关键词：配电自动化系统；SCADA；FTU
为了提高供电可靠性，改善配电网的结构，特别是大中城市电网，不仅要建设具有互供能力的双电源配电线路，使其形成网架，而且要在线路上设分段开关，这样，即使发生事故，也能迅速有效地对故障区域进行隔离，把停电线路限制在一个最小范围内，并通过远方操作对无故障区域的用户恢复供电，并缩短停电时间。
枣庄市城区配电自动化系统是烟台东方电子公司利用先进的电子技术、计算机网络技术,结合枣庄城区的实际情况，将枣庄市城区10kV配电网上的实时数据、用户数据、电网结构、设备参数和地理信息等诸多信息进行综合处理和集成，以实现配网正常运行时的控制和监测，及事故状态下的快速故障定位、故障隔离和非故障区的恢复供电，并提供基于GIS的配电工作管理及设备管理。该系统的运行实现了枣庄城区配电网运行和管理的现代化。
遵循实用性、可扩充性、可靠性、安全性、可维护性等原则，于1999年一期工程中建立了配电自动化主站，安装了19台FTU，实现了5条10kV环网线路的馈线自动化。在2000年二期工程建设中，对一期设备进行了改进，同时进行了扩容，共有56台FTU及3台子站投入运行。经过两期工程建设，目前完成城区15条10kV环网线路的馈线自动化功能，城区主要线路配网自动化覆盖率达到100。
该系统自2001年底通过山东省电力公司组织的实用化验收以后，多次准确地处理了枣庄城区配电网中发生的过流及短路故障，实现了快速故障定位、故障隔离和非故障区的恢复供电，提高了枣庄城区配网的供电可靠性，取得了较好的经济和社会效益。
1枣庄市城区配电自动化系统的概要
为适应枣庄城区配电网的持续发展，枣庄市城区配电自动化系统设计了一套结构分层、功能分布的开放型系统。它主要由三层组成：配网主站层（DF9100配电自动化主站）、通信子站层（DF9200配电通信子站）和配电终端设备层(DF9310馈线自动化终端)。主站层与子站层利用GTS串口转换设备连接，子站与FTU之间采用双环自愈光纤环网通信。
1.1DF9100配网主站层
主站层是整个配电自动化监控和管理系统的核心，主要负责采集、管理整个系统中的通信子站（DF9200子站）传上来的数据；负责数据的处理、存储、事故的报警、远方的控制；事故的隔离、无故障区域的供电恢复；负责与多个子系统的接口，实现数据共享；负责完成10kV配电信息的管理和维护。
主站系统采用11台高档服务器、微机配置。其中远动机房内有两台服务器、两台前置机、两台通信服务器、一台系统维护机。维护班设有一台MapGIS节点，一台故障电话投诉节点。调度大厅内设有两台配电值班工作站，两台大屏幕，一台报表打印工作站和一台打印机。还有两台远动工作站接收地调远动信息，一套模拟屏、一台模拟盘控制机、一套大屏幕投影系统。
服务器选用两台美国DECServer53055/533ALPHA服务器，负责大容量历史数据的存储、统计和管理及实时数据的计算等功能；配网调度工作站采用两台美国DECALPHA600工作站，为调度员提供方便的配电网实时监视、控制手段。同时调度员可方便地在地理图上进行直观的设备查询，而且可直接地通过在地理图上对电网实时数据进行监视，还设有报警功能。
一台微机作为远程维护工作站，可使DF9100主站系统得到及时地维护或功能扩充。
一台微机作为AM/FM/GIS节点，负责在地理信息平台上对配网的变、配电站内设备，以及配电线路上的设备：如杆变、断路器、隔离开关、负荷开关、避雷器、跌落式熔丝等进行计算机辅助综合管理。
一台微机作为用户故障投诉电话的投诉处理，以及故障检修车卫星定位处理。
一台微机作为配电高级应用分析工作站。在配电SCADA基础上，进行配网潮流分析、短路潮流计算、负荷预测、电压无功优化、静态安全分析、负荷管理与线损计算。
一台微机作为报表工作站，负责配电调度日志、统计报表的打印。
1.2DF9200通信子站层
考虑配网中监控设备点多面广，如果把所有的站端监控设备直接地连到配电主站上，势必造成主站与所有终端通信的轮询时间过长，为此在主站与终端之间增设中间一级，称为DF9200配电通信子站。由配电通信子站管理其附近的开闭所、柱上开关，配电变压器上的配电终端监控设备，完成数据集中转发的功能，子站与其管理的配电终端设备形成逻辑通信子网。
根据枣庄市城区配电自动化系统的实际情况和需求，设立三个配电子站,形成三个通信子网，每个通信子网的FTU，将其采集的10kV线路的数据，通过配电子站发送到配网主站。
1.3DF9310配电终端设备层
