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【摘 要】配电自动化系统的应用，对提升设备利用效率，提高配电网运行的安全性和稳定性，有着积极的作用，能够实现配电网运行管理与控制，具有数据采集与配网监控等功能，对我国电力事业的规划建设至关重要，文章论述了配电自动化的组成及工作原理。
【关键词】配电网；自动化；功能；规划
引言
配电自动化是提高供电可靠性、扩大供电能力、提高供电质量、实现配电网高效经济运行的重要手段。我国自20世纪90年代后期开展配电自动化工作，但由于存在的技术和管理两方面的原因，当时建设的配电自动化系统大多没有发挥应有的作用。经过多年的探索与实践，目前我国配电自动化从理论到技术都已经比较成熟，指导配电自动化系统建设、验收和运行维护的相关标准和规范也相继推出，实现配电自动化已成为当前智能电网建设的重要组成部分。
1.配电自动化的组成
配电线路自动化系统由配电主站、通信系统和配电终端（以架空线路FTU为例）组成。
配电主站系统主要由计算机硬件、操作系统、支撑平台软件和配电网应用软件组成。可实现配电线路遥测、遥信、遥控及报警、监视、操作模拟、数据记录与分析，并具有以GIS为支撑平台的相应功能。可将数字化的供电区域地图和配电线路设备的地理位置与电力设备的参数、运行状况等数据一一对应，便于配电线路的运行管理。故障自动隔离和转供系统可在故障后迅速判断故障区段，隔离故障区域，并根据系统运行状况自动产生符合转移供电方案，恢复对配电线路故障段正常供电。
通信系统目前有光纤通信和无线通讯两种，其中光纤通信大多基于EPON技术构建，采用单辐射、双环形结构的方式运行。整个通信系统包括主站端主机、光线路终端OLT和若干FTU上配置的光网络单元ONU组成，每一个ONU均有两对光纤收发口，一般只使用一个，构成单辐射通信模式，也可通过两根光纤串接成双环通信模式（主环与副环）。对于双环模式正常情况下两个环都工作，信号在两个环中以相反的方向同时传输。环中任一处光纤发生故障，信号自动从非故障环中返回，保证通信的正常运行。无线通信目前采用2G、3G、4G的无线公网通信，此类终端无法实现遥控操作。
自动化开关采用SF6开关或真空开关配用相应的控制系统，按用途分为断路器和负荷开关两种。其中断路器具备开断短路电流的能力，一般用于于出口开关和分支开关处，而负荷开关多用于线路分段处。
自动化开关通过航空线与FTU相连，构成线路配电终端。FTU带有通信接口，可进行网络控制，从而可实现遥测、遥信和遥控，支持多通信方式，并提供编程接口。配电线路自动化系统所需的信息通过FTU采集后经通信系统上传主站，主站的控制命令又经通信系统下达给各FTU执行。另外，FTU还可自动监测开关的动作次数、蓄电池电压等，必要时上报主站，运行人员可据此安排检修计划，从而避免检修的盲目性，减少计划检修时间，缩小计划检修范围。
2 线路自动化开关系统工作原理
成套配电自动化设备（自愈开关）安装在10kV架空配电线路上，具有不需要通信的就地故障隔离功能和远方通信功能。成套的设备与变电站出线开关分合闸相配合，可以自动完成高压配电线路单项接地和相间短路事故区域的故障隔离。在主站系统建立后，通过其他通信功能可实现配电设备的“三遥”。其故障隔离过程如下图：
当N点发生故障时，CB1保护跳闸，CB1所控出线（图中联络开关L上部线路）全线失电，S1、S2、S3失压自动分闸，此时有两种故障处理模式：
模式1：CB1数秒后重合，S1、S2逐级得电延时合闸，当S2合闸后，由于合至故障点，CB1保护跳闸且判定位永久性故障。线路电压施加于N段时，对S2而言是在合闸后出现电压消失行为，S2启动正向送电闭锁，对S3而言是在延时合闸前出现电压消失行为，S3则启动反向送电闭锁。
