第1章前言 第1章绪论 1999年国家电力公司在《配电系统自动化规划设计导则》中提出了“配电 自动化系统”的概念，其定义为：“利用现代电子、，计算机、通信及网络技术， 将配电网在线数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统， 实现电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理 的现代化”山 配网自动化的范围：110kV及以下电力网络属于配电网络，它包括高、中、 低压配电网络，要讨论的配网自动化特指10kV中压配电网自动化。 配网自动化的任务： (1)使整个配电网网损降至最小，提供优质的供电质量。 (2)在整个配电网事故情况，系统能适时分析确定事故原因，排除因瞬间 故障造成的不必要的停电事故：对于永久性故障，系统将及时分隔故障段，进行 电网重构，保障非事故线路段尽快恢复供电。 1.1配电自动化产生的背景及意义 配电自动化这一术语，是20世纪90年代由美国提出的，但迄今为止，对配 电自动化及其相关的一系列技术，国际上尚无统一的定义和规范。一般地，配电 自动化系统(Distribution Automation System,DAS)是一种可以使配电企业在远 方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统H。 配电自动化是电力系统实现现代化的必然趋势，其主要意义在于：有利于在 配电网正常运行时，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式：有利于在保证 供电可靠性的前提下，确保电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求： 有利于满足和确保供电的质量，符合高新技术装备和居民家用电器的要求，避免 高峰低谷，电压幅值和频率以及谐波对用户所产生的不良影响：有利于降低电网 的损耗，提高网络的供电能力，减少用户的停电机率；由于采用了自动化设备， 当配电网发生故障或异常运行时，能快速隔离故障区段，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，这样就有利于提高设备的故 1
第1章前言 第1章 绪论 1999年国家电力公司在《配电系统自动化规划设计导则》中提出了“配电 自动化系统”的概念，其定义为：“利用现代电子、．计算机、通信及网络技术， 将配电网在线数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统， 实现电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理 的现代化”111。 配网自动化的范围：110kV及以下电力网络属于配电网络，它包括高、中、 低压配电网络，要讨论的配网自动化特指10kV中压配电网自动化。 配网自动化的任务： (1)使整个配电网网损降至最小，提供优质的供电质量。 (2)在整个配电网事故情况，系统能适时分析确定事故原因，排除因瞬间 故障造成的不必要的停电事故；对于永久性故障，系统将及时分隔故障段，进行 电网重构，保障非事故线路段尽快恢复供电。 1．1配电自动化产生的背景及意义 配电自动化这一术语，是20世纪90年代由美国提出的，但迄今为止，对配 电自动化及其相关的一系列技术，国际上尚无统一的定义和规范。一般地，配电 自动化系统(Disliibution Automation System，DAS)是一种可以使配电企业在远 方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系鲥2H41。 配电自动化是电力系统实现现代化的必然趋势，其主要意义在于：有利于在 配电网正常运行时，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式；有利于在保证 供电可靠性的前提下，确保电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求； 有利于满足和确保供电的质量，符合高新技术装备和居民家用电器的要求，避免 高峰低谷，电压幅值和频率以及谐波对用户所产生的不良影响；有利于降低电网 的损耗，提高网络的供电能力，减少用户的停电机率；由于采用了自动化设备， 当配电网发生故障或异常运行时，能快速隔离故障区段，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，这样就有利于提高设备的故