该层适用于35kV以下馈线监测和控制。该终端应用于1个或2个柱上馈线开关的监控，提供两回路全量交流采样，能够识别馈线故障。
DF9310馈线自动化终端主要功能：
•12点交流采样（3U、9I或6U、6I）、8点遥信、8点（4路）遥控；
•通信方式：光纤、双绞线、无线；
•通信规约：DNP3.0规约,IEC60870-5-101,CDT等规约；
•故障检测；
•可为开关等一次设备提供操作电源；
•可为通信设备等提供DC24V及DC5V电源；
•蓄电池在线后备功能及活化功能；
•温度范围：-40～ 85℃；
•防磁、防震、防潮，符合IP54标准。
1.4光纤通信系统
DF9200配电通信子站与其管理的FTU之间组成双环自愈光纤环网通信，光纤通信设备采用键桥KB-3800。
键桥KB-3800双环自愈光纤通信单元主要由控制中心CPU、线路控制、光纤接口、数据接口控制/电平转换接口等几部分构成。主要特点：
•具有双光纤接口，可以组成复杂网络，如自愈环网、链型网、单环网等；
•具有4个异步数据接口，两个RS232接口，两个RS422/RS485接口；
•具有网管通道，可进行网络管理。
210kV线路SCADA功能设计
截止2004年底，枣庄配网共安装使用56台站端设备(FTU)，除了8台使用于环网柜中外，其余48台FTU皆用于控制柱上开关。柱上开关有12台为丹阳开关厂产品，其余为韩国LG开关。
考虑到TA回路不能开路，柱上开关与FTU通过两根电缆连接，其中一根专门用来传输电流信号，该电缆与DF9310之间采用特殊的防电流开路设计，保证了在开关运行时随时可以把电缆电流断开，现场调试和维护非常方便。开关其他信号（电压、遥信及遥控信号）使用另外一根电缆来传输。
310kV线路DA功能设计
配电自动化（DA），是指在正常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方合闸和分闸操作；在故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段，以及恢复非故障区段供电。
电力线路发生的故障绝大多数为短路故障。当发生短路故障时，从电源点到故障点会流过比正常运行时的电流大很多的故障电流，因此根据馈线各开关是否流过故障电流就可以判断故障区段。若馈线上出现单一的故障，则故障区段应当位于从电源侧到末梢方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历流过故障电流的开关之间的区段。
供电恢复就是在故障隔离以后，恢复非故障区段的供电。在通常的“手拉手”线路中，供电恢复就是在故障段隔离后合上故障段前所在线路的变电站的出口断路器和故障段后的联络开关，将故障点后面（沿故障点所在的电源侧开始的电流方向）的开关到联络开关为止的非故障区段，由另一端的变电站电源来恢复其供电。
枣庄10kV配电系统以架空线（带绝缘层）和地下电力电缆（环网开关）相结合，枣庄市配电系统10kV线路DA功能设计原则是：
•线路正常运行情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方合闸和分闸操作；
•线路发生短路故障后，出口断路器跳开，不考虑瞬时故障，在重合之前，要求线路上的第一台FTU也跳开，以使出口断路器能重合成功，然后由主站进行故障的定位、隔离和恢复。在每条线路上的第一台FTU“故障检测”中的“定值参数”页中选择“过流(短路)失压跳闸”项，线路上其他FTU仅检测和发送故障信号，不具备保护跳闸功能；
•采用主站DA处理模式：FTU检测到故障以后，将故障信息上传给子站，再由子站转发给主站，主站收齐故障信息后，完成所有的故障处理，包括故障的定位、隔离和供电恢复。
在配电网中，辐射状网、网格状网和环网（开环运行）可以采用相同的拓扑方法描述，其故障定位和隔离的原理是一样的，FTU上的程序和“故障检测算法”是相同的，而FTU的“过流(短路)失压跳闸”功能是靠参数配置来完成的。
DF9000配电自动化系统的设计指标：
•故障隔离时间：小于40s；
•恢复供电时间：小于1min。
4配电自动化系统功能的实现
4.1配电自动化（DA）系统功能测试（FAT）
枣庄市中区供电局和烟台东方电子公司于2001年5月，在该公司配电自动化模拟试验室，就DF9000枣庄配电自动化系统进行了系统出厂测试验收（FAT）。在DA功能测试中，针对枣庄市中区供电局对DA功能的特殊要求，在配电自动化模拟试验室搭建了如图1的一个实验环境，模拟现场最复杂的三电源供电线路。
