电网自动化系统建设面临的困难及薄弱环节，以北京市怀柔区为例，详细分析了怀柔区配电网自动化系统建设的现状，并结合当前配电网发展的方向及山区配电网的实际特点，提出了适合山区配电网自动化系统建设的发展思路，以期对典型山区配电网自动化系统的建设有所裨益。
关键词：山区配电网；自动化建设；电力发展
作者简介：陈毛昌（1981-），男，江西鹰潭人，北京市电力公司怀柔供电公司，工程师，工学硕士，主要研究方向：配网规划；
柳东升（1981-），男，北京人，北京市电力公司怀柔供电公司，助理工程师，主要研究方向：变电管理。（北京 101400）
配电网自动化是电力系统现代化发展的必然趋势，它的意义在于监测配网故障或异常运行情况，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积。当配网正常运行时，通过监视配网的运行工况，优化配网运行方式，根据配网电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行的目的，合理控制用电负荷，从而提高设备利用率。[1]
目前，配电网自动化系统（DAS）已经成为提高配电网管理水平的重要手段之一。随着我国社会和经济的发展，用户的维权意识越来越强，无论是城区还是山区都对电能质量和供电可靠性提出了更高的要求。目前配电网自动化系统建设已经在北京市城区供电公司进行了试点，未来也将逐步推广至北京远郊地区，而这些远郊地区是典型的山区，因此结合地区特点，超前谋划，逐步建设符合地区实际情况的配电网自动化系统具有重要意义。
一、配电网自动化系统简介
配电网自动化系统是一种利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电管理工作有机地结合在一起，以便快速作出决策，隔离故障，缩短停电时间，提高供电可靠性，改进供电质量的系统。[2]配电网自动化系统的建设将使供电企业与用户建立更密切、更负责的关系，以优质的电能满足用户的多样性需求，使供电可靠性更高、经济性更好，企业管理更为有效。配电网自动化系统建设是现代城市电力系统建设的重要组成部分，是保证城市供电可靠性的重要手段之一。
配电网自动化系统主要是通过配电线路开关上装设的配电自动化终端（DTU，也称小RTU、DART、FTU等），不断采集开关运行信息（主要是位置状态：合／分／接地以及线路电流），通过通信系统送到主站计算机系统，让配调中心及时了解配电网运行情况。当线路发生故障时，DTU采集到故障信息，及时送到主站。主站根据全网送来的实时信息进行分析，作出决策，将故障点两侧的开关拉开，隔离故障，然后主站再继续远方操作有关开关，恢复无故障部分的供电。
配电网自动化系统主要包含以下几部分内容。[2]
1.馈线自动化
馈线自动化完成馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离和网络重构。其主要功能有：运行状态监测、远方控制和就地自主控制、故障区隔离、负荷转移及恢复供电、无功补偿和调压等。
2.变电站自动化
变电站自动化指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机软硬件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。主要功能有：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、开关操作控制和闭锁，与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合，与变电站其他自动化装置交换信息和与调度控制中心或集控中心通信等。
3.配电管理系统
DMS是指用现代计算机、信息处理及通信等技术和相关设备对配电网的运行进行监视、管理和控制。它是配电网自动化系统的神经中枢，整个配电网自动化系统的运行、控制和管理中心。主要功能有：数据采集和监控（SCADA）、配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS）等。