由于S2、S3已产生可靠闭锁隔离故障区N段，CB1可经数秒后再次合闸恢复故障前段区域的供电，电源送至S2开关的电源侧，S2因正向闭锁不合闸。
联络开关L在单侧失电时开始数十秒的延时，延时计时到后若失电侧仍未来电，则令L合闸，电源送至S3开关，S3因反向闭锁不合闸。至此，故障区N段被隔离，其余各段均恢复供电。
模式2：CB1数秒后重合，S1、S2逐级得电延时合闸，当S2合闸后，再次检测到故障电流，S2开关合至故障点快速分闸功能启动，断开并闭锁S2开关，同时S3开关检测到残压，残压闭锁启动，完成故障区域的隔离。联络开关L在单侧失电后数十秒合闸，完成整个自愈过程。
上述设备的故障判断和故障隔离不依赖通信即可完成，但是只能在故障發生时起作用，而且故障处理过程严格按照事先的整定进行。而模式2较模式1减少1次变电站分闸及重合闸，减少了故障电流对线路及用户设备的冲击，更加适用于现场使用。
相对于上述系统，还有一种集中智能馈线自动化系统（FA），该系统需要建设通信网络并在配电自动化主站控制下进行故障处理，不仅可以在故障发生时起作用，而且在正常时也可以对配电网进行监控，其故障处理策略也可以根据实际情况自动调整。
配电线路正常运行时，线路自动化开关的FTU持续检测盒记录开关状态，线路电电流电压等，并计算出功率因数、有功功率、无功功率等运行参数。当开关状态、线路参数出现异常时，FTU经通信系统将异常信息上报主站。调度值班员可以在主站上，看到电气连接的单线图、换网图等，并可以直接遥控操作各线路开关，改变系统运行方式。当配电线路发生故障时，主站收到故障信息后报警，并启动故障检测、隔离和负荷转供系统，自动判断故障隔离和非故障段负荷转供方案，并进行模拟校核，最后与调度值班员采取人机交互式的半自动遥控操作或直接执行的全自动遥控操作模式。
3 配电自动化系统对配电网结构的要求
城市配电网要按以下原则建设，这也是实施配电自动化的基本条件：
（1）保证在10kV电网发生故障时，10kV的变电容量、10kV主干线有足够的转移负荷的能力。
①有两个及以上可靠的独立电源（220kV变电站—110kV变电站）向中压配电网供电。中压配电网形成环网接线、开环运行的供电方式。
②相互联络的馈电线路有足够的配用容量来承担故障线路所转移的负荷电流。因此，主干线应采用大截面导线，正常运行方式下的负荷电流，应按发热允许输送电流的2/3到1/2。
（2）将10kV馈线适当合理的分段。馈线分段并不是越多越好，过多的分段将使供电成本急剧增加，而供电可靠性并不成比例地提高，一般应按负荷密度的高低，经过技术经济比较来决定段数。
（3）实施馈线自动化的效益。若将变电站所有馈线按照环网方式实现“环网接线、开环运行”供电，其供电可靠性可以达到99.96%—99.98%，而实施馈线自动化可以再提高0.02个百分点。
4 结语
本配电自动化系统适用于各种供电方式的配电线路，能实施故障线路故障点定位、隔离和非故障区域的恢复供电，大大提高了配电线路的供电可靠性和运行自动化，FTU的开关磨损状况监测功能，提供了合理的安排检修计划的依据，确保配电线路安全运行。
根据对国内外发展动态的研究，配电自动化技术的发展将向多样化、标准化、自愈、经济高效和适应分布式电源接入的方向发展，这将是一个长期而又冲满挑战的工作。
参考文献：
[1] 刘建，倪建立，邓永辉.配电自动化系统[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2002.
[2] 陈堂，赵祖康等.配电系统及其自动化技术[M].北京：中国电力出版社，2002.
[3] 陈勇，海涛.电压型馈线自动化系统[J].电网技术，1999，23（7）：31—33.