图1中CK1，CK2和CK3是变电站出口开关，KG3和KG6是联络开关。在枣庄的DA功能中，FTU检测到故障信号后上传，主站根据接收到的故障信号进行故障区域的定位、隔离及恢复非故障区域的供电。
根据枣庄市城区供电安全要求：不考虑瞬时故障；变电站出口开关的信号在主站监控不到，而且在线路发生故障后，必须保证出口开关一次重合成功。针对这一特殊情况，在出口开关后第一台FTU（FTU1，FTU4，FTU5）的“故障检测”参数中设置为“过流（短路）失压跳闸”，在线路发生故障时变电站出口开关跳闸之后，故障线路上的第一台FTU也跳开对应开关，这样变电站出口开关就会一次重合成功。
在正式做DA实验之前，应该先进行三遥功能试验，保证基本功能正常。然后依次在图1做标志点F1～F3加入故障信号，这三点故障具有代表性，其他点的故障处理可以参照这三个故障点的处理方法。
4.1.1F1点发生故障
处理过程：出口开关CK1动作之外，所有FTU都不应该检测到故障，而出口开关CK1的信号在主站也检测不到，因此对该点故障主站不会启动DA功能，也就是说在枣庄市城区的DA功能中，变电站出口开关到线路上的第一台开关之间的区域为故障处理的盲区。
4.1.2F2点发生A、C相短路故障
故障信号检测：变电站出口开关CK1检测到短路，保护启动，CK1跳闸。FTU1检测到短路电流及失压，启动“过流（短路）失压跳闸”功能，将KG1开关跳开，FTU1上传A相短路、C相短路及事故，这三个故障信号，出口开关CK1经3s后重合成功。
故障区域定位：主站在设定时间内仅收到FTU1的故障信号，根据事先置入数据库的电力拓扑图，主站将故障区域定位在KG1和KG2之间，故障性质为A、C两相短路。
故障区域隔离：主站根据定位结果，执行隔离方案，跳开KG2，成功隔离故障区域。
非故障区域恢复供电：故障区域隔离成功后，根据电力拓扑图形成恢复供电方案，方案一，合上联络开关KG3；方案二，合上联络开关KG6。由人工或自动选择一种方案恢复供电。
F2点故障处理结束。
4.1.3F3点发生A、B相过流故障
故障信号检测：变电站出口开关CK1检测到短路，保护启动，CK1跳闸。FTU1检测到短路电流及失压，启动“过流（短路）失压跳闸”功能，将KG1跳开。FTU1和FTU2检测到故障，分别上传A相过流，B相过流及事故，这三个故障信号，出口开关CK1经3s后重合成功。
故障区域定位：主站在设定时间内共收到FTU1和FTU2两台设备的故障信号，根据事先置入数据库的电力拓扑图，主站将故障区域定位在KG2和KG3之间，故障性质为A、B两相过流。
故障区域隔离：主站根据定位结果，执行隔离方案，跳开KG2，成功隔离故障区域。
非故障区域恢复供电：故障区域隔离成功后，根据电力拓扑图形成恢复供电方案，合上开关KG1。由人工或自动执行方案恢复供电。
F3点故障处理结束。
4.2DA功能的现场实现
2002年08月14日中午12点35分36秒，在枣庄市城区西郊变电站17#10kV线路上发生三相短路故障，线路上FTU及时准确检测到故障，并上报给配电主站，配电主站开始启动DA功能。在此之后用30s时间收集本次线路上FTU的故障信息，共收到xj17-1kg、xj17-2kg、xj1751kg开关FTU上报给主站的故障报文，收集完FTU上报的故障信息之后，主站诊断三相短路发生在西郊175环网柜1751#、1752#、1754#开关之间（故障原因为1753#开关出线电缆头击穿，造成相间短路），并对1751#、1752#、1754#开关执行分闸操作，从而完成了本次故障区段的隔离功能；完成隔离之后，DA软件根据电源点的数量、潮流、拓扑、实际负荷情况，推出两种非故障区段恢复供电方案。由于配电主站设置成非故障区段自动恢复模式，自动执行第一种恢复供电方案。
5结束语
从2002年起统计遥控操作合计626次，因开关操作电源故障及通信故障等原因造成遥控拒动12次，遥控操作正确动作率98.1；10kV线路（已装配电自动化设备）发生各种短路故障18次，成功隔离/恢复16次。该系统自投运以来，有效地提高了城区中低压配电网的供电可靠性，大大缩小了事故停电范围和缩短了故障处理时间，同时也产生了巨大的经济和社会效益。水暖之家是专注于电气,电气工程,水暖,电气设备等装饰材料的各种新闻资讯和电气,电气工程,水暖,电气设备各十大品牌的装修效果图与网络营销服务,敬请登陆水暖之家http://shuinuan.jc68.com/