二、典型山区配电网自动化系统建设的必要性及薄弱环节
1.配电网自动化系统建设的必要性
典型山区配电网一般覆盖区域大，线路供电半径长，而且树线、雷害、鸟害等矛盾突出，故障发生率高，但是在查找故障时由于距离远，分支线多，情况复杂，往往造成很难找到故障点，或者耗费大量时间、人力和物力，而且停电时间长，严重影响公司售电量，直接影响到公司的经济效益和企业形象。
如何在广大的山区快速找到故障点、迅速隔离故障是摆在企业面前的重要问题之一，配电网自动化系统的建设将很好地解决这个问题，所以从社会经济发展和提高供电可靠性、提升配电网管理水平的角度来看，山区建设配电网自动化系统是非常必要的。
2.配电网自动化系统建设的薄弱环节
（1）网架结构薄弱。典型山区线路由于道路崎岖，翻山越岭，线路结构一般为单辐射型，具备联络条件的也大多只在站端，偏远地区几乎不能实现互供互带，网架结构极其薄弱。
（2）通信条件差。山区通信条件较差，有些偏远山区不具备通信条件，目前虽然卫星通信应用较广，但是由于配电网自动化对通信传输的速度和准确性要求很高，卫星通信目前受天气、电磁波影响严重，传输稳定性较差，还无法满足要求。
（3）覆盖面广，投资效益不明显。山区用电主要以民用电为主，虽然覆盖范围广，但是负荷总体较小，如果对山区电网设备进行大规模改造更换，需要大量的资金投入，投资经济性并不明显。
三、怀柔区配电网自动化现状及DAS建设情况
1.怀柔区配电网自动化现状
怀柔区为典型的山区，全区东西窄、南北长，山区占88%。截止到2009年12月，怀柔区共有35kV及以上变电站13座，变电站总容量493.5MVA，10kV开闭站6座，一次系统容量已经初具规模，但是网架结构和自动化水平还不容乐观。
（1）网架结构比较薄弱，35kV及以上变电站大多是单电源运行；10kV配电线路供电半径过长，尤其是山区线路，虽然实现了联络，但是都只在变电站端，偏远地区无法实现互供互带，造成了供电可靠性偏低。
（2）自动化建设比较滞后。截止到2009年12月，怀柔区13个35kV及以上变电站中实现综合自动化的变电站8个，采用RTU远程数据采集的3个，未实现自动化数据采集的2个；所辖6个开闭站、用户变电站均未实现数据的自动化采集；线路上装设的真空开关并不具备自动化数据采集与控制功能。
（3）通信网络覆盖范围小。怀柔区由于地理条件特殊，现有变电站主要有光纤通信和卫星通信两种，通信网络覆盖面积较小。由于配电网自动化对通信传输的速度和准确性要求很高，卫星通信传输稳定性较差，目前还无法推广使用，所以怀柔区通信网络建设还需加强。
2.怀柔区配电网自动化系统建设情况
由于以上原因，怀柔供电公司目前还无法达到大规模建设先进配电网自动化系统的条件，但是在有限的条件下，还是做了一些有益的尝试。公司利用带通信的故障指示器组建了“一遥”即只具备遥信功能的配电网自动化系统——故障自动定位系统，即通过故障指示器检测故障信息，并把指示器动作信号传送给线路抢修人员，达到快速定位故障、排除故障、缩短故障处理时间的目的。
该系统是基于指示器技术、GSM通信技术和GIS技术的一套自动高效的故障点检测及定位系统，系统包括：故障检测探头（带动作信号远传的故障指示器）、子站（通信终端）、中心站、主站和通信系统。其中，通信系统分为：从探头到子站之间的短距离通信系统、子站到中心站的GSM（手机短消息）通信系统和中心站到主站之间的串行（或网络）通信。探头到子站之间的短距离通信方式主要有无线（架空、电缆系统）、光纤（电缆系统）两种方式。架空故障定位系统示意图如图1。