城市配电网自动化主站系统功能研究 障判断能力和自动隔离故障、恢复非故障线路的供电条件：有利于提高配电网设 备的自身可靠性运行能力，大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用：由于实 现了配电系统自动化，可以合理控制用电负荷，从而提高了设备的利用率：采用 配变负荷监测终端，可以为负荷调配及网架改造与优化提供准确的依据，提高企 业的经济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服务等。 配电自动化系统的主要目的之一在于尽量减少停电面积和缩短停电时间，为 此必须能够采集配电网上的实时数据（即遥测和遥信）并对其进行分析，使调度 员能够随时监视网上运行情况，从而做出调度决策。此外，还要求能够在控制中 心通过遥控和遥调对配电网进行操作，达到缩短故障处理时间和降低劳动强度的 目的。 配电自动化系统有助于使配电网的潜力得以最大限度地利用，并且确保提供 给用户的电能质量能满足要求。因此，电力公司和用户都能从配电自动化中得到 收益，例如馈线开关的远方控制，在断电并且故障检修之后，可遥控开关合闸而 不需要爬杆手工操作；在紧急情况下（比如带电线路经导电物体与地接触时）， 能迅速断开开关。这些都会带来效益。 目前实现配电自动化所需要的技术已经成熟，电力公司根据各自电网的具体 情况确定合适的实现方案。 根据我国当前电网管理体系及实际情况，实施配网自动化的配电网一般是指 10kV及以下直接面向最终用户的中低压配电网。国外，一般也是在360.4kV的 中低压配电网开展配网自动化工作。长期以来，由于受到“重发、轻供、不管用” 思想的影响，我国的配电网设备落后、供电可靠性差、自动化水平很低。近几年 来，随着国民经济的发展和用户对供电可靠性要求的提高，配网自动化逐渐引起 研究人员和供电部门的重视。自20世纪90年代后期开始，上海、天津、广州、 兰州等地的电力部门先后开展了配电自动化的试点工作。1998年，国家投巨资 进扩城乡电网改造，加强和完善了配电网络的网架结构和一次设备，促进了配电 自动化的发展，更多地区开展了配网自动化的试点工作。随着计算机和通信技术 的发展，配电自动化技术的发展也越来越趋向成熟。 2
城市配电网自动化主站系统功能研究 障判断能力和自动隔离故障、恢复非故障线路的供电条件；有利于提高配电网设 备的自身可靠性运行能力，大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用；由于实 现了配电系统自动化，可以合理控制用电负荷，从而提高了设备的利用率；采用 配变负荷监测终端，可以为负荷调配及网架改造与优化提供准确的依据，提高企 业的经济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服务等。 配电自动化系统的主要目的之一在于尽量减少停电面积和缩短停电时间，为 此必须能够采集配电网上的实时数据(即遥测和遥信)并对其进行分析，使调度 员能够随时监视网上运行情况，从而做出调度决策。此外，还要求能够在控制中 心通过遥控和遥调对配电网进行操作，达到缩短故障处理时间和降低劳动强度的 目的。 配电自动化系统有助于使配电网的潜力得以最大限度地利用，并且确保提供 给用户的电能质量能满足要求。因此，电力公司和用户都能从配电自动化中得到 收益，例如馈线开关的远方控制，在断电并且故障检修之后，可遥控开关合闸而 不需要爬杆手工操作；在紧急情况下(比如带电线路经导电物体与地接触时)， 能迅速断开开关。这些都会带来效益。 目前实现配电自动化所需要的技术已经成熟，电力公司根据各自电网的具体 情况确定合适的实现方案。 根据我国当前电网管理体系及实际情况，实施配网自动化的配电网一般是指 lOkV及以下直接面向最终用户的中低压配电网。国外，一般也是在3砌．4kV的 中低压配电网开展配网自动化工作。长期以来，由于受到”重发、轻供、不管用什 思想的影响，我国的配电网设备落后、供电可靠性差、自动化水平很低。近几年 来，随着国民经济的发展和用户对供电可靠性要求的提高，配网自动化逐渐引起 研究人员和供电部门的重视。自20世纪90年代后期开始，上海、天津、广州、 兰州等地的电力部门先后开展了配电自动化的试点工作。1998年，国家投巨资 遗fj二城乡电网改造，加强和完善了配电网络的网架结构和一次设备，促进了配电 自动化的发展，更多地区开展了配网自动化的试点工作。随着计算机和通信技术 的发展，配电自动化技术的发展也越来越趋向成熟。 2