[4] 陈红丽，刘建等.合闸速度俺模式馈线自动化的改进与整定[J].电力系统自动化，2006，30（15）：35—39.
（作者单位：国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司）
【关键词】配电网；自动化；功能；规划
引言
配电自动化是提高供电可靠性、扩大供电能力、提高供电质量、实现配电网高效经济运行的重要手段。我国自20世纪90年代后期开展配电自动化工作，但由于存在的技术和管理两方面的原因，当时建设的配电自动化系统大多没有发挥应有的作用。经过多年的探索与实践，目前我国配电自动化从理论到技术都已经比较成熟，指导配电自动化系统建设、验收和运行维护的相关标准和规范也相继推出，实现配电自动化已成为当前智能电网建设的重要组成部分。
1.配电自动化的组成
配电线路自动化系统由配电主站、通信系统和配电终端（以架空线路FTU为例）组成。
配电主站系统主要由计算机硬件、操作系统、支撑平台软件和配电网应用软件组成。可实现配电线路遥测、遥信、遥控及报警、监视、操作模拟、数据记录与分析，并具有以GIS为支撑平台的相应功能。可将数字化的供电区域地图和配电线路设备的地理位置与电力设备的参数、运行状况等数据一一对应，便于配电线路的运行管理。故障自动隔离和转供系统可在故障后迅速判断故障区段，隔离故障区域，并根据系统运行状况自动产生符合转移供电方案，恢复对配电线路故障段正常供电。
通信系统目前有光纤通信和无线通讯两种，其中光纤通信大多基于EPON技术构建，采用单辐射、双环形结构的方式运行。整个通信系统包括主站端主机、光线路终端OLT和若干FTU上配置的光网络单元ONU组成，每一个ONU均有两对光纤收发口，一般只使用一个，构成单辐射通信模式，也可通过两根光纤串接成双环通信模式（主环与副环）。对于双环模式正常情况下两个环都工作，信号在两个环中以相反的方向同时传输。环中任一处光纤发生故障，信号自动从非故障环中返回，保证通信的正常运行。无线通信目前采用2G、3G、4G的无线公网通信，此类终端无法实现遥控操作。
自动化开关采用SF6开关或真空开关配用相应的控制系统，按用途分为断路器和负荷开关两种。其中断路器具备开断短路电流的能力，一般用于于出口开关和分支开关处，而负荷开关多用于线路分段处。
自动化开关通过航空线与FTU相连，构成线路配电终端。FTU带有通信接口，可进行网络控制，从而可实现遥测、遥信和遥控，支持多通信方式，并提供编程接口。配电线路自动化系统所需的信息通过FTU采集后经通信系统上传主站，主站的控制命令又经通信系统下达给各FTU执行。另外，FTU还可自动监测开关的动作次数、蓄电池电压等，必要时上报主站，运行人员可据此安排检修计划，从而避免检修的盲目性，减少计划检修时间，缩小计划检修范围。
2 线路自动化开关系统工作原理
成套配电自动化设备（自愈开关）安装在10kV架空配电线路上，具有不需要通信的就地故障隔离功能和远方通信功能。成套的设备与变电站出线开关分合闸相配合，可以自动完成高压配电线路单项接地和相间短路事故区域的故障隔离。在主站系统建立后，通过其他通信功能可实现配电设备的“三遥”。其故障隔离过程如下图：
当N点发生故障时，CB1保护跳闸，CB1所控出线（图中联络开关L上部线路）全线失电，S1、S2、S3失压自动分闸，此时有两种故障处理模式：
模式1：CB1数秒后重合，S1、S2逐级得电延时合闸，当S2合闸后，由于合至故障点，CB1保护跳闸且判定位永久性故障。线路电压施加于N段时，对S2而言是在合闸后出现电压消失行为，S2启动正向送电闭锁，对S3而言是在延时合闸前出现电压消失行为，S3则启动反向送电闭锁。
由于S2、S3已产生可靠闭锁隔离故障区N段，CB1可经数秒后再次合闸恢复故障前段区域的供电，电源送至S2开关的电源侧，S2因正向闭锁不合闸。