系统工作原理：故障探头FI安装在各线路分支处分支线上，可以检测短路和接地故障。系统出现短路或接地故障时，FI检测到短路故障电流或特定的接地信号电流流过后，探头本地翻牌显示，同时通过短距离通信系统将动作信号传送给相隔2～10米的子站。对于架空系统，探头通过无线系统将检测结果发送给子站。子站安装在线路分支处，可以接收6只FI发送过来的动作信息。对于电缆系统，除了短路故障指示器外（它只检测短路故障），还要安装检测接地信号电流的接地故障指示器（目前怀柔区还未在电缆网中安装）。
子站在收到动作信息后，将动作分支的FI地址信息通过GSM通讯系统发给中心站。中心站收到该信息后进行处理，将处理结果送给监控主站进行显示。监控主站依据从中心站收到的动作信息，进行网络拓扑计算分析并可与地理信息系统结合，直接显示出故障点的地理位置，同时通过中心站向值班人员发送故障位置信息，通知维修人员直接到故障点排除故障。系统的运行极大地减少了故障查找时间，缩短了故障隔离时间和停电时间，直接提高了公司的经济效益和企业形象。
综上所述，尽管怀柔供电公司已经建立了故障定位系统，但是目前公司配电网自动化系统还属于起步阶段，地区配电网自动化建设还需要做大量工作。
四、典型山区配电网自动化建设规划思考
带通信的故障指示器组成的故障自动定位系统并不能实现遥控功能，但是在目前电网结构和资金情况不具备建设“三遥”配电网自动化系统的前提下，其对快速定位故障、隔离故障、提高供电可靠性的作用还是显而易见的。所以，它对于发展比较滞后的典型山区配电网比较适用，未来可通过配电网优化建设有条件地进行逐步淘汰。
针对地区配电网现状，典型山区配电网自动化规划建设应分四步走。
1.建设具备基本遥信、遥测功能的故障定位系统
由于山区线路普遍供电半径长，深入山区，通信条件较差，加上覆盖面广，进行大规模设备改造不太现实，所以优化配置一些具备故障检测和通信功能的装置如带通信的故障指示器，不仅能节省资金，而且还可达到快速确定故障地点、及时处理故障的效果，缩短停电时间，提高供电可靠性。
2.结合主网规划，提升设备装备水平和自动化水平
电源分布合理，一次网络结构具有互联和转供能力，有适应负荷增长的能力等是配电网自动化规划的基础条件，所以在一次主网合理规划的基础上，提升变配电设备的可靠性和自动化水平是非常重要的。目前，国家经济发展较快，山区电网也须加快速度，应结合未来主网规划，抓住机遇，优化网架结构，努力提高配电设备可靠性和自动化水平，并建设坚强通信网络，为“三遥”配电网自动化系统建设打好基础。
3.制定建设标准，完善规章制度
在建设电网和配备设备时，应充分考虑发展需求和自动化技术要求，制定建设标准，并从物资的采购、检测、施工、验收等环节从严把关，确保满足技术要求，避免重复投资。同时结合实际，逐步完善各项制度，逐步过渡到配电网自动化条件下的安全管理。
4.选择有条件的部分区域试点配电网自动化建设
由于偏远山区面积广，地理位置差，有些变电站根本不具备通信条件，对配电网自动化建设是一个障碍。为节省资金，所以应选择主城区以及平原地区进行试点，利用现有自动化系统和通信系统，建设馈线自动化系统，并将企业信息资源进行整合，建立配电管理系统，从而实现部分地区的配电网自动化，逐步淘汰原有的不具备遥控功能的配电网自动化系统。
5.积累经验，逐步推进，全面实现地区配电网自动化
在实现部分地区配电网自动化的基础上，积累运行经验，结合公司的各项建设及改造工程，进一步提升山区的设备装备水平及通信条件，全面实现地区的配电网自动化。
五、结束语
本文介绍了怀柔区配电网自动化系统建设的成果，同时针对典型山区配电网自动化系统的建设提出了几点建议，希望给典型山区配电网自动化系统的建设提供有益的参考。
参考文献：
[1]王海燕,曾江,刘刚.国外配网自动化建设模式对我国配网建设的启示[J].电力系统保护与控制,2009,37(11):125-129.
[2]公德祥,李彬,孙丽红.配电自动化简述[J].农村电气化,2007,(12):45-46.
[3]徐腊元.国内配网自动化综述[J].农村电气化,2004,(3):5-6.
[4]李金安,崔爱国.城市配网综合自动化应用技术初探[J].现代电力,2001,18(1):41-42.