第1章绪论 1.2国内外配电自动化的发展现状 1.2.1国外配电自动化的现状 国外配电网自动化的发展较早。在一些工业发达国家中，配电自动化系统受 到了广泛的重视，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、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网 管理系统(DMS),其功能已多达140余种[。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门 子公司、法国施耐德公司、美国COOPER公司、摩托罗拉公司、英国ABB公司 和日本东芝公书刊号等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。 作为提高配电系统可靠性和改善用户服务的重要手段，西方发达国家早在 20世纪70年代就提出了配电自动化的概念，并且有了不同程度的应用。英、美 等国的配电线路多为放射形，电压为14.4kV,中性点直接接地。线路上多采用 智能化重合器与分段器相配合，并大量采用单相重合闸，提高供电的可靠性。线 路重合器直接采用高压合闸线圈，并具有多次重合功能，各级重合器之间利用重 合次数及动作电流定值差异来实现配合。在无人变电站增设了可靠的通信及检测 装置，可准确地反应变电站的运行工况。其发展大致经历了三个阶段：第一阶段 实现故障自动隔离，进行自动抄表：第二阶段从20世纪80年代中期开始，进行 了大量的配电自动化的试点工作及馈线自动化、营业自动化、负荷控制的试点工 作，但大部分为各自独立的新时期自动控制系统：第三阶段从20世纪90年代中 后期开始，由于计算机及网络通信技术的发展、以及电力工业的市场化改革，以 配电管理系统、配电自动化、用户自动化为主要内容的综合自动化成为配电网自 动化的发展应用方向。 日本从20世纪50年代开始在配电线路上采用自动隔离故障区段、并向健全 区段（无故障区）恢复送电的按时限顺序送电装置：20世纪60-70年代研究开 发了各种就地控制方式和配电开关的远方控制装置：20世纪70年代后半期开始 利用计算机构成自动控制系统：其后由于电子技术、计算机技术及信息传送技术 的发展，配电自动化计算机系统及配电线路远方监控系统在实际应用中得到很大 的发展
第1章绪论 1．2国内外配电自动化的发展现状 1．2．1国外配电自动化的现状 国外配电网自动化的发展较早。在一些工业发达国家中，配电自动化系统受 到了广泛的重视，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、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网 管理系统(DMS)，其功能已多达140余种‘5】’【6】。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门 子公司、法国施耐德公司、美国COOPER公司、摩托罗拉公司、英国ABB公司 和日本东芝公书刊号等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。 作为提高配电系统可靠性和改善用户服务的重要手段，西方发达国家早在 20世纪70年代就提出了配电自动化的概念，并且有了不同程度的应用。英、美 等国的配电线路多为放射形，电压为14．4kV，中性点直接接地。线路上多采用 智能化重合器与分段器相配合，并大量采用单相重合闸，提高供电的可靠性。线 路重合器直接采用高压合闸线圈，并具有多次重合功能，各级重合器之间利用重 合次数及动作电流定值差异来实现配合。在无人变电站增设了可靠的通信及检测 装置，可准确地反应变电站的运行工况。其发展大致经历了三个阶段：第一阶段 实现故障自动隔离，进行自动抄表；第二阶段从20世纪80年代中期开始，进行 了大量的配电自动化的试点工作及馈线自动化、营业自动化、负荷控制的试点工 作，但大部分为各自独立的新时期自动控制系统；第三阶段从20世纪90年代中 后期开始，由于计算机及网络通信技术的发展、以及电力工业的市场化改革，以 配电管理系统、配电自动化、用户自动化为主要内容的综合自动化成为配电网自 动化的发展应用方向。 日本从20世纪50年代开始在配电线路上采用自动隔离故障区段、并向健全 区段(无故障区)恢复送电的按时限顺序送电装置；20世纪60--,70年代研究开 发了各种就地控制方式和配电开关的远方控制装置；20世纪70年代后半期开始 利用计算机构成自动控制系统；其后由于电子技术、计算机技术及信息传送技术 的发展，配电自动化计算机系统及配电线路远方监控系统在实际应用中得到很大 的发展。 3