联络开关L在单侧失电时开始数十秒的延时，延时计时到后若失电侧仍未来电，则令L合闸，电源送至S3开关，S3因反向闭锁不合闸。至此，故障区N段被隔离，其余各段均恢复供电。
模式2：CB1数秒后重合，S1、S2逐级得电延时合闸，当S2合闸后，再次检测到故障电流，S2开关合至故障点快速分闸功能启动，断开并闭锁S2开关，同时S3开关检测到残压，残压闭锁启动，完成故障区域的隔离。联络开关L在单侧失电后数十秒合闸，完成整个自愈过程。
上述设备的故障判断和故障隔离不依赖通信即可完成，但是只能在故障發生时起作用，而且故障处理过程严格按照事先的整定进行。而模式2较模式1减少1次变电站分闸及重合闸，减少了故障电流对线路及用户设备的冲击，更加适用于现场使用。
相对于上述系统，还有一种集中智能馈线自动化系统（FA），该系统需要建设通信网络并在配电自动化主站控制下进行故障处理，不仅可以在故障发生时起作用，而且在正常时也可以对配电网进行监控，其故障处理策略也可以根据实际情况自动调整。
配电线路正常运行时，线路自动化开关的FTU持续检测盒记录开关状态，线路电电流电压等，并计算出功率因数、有功功率、无功功率等运行参数。当开关状态、线路参数出现异常时，FTU经通信系统将异常信息上报主站。调度值班员可以在主站上，看到电气连接的单线图、换网图等，并可以直接遥控操作各线路开关，改变系统运行方式。当配电线路发生故障时，主站收到故障信息后报警，并启动故障检测、隔离和负荷转供系统，自动判断故障隔离和非故障段负荷转供方案，并进行模拟校核，最后与调度值班员采取人机交互式的半自动遥控操作或直接执行的全自动遥控操作模式。
3 配电自动化系统对配电网结构的要求
城市配电网要按以下原则建设，这也是实施配电自动化的基本条件：
（1）保证在10kV电网发生故障时，10kV的变电容量、10kV主干线有足够的转移负荷的能力。
①有两个及以上可靠的独立电源（220kV变电站—110kV变电站）向中压配电网供电。中压配电网形成环网接线、开环运行的供电方式。
②相互联络的馈电线路有足够的配用容量来承担故障线路所转移的负荷电流。因此，主干线应采用大截面导线，正常运行方式下的负荷电流，应按发热允许输送电流的2/3到1/2。
（2）将10kV馈线适当合理的分段。馈线分段并不是越多越好，过多的分段将使供电成本急剧增加，而供电可靠性并不成比例地提高，一般应按负荷密度的高低，经过技术经济比较来决定段数。
（3）实施馈线自动化的效益。若将变电站所有馈线按照环网方式实现“环网接线、开环运行”供电，其供电可靠性可以达到99.96%—99.98%，而实施馈线自动化可以再提高0.02个百分点。
4 结语
本配电自动化系统适用于各种供电方式的配电线路，能实施故障线路故障点定位、隔离和非故障区域的恢复供电，大大提高了配电线路的供电可靠性和运行自动化，FTU的开关磨损状况监测功能，提供了合理的安排检修计划的依据，确保配电线路安全运行。
根据对国内外发展动态的研究，配电自动化技术的发展将向多样化、标准化、自愈、经济高效和适应分布式电源接入的方向发展，这将是一个长期而又冲满挑战的工作。
参考文献：
[1] 刘建，倪建立，邓永辉.配电自动化系统[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2002.
[2] 陈堂，赵祖康等.配电系统及其自动化技术[M].北京：中国电力出版社，2002.
[3] 陈勇，海涛.电压型馈线自动化系统[J].电网技术，1999，23（7）：31—33.
[4] 陈红丽，刘建等.合闸速度俺模式馈线自动化的改进与整定[J].电力系统自动化，2006，30（15）：35—39.
（作者单位：国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司）