[5]拉可维,等.配电网络规划与设计[M].范明天,等,译.北京:中国电力出版社,1999.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：山区配电网；自动化建设；电力发展
作者简介：陈毛昌（1981-），男，江西鹰潭人，北京市电力公司怀柔供电公司，工程师，工学硕士，主要研究方向：配网规划；
柳东升（1981-），男，北京人，北京市电力公司怀柔供电公司，助理工程师，主要研究方向：变电管理。（北京 101400）
配电网自动化是电力系统现代化发展的必然趋势，它的意义在于监测配网故障或异常运行情况，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积。当配网正常运行时，通过监视配网的运行工况，优化配网运行方式，根据配网电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行的目的，合理控制用电负荷，从而提高设备利用率。[1]
目前，配电网自动化系统（DAS）已经成为提高配电网管理水平的重要手段之一。随着我国社会和经济的发展，用户的维权意识越来越强，无论是城区还是山区都对电能质量和供电可靠性提出了更高的要求。目前配电网自动化系统建设已经在北京市城区供电公司进行了试点，未来也将逐步推广至北京远郊地区，而这些远郊地区是典型的山区，因此结合地区特点，超前谋划，逐步建设符合地区实际情况的配电网自动化系统具有重要意义。
一、配电网自动化系统简介
配电网自动化系统是一种利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电管理工作有机地结合在一起，以便快速作出决策，隔离故障，缩短停电时间，提高供电可靠性，改进供电质量的系统。[2]配电网自动化系统的建设将使供电企业与用户建立更密切、更负责的关系，以优质的电能满足用户的多样性需求，使供电可靠性更高、经济性更好，企业管理更为有效。配电网自动化系统建设是现代城市电力系统建设的重要组成部分，是保证城市供电可靠性的重要手段之一。
配电网自动化系统主要是通过配电线路开关上装设的配电自动化终端（DTU，也称小RTU、DART、FTU等），不断采集开关运行信息（主要是位置状态：合／分／接地以及线路电流），通过通信系统送到主站计算机系统，让配调中心及时了解配电网运行情况。当线路发生故障时，DTU采集到故障信息，及时送到主站。主站根据全网送来的实时信息进行分析，作出决策，将故障点两侧的开关拉开，隔离故障，然后主站再继续远方操作有关开关，恢复无故障部分的供电。
配电网自动化系统主要包含以下几部分内容。[2]
1.馈线自动化
馈线自动化完成馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离和网络重构。其主要功能有：运行状态监测、远方控制和就地自主控制、故障区隔离、负荷转移及恢复供电、无功补偿和调压等。
2.变电站自动化
变电站自动化指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机软硬件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。主要功能有：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、开关操作控制和闭锁，与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合，与变电站其他自动化装置交换信息和与调度控制中心或集控中心通信等。
3.配电管理系统
DMS是指用现代计算机、信息处理及通信等技术和相关设备对配电网的运行进行监视、管理和控制。它是配电网自动化系统的神经中枢，整个配电网自动化系统的运行、控制和管理中心。主要功能有：数据采集和监控（SCADA）、配电网运行管理、用户管理和控制、自动绘图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS）等。
