配电自动化技术分析与应用.doc

配电自动化技术分析与应用华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER19?新技术应用?配电自动化技术分析与应用李国武,张浩,武宇平(张家口供电公司,河北张家12075000)摘要:考虑配电自动化主系统建设的前瞻性和可扩展性,提出了硬件系统的完全双重化理念,介绍了配电网通信系统建设的EPON通信技术,及继电保护与自动装置在配电网中的合理应用.关键词:配电自动化;应用技术;通信;继电保护中图分类号:TM76文献标识码:B文章编号:10039171(2011)08-00194AnalysisandApplicationofDistributionAutomationTechnologyLiGuoWll,ZhangHao,WuYuping(ZhangjiakouPowerSupplyCompany,Zhangjiakou075000,China)Abstract:Basedonforwardlookingandexpansibilityofdistributionautomationsystem,conceptionofcompletelydoubleinstallationofhardwaresystemwasproposed.EPONtechnologyforcommunicationsystemofdistributionnetworkwasintroducedaswellasproperapplicationofrelayprotectionandautomechanism.Keywords:distributionautomation;applicationtechnology;communication;relayprotection0引言智能配电网建设是坚强智能电网的重要组成部分,配电自动化作为智能电网的基础,在建设和发展过程中必须按照坚强智能电网建设的基本要求,从规划,设计,技术选择,设备选用,方案制定和工程实施进行综合考虑.特别是在现有网络架构模式下,配电一次电网相对薄弱,自动化建设处在起步阶段,通过改造逐步适应智能电网要求,是大部分地区配电网建设的方向.l配电自动化主站1.1配电自动化系统结构选择在现有的建设模式下,配电自动化系统有三层结构和两层结构之分,三层结构为配电主站,配电子站,配电终端,对于两层结构即取消了配电子站.实用工程中,若两层结构可以满足对城市配电网自动化覆盖要求,尽量选择两层结构,由于信息传输环节的减少,可靠性大幅度提升;同时,两层结构中通信控制设备的减少,有利于系统的运行维护.另外,随着配电网区域化建设模式的发展,需要增加通信子站时,配电自动化主站系统的切改方案也是比较容易实现的.1.2配电自动化系统的典型结构1.2.1总体要求(1)主站系统硬件设备的双重化.配电自动化系统是电网智能管控功能实现的核心和基础,主站设备的冗余配置至关重要,必须实现完全的双重化,达到硬件设备的任一环节故障均不影响系统功能的实现.双网(不同路由)+双重化设备+双重化电源的建设模式是保证系统可靠性的可行举措.(2)满足电力二次系统安全防护要求.SCADA系统设置在安全I区,MIS系统设置在安全区已经非常明确,重点是GIS系统是置于安全区或区的问题,根据对配电自动化功能实现分析,高级应用等大型数据交互任务主要在GIS与MIS系统之间,所以把GIS系统置于安全区更为合理.(3)满足配网调控一体化及智能电网调度技术要求.1.2.2典型结构由数据采集服务器,SCADA服务器,历史数据服务器组成的SCADA系统,完成配电网运行数据的采集,分析及电网设备控制等功能.GIS20华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWERNo.82011服务器,Web数据库服务器,MIS服务器完成安全区业务的处理,主要包括GIS数据的维护,生产及工作流程管理,信息发布等操作任务.安全I,区的信息交互通过正/反向物理隔离装置进行,保证信息的安全性.配电终端信息传输通道采用EPON通信技术,有利于简化系统的总体结构.