城市配电网白动化主站系统功能研究 新加坡公用电力局在20世纪80年代中期投运，并在20世纪90年代发展和 完善大型配电网的SCADA系统，最初覆盖其22kV配电网的1330个配电站，目 前已将网络管理功能扩展到6.6kV配网，大约4000个配电站。 芬兰“Espo0Sako”电力配电公司的配电自动化覆盖了该公司的85000个 用户，八座110kV/20kV的变电站，1100km的20kV馈电线和1400个20kV/0.4kV 的配电变电站。 国外的配电自动化的发展经历了从各种单项自动化林产，号称为“多岛自动 化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目 前已经具有相当的规模，并且从提高配电网运行的可靠性效率，提高供电质量， 降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面， 均带来了可观的经济效益和社会效益。目前，国外正致力于研究配电自动化专家 系统和配电网仿真培训系统等。并且在研究通过负荷分配的优化来减少网损，对 变压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗，以及 按即时电价对用户负荷进行管理等。 1.2.2国内配电自动化的现状 我国配电自动化工作起步较晚[川。随着我国经济的发展，无论城、乡对供 电可靠性要求越来越高。农网从1987年开始引进美、日等国的重合器、分段器 等自动化设备，提出了一些配电自动化方案，并在一些地区进行了试点。从试点 结果看出，引进的自动配电开不太符合我国实际，如自动开关分、合次数过多， 故障定位时间过长等。为适合我国配电网的特点，一些科研机构研制了一些适合 我因配网实际的自动配电开关及其控制装置，克服了上述缺点，较好地实现了控 制目标。 我国的配网自动化仍处在起步阶段，大多数地区的试点工程主要以馈线自动 化为主，功能较为单一；在系统集成上，各个单项自动化自成一体，缺乏综合考 虑：在应用层次上，还仍处于初级发展阶段，缺乏高级应用，如网络重构、自动 无功电压调整还处在理论研究阶段。 在我国，一般认为配网自动化的发展大致分为三个阶段：第一阶段是基于自 动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，其主要设备为重合器和分段器等，不
城市配电网自动化主站系统功能研究 新加坡公用电力局在20世纪80年代中期投运，并在20世纪90年代发展和 完善大型配电网的SCADA系统。最初覆盖其22kV配电网的1330个配电站，目 前已将网络管理功能扩展到6．6kV配网，大约4000个配电站。 芬兰“Espoo Sahko"电力配电公司的配电自动化覆盖了该公司的85000个 用户，八座110kV／20kV的变电站，1100km的20kV馈电线和1400个20kV／0．4kV 的配电变电站。 国外的配电自动化的发展经历了从各种单项自动化林产，号称为“多岛自动 化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目 前已经具有相当的规模，并且从提高配电网运行的可靠性效率，提高供电质量， 降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩短停电时间和减少停电面积等方面， 均带来了可观的经济效益和社会效益。目前，国外正致力于研究配电自动化专家 系统和配电网仿真培训系统等。并且在研究通过负荷分配的优化来减少网损，对 变压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗，以及 按即时电价对用户负荷进行管理等。 1．2．2国内配电自动化的现状 我国配电自动化工作起步较晚【7Ⅱ1¨。随着我国经济的发展，无论城、乡对供 电可靠性要求越来越高。农网从1987年开始引进美、日等国的重合器、分段器 等自动化设备，提出了一些配电自动化方案，并在一些地区进行了试点。从试点 结果看出，引进的自动配电开不太符合我国实际，如自动开关分、合次数过多， 故障定位时间过长等。为适合我国配电网的特点，一些科研机构研制了一些适合 我国配网实际的自动配电开关及其控制装置，克服了上述缺点，较好地实现了控 制目标。 我国的配网自动化仍处在起步阶段，大多数地区的试点工程主要以馈线自动 化为主，功能较为单一：在系统集成上，各个单项自动化自成一体，缺乏综合考 虑；在应用层次上，还仍处于初级发展阶段，缺乏高级应用，如网络重构、自动 无功电压调整还处在理论研究阶段。 在我国，一般认为配网自动化的发展大致分为三个阶段：第一阶段是基于自 动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，其主要设备为重合器和分段器等，不 4