二、典型山区配电网自动化系统建设的必要性及薄弱环节
1.配电网自动化系统建设的必要性
典型山区配电网一般覆盖区域大，线路供电半径长，而且树线、雷害、鸟害等矛盾突出，故障发生率高，但是在查找故障时由于距离远，分支线多，情况复杂，往往造成很难找到故障点，或者耗费大量时间、人力和物力，而且停电时间长，严重影响公司售电量，直接影响到公司的经济效益和企业形象。
如何在广大的山区快速找到故障点、迅速隔离故障是摆在企业面前的重要问题之一，配电网自动化系统的建设将很好地解决这个问题，所以从社会经济发展和提高供电可靠性、提升配电网管理水平的角度来看，山区建设配电网自动化系统是非常必要的。
2.配电网自动化系统建设的薄弱环节
（1）网架结构薄弱。典型山区线路由于道路崎岖，翻山越岭，线路结构一般为单辐射型，具备联络条件的也大多只在站端，偏远地区几乎不能实现互供互带，网架结构极其薄弱。
（2）通信条件差。山区通信条件较差，有些偏远山区不具备通信条件，目前虽然卫星通信应用较广，但是由于配电网自动化对通信传输的速度和准确性要求很高，卫星通信目前受天气、电磁波影响严重，传输稳定性较差，还无法满足要求。
（3）覆盖面广，投资效益不明显。山区用电主要以民用电为主，虽然覆盖范围广，但是负荷总体较小，如果对山区电网设备进行大规模改造更换，需要大量的资金投入，投资经济性并不明显。
三、怀柔区配电网自动化现状及DAS建设情况
1.怀柔区配电网自动化现状
怀柔区为典型的山区，全区东西窄、南北长，山区占88%。截止到2009年12月，怀柔区共有35kV及以上变电站13座，变电站总容量493.5MVA，10kV开闭站6座，一次系统容量已经初具规模，但是网架结构和自动化水平还不容乐观。
（1）网架结构比较薄弱，35kV及以上变电站大多是单电源运行；10kV配电线路供电半径过长，尤其是山区线路，虽然实现了联络，但是都只在变电站端，偏远地区无法实现互供互带，造成了供电可靠性偏低。
（2）自动化建设比较滞后。截止到2009年12月，怀柔区13个35kV及以上变电站中实现综合自动化的变电站8个，采用RTU远程数据采集的3个，未实现自动化数据采集的2个；所辖6个开闭站、用户变电站均未实现数据的自动化采集；线路上装设的真空开关并不具备自动化数据采集与控制功能。
（3）通信网络覆盖范围小。怀柔区由于地理条件特殊，现有变电站主要有光纤通信和卫星通信两种，通信网络覆盖面积较小。由于配电网自动化对通信传输的速度和准确性要求很高，卫星通信传输稳定性较差，目前还无法推广使用，所以怀柔区通信网络建设还需加强。
2.怀柔区配电网自动化系统建设情况
由于以上原因，怀柔供电公司目前还无法达到大规模建设先进配电网自动化系统的条件，但是在有限的条件下，还是做了一些有益的尝试。公司利用带通信的故障指示器组建了“一遥”即只具备遥信功能的配电网自动化系统——故障自动定位系统，即通过故障指示器检测故障信息，并把指示器动作信号传送给线路抢修人员，达到快速定位故障、排除故障、缩短故障处理时间的目的。
该系统是基于指示器技术、GSM通信技术和GIS技术的一套自动高效的故障点检测及定位系统，系统包括：故障检测探头（带动作信号远传的故障指示器）、子站（通信终端）、中心站、主站和通信系统。其中，通信系统分为：从探头到子站之间的短距离通信系统、子站到中心站的GSM（手机短消息）通信系统和中心站到主站之间的串行（或网络）通信。探头到子站之间的短距离通信方式主要有无线（架空、电缆系统）、光纤（电缆系统）两种方式。架空故障定位系统示意图如图1。
系统工作原理：故障探头FI安装在各线路分支处分支线上，可以检测短路和接地故障。系统出现短路或接地故障时，FI检测到短路故障电流或特定的接地信号电流流过后，探头本地翻牌显示，同时通过短距离通信系统将动作信号传送给相隔2～10米的子站。对于架空系统，探头通过无线系统将检测结果发送给子站。子站安装在线路分支处，可以接收6只FI发送过来的动作信息。对于电缆系统，除了短路故障指示器外（它只检测短路故障），还要安装检测接地信号电流的接地故障指示器（目前怀柔区还未在电缆网中安装）。
子站在收到动作信息后，将动作分支的FI地址信息通过GSM通讯系统发给中心站。中心站收到该信息后进行处理，将处理结果送给监控主站进行显示。监控主站依据从中心站收到的动作信息，进行网络拓扑计算分析并可与地理信息系统结合，直接显示出故障点的地理位置，同时通过中心站向值班人员发送故障位置信息，通知维修人员直接到故障点排除故障。系统的运行极大地减少了故障查找时间，缩短了故障隔离时间和停电时间，直接提高了公司的经济效益和企业形象。
综上所述，尽管怀柔供电公司已经建立了故障定位系统，但是目前公司配电网自动化系统还属于起步阶段，地区配电网自动化建设还需要做大量工作。
四、典型山区配电网自动化建设规划思考
带通信的故障指示器组成的故障自动定位系统并不能实现遥控功能，但是在目前电网结构和资金情况不具备建设“三遥”配电网自动化系统的前提下，其对快速定位故障、隔离故障、提高供电可靠性的作用还是显而易见的。所以，它对于发展比较滞后的典型山区配电网比较适用，未来可通过配电网优化建设有条件地进行逐步淘汰。
针对地区配电网现状，典型山区配电网自动化规划建设应分四步走。
1.建设具备基本遥信、遥测功能的故障定位系统
由于山区线路普遍供电半径长，深入山区，通信条件较差，加上覆盖面广，进行大规模设备改造不太现实，所以优化配置一些具备故障检测和通信功能的装置如带通信的故障指示器，不仅能节省资金，而且还可达到快速确定故障地点、及时处理故障的效果，缩短停电时间，提高供电可靠性。
2.结合主网规划，提升设备装备水平和自动化水平
电源分布合理，一次网络结构具有互联和转供能力，有适应负荷增长的能力等是配电网自动化规划的基础条件，所以在一次主网合理规划的基础上，提升变配电设备的可靠性和自动化水平是非常重要的。目前，国家经济发展较快，山区电网也须加快速度，应结合未来主网规划，抓住机遇，优化网架结构，努力提高配电设备可靠性和自动化水平，并建设坚强通信网络，为“三遥”配电网自动化系统建设打好基础。
3.制定建设标准，完善规章制度
在建设电网和配备设备时，应充分考虑发展需求和自动化技术要求，制定建设标准，并从物资的采购、检测、施工、验收等环节从严把关，确保满足技术要求，避免重复投资。同时结合实际，逐步完善各项制度，逐步过渡到配电网自动化条件下的安全管理。
4.选择有条件的部分区域试点配电网自动化建设
由于偏远山区面积广，地理位置差，有些变电站根本不具备通信条件，对配电网自动化建设是一个障碍。为节省资金，所以应选择主城区以及平原地区进行试点，利用现有自动化系统和通信系统，建设馈线自动化系统，并将企业信息资源进行整合，建立配电管理系统，从而实现部分地区的配电网自动化，逐步淘汰原有的不具备遥控功能的配电网自动化系统。
5.积累经验，逐步推进，全面实现地区配电网自动化
在实现部分地区配电网自动化的基础上，积累运行经验，结合公司的各项建设及改造工程，进一步提升山区的设备装备水平及通信条件，全面实现地区的配电网自动化。
五、结束语
本文介绍了怀柔区配电网自动化系统建设的成果，同时针对典型山区配电网自动化系统的建设提出了几点建议，希望给典型山区配电网自动化系统的建设提供有益的参考。
参考文献：
[1]王海燕,曾江,刘刚.国外配网自动化建设模式对我国配网建设的启示[J].电力系统保护与控制,2009,37(11):125-129.
[2]公德祥,李彬,孙丽红.配电自动化简述[J].农村电气化,2007,(12):45-46.
[3]徐腊元.国内配网自动化综述[J].农村电气化,2004,(3):5-6.
[4]李金安,崔爱国.城市配网综合自动化应用技术初探[J].现代电力,2001,18(1):41-42.
[5]拉可维,等.配电网络规划与设计[M].范明天,等,译.北京:中国电力出版社,1999.
（责任编辑：麻剑飞）