第1章绪论 需要建设通信网和计算机系统，其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互 配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统的自动化程 度较低，具体表现在：仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不 能优化运行方式：调整运行方式后，需要到现场修改定值，恢复健全区域供电时， 无法采取安全和最佳措施：隔离故障时需要经过多次重合，对设备的冲击大等。 第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元(FTU)和后台 计算机网络的配电自动化系统，它在配电网正常运行时，也能起到监视配电网运 行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能够及时察觉，并由调度员通过遥控 隔离故障区域和恢复健全区域供电。 随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统，它是在第二阶 段的配电自动化系统的基础上，增加了自动控制功能，由计算机自动完成故障处 理等功能。第三阶段的配电自动化系统的另一个特征是形成了集配电网SCADA 系统、配电地理信息系统、需方管理(DSM)、调度员仿真调度、故障呼叫服务 系统和工作票管理等一体化的综合自动化系统。 目前我国架空线的配电自动化方案主要有两种，一种是“日本”方式的重合 分段方案，另一种是欧美方式的断路器（或断路器负荷开关交叉）的手拉手环网 方案。 手拉手供电方式是近几年我国供电网广泛采用的一种供电方式，实际上是将 以往的放射接线改造成双电源供电，中间以联络开关将两段线路连接起来。在正 常运行时联络开关打开，以减少短路电流和可能出现的环流等，当线路失去一端 电源时，可以合上联络开关，从另一端电源对失去电源的线路上的柱上变压器和 高压用户供电。 实现故障的自动隔离、非故障区段的恢复可以采取多种方法，取决于自动化 装置的技术特点和整体方案。一般有就地控制和主站控制两种方式，就地控制以 馈线终端单元之间的配合为主，不需要通信通道，通过对线路过流或失压的监测， 以及对开关分合闸的逻辑控制实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复：主 站控制方式需要有可靠的通信通道，通过主站软件对FTU上传信息的分析判断， 制定合理的隔离策略和网络重构策略，远方控制配电开关实现故障区段的隔离和 非故障区段的供电恢复。 我国目前配电网的现状仍十分落后，首先要对配网的拓扑结构进行改造，使
第1章绪论 需要建设通信网和计算机系统，其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互 配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统的自动化程 度较低，具体表现在：仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不 能优化运行方式；调整运行方式后，需要到现场修改定值，恢复健全区域供电时， 无法采取安全和最佳措施；隔离故障时需要经过多次重合，对设备的冲击大等。 第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元(FTU)和后台 计算机网络的配电自动化系统，它在配电网正常运行时，也能起到监视配电网运 行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能够及时察觉，并由调度员通过遥控 隔离故障区域和恢复健全区域供电。 随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统，它是在第二阶 段的配电自动化系统的基础上，增加了自动控制功能，由计算机自动完成故障处 理等功能。第三阶段的配电自动化系统的另一个特征是形成了集配电网SCADA 系统、配电地理信息系统、需方管理(DSM)、调度员仿真调度、故障呼叫服务 系统和工作票管理等一体化的综合自动化系统。 目前我国架空线的配电自动化方案主要有两种，一种是“日本”方式的重合 分段方案，另一种是欧美方式的断路器(或断路器负荷开关交叉)的手拉手环网 方案。 手拉手供电方式是近几年我国供电网广泛采用的一种供电方式，实际上是将 以往的放射接线改造成双电源供电，中间以联络开关将两段线路连接起来。在正 常运行时联络开关打开，以减少短路电流和可能出现的环流等，当线路失去一端 电源时，可以合上联络开关，从另一端电源对失去电源的线路上的柱上变压器和 高压用户供电。 实现故障的自动隔离、非故障区段的恢复可以采取多种方法，取决于自动化 装置的技术特点和整体方案。一般有就地控制和主站控制两种方式，就地控制以 馈线终端单元之间的配合为主，不需要通信通道，通过对线路过流或失压的监测， 以及对开关分合闸的逻辑控制实现故障区段的隔离和非故障区段的供电恢复；主 站控制方式需要有可靠的通信通道，通过主站软件对FTU上传信息的分析判断， 制定合理的隔离策略和网络重构策略，远方控制配电开关实现故障区段的隔离和 非故障区段的供电恢复。 我国目前配电网的现状仍十分落后，首先要对配网的拓扑结构进行改造，使 5