需要说明的是,中压配电网(10kV)与配电网设备接口数据(主要是变电站主变10kV侧开关及线路相关数据)的获得有两种方式:一种是直接从EMS系统(区调系统)获得,采用综合数据平台模式,这种方式实现简单,带来的问题是配电网接口数据不满足运行要求,维护质量不高,不利于配电网自动化系统的独立建设,运行和维护;另一种方式是采用通信通道间接或直接从变电站测控装置获得中压配电网的全数据,这种方式实现环节比较多,但配电网自动化系统的独立运行能力大幅度提升,同时数据信息的丰富有利于高级应用功能的实现.2配电自动化终端配电自动化终端是自动化系统数据的来源和控制执行的载体,配电室,环网柜,箱式变电站,以负荷开关为主的开关站应选用站所终端(DTU),柱上开关应选用馈线终端(FTU),配电变压器应选用配变终端(TTU),架空线路或不能安装电流互感器的电缆线路,可选用具备通信功能的故障指示器,以断路器为主的开关站应选用保护与测控合一的综合自动化装置或远动装置.2.1设备选择二次设备由于集成化和微机化的特点,对运行环境要求非常严格,经过对多个供电公司终端设备运行状况的调查,配电自动化系统故障及缺陷中由于终端设备原因造成的占70%,其中90%是运行环境温度和湿度不适宜导致.特别是柱上设备,运行环境更加恶劣,建议采用双层真空密封箱体.2.2智能设备应用2.2.1采集设备的智能化发展结合配电网智能化建设要求及光电式电流,电压互感器技术的成熟应用,设备造价的降低,广泛采用光电式电流,电压互感器必将是终端设备(包括柱上室外设备)发展的必然趋势.采用国际通用的IEC61850规约,有效实现信息共享和数据分析.采用小型的光电式互感器,双重化配置,实现二次系统完全双重化理念.同时,光电式互感器的使用,可以有效防止电磁型互感器在故障情况下受到的电磁干扰,有效防止由此引起的传输数据异常问题.2.2.2开关站综合一体化装置的应用开发并广泛应用测控,保护,计量一体化装置,这样可以实现智能电度测量与智能系统数据采集共用硬件设备及通信通道,特别是结合EPON通信技术的应用,开发综合一体化装置直接具备EPON通信接口.3配电网通信系统建设配电网通信系统建设应该坚持的原则是按照经济性要求有效利用现有的通信资源,并采取多种通信方式实现数据的传输.以两层结构自动化系统为例进行说明,骨干层及以上的通信系统与现有主网通信网络公用或增加设备进行增容,配电网通信系统建设的主要任务在接入层.针对配网的主要特点(供电距离较短,终端设备多),EPON新型通信技术的应用是首要选择,采用点到多点的用户网络拓扑结构,更适应配网络树形结构的一次系统模式,符合通信系统的光纤化要求.3.1整体架构EPON通信网络由OLT(光线路终端),ODN(光分路器)和ONU(光网络终端)组成,ONU设置在配电终端处,通过以太网接口或串口与配电终端连接,OLT设备配置在变电站内,负责将所连接EPON网络的数据信息综合,并接入骨干层通信网络.由于配电设备接入层通信网络建设均为新建工程,EPON通信网络硬件配置应实现完全双重化.(1)在中压配网电源变电站设置2套完全独立的OLT设备,主干光纤,光分路器和配线光纤均双路冗余配置,一般情况下终端设备配置1套ONU,并配置2个完全独立的对下接口.必要时(如在重要线路,开关站等处),终端设备可以配置2套独立的ONU,实现通信系统硬件完全双重化.(2)对于OLT设备也可以选择两个不同变No.82011华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER21电站的OLT构成双重化配置,这种模式对系统运行的安全性和可靠性有重要的意义,路由尽可能双重化配置.(3)OLT设备应支持电源冗余配置.(4)在OLT设备PON口配置中必须遵循一定的原则,一路10kV开关对应的全部终端设备接人一个PON口,如果终端设备过多,需要接入2个PON口时,应相邻接人,规范接线模式,标示明确.3.2EPON通信技术在配电网应用的优势(1)适应配网电源设备不稳定,不安全的现状,并且取消了通信设备对48V直流电源的依靠.(2)无源分光器在EPON通信网络中的应用,使得EPON通信系统的树形结构可以较好的满足配电网一次系统树形模式,并且根据一次系统建设,比较容易扩展相应的通信系统.(3)从技术角度讲,EPON可以提供非常高的带宽,服务范围大,作为一种点到多点网络,可以利用局端单个光模块及光纤资源,服务大量终端用户;采用动态带宽算法,确保带宽分配的灵活性4继电保护与自动装置配置继电保护与自动装置在配网系统中的优化配置,是实现配电网自动化的重要组成部分,是实现馈线自动化的基础.同时,继电保护的正确动作,自动地切除故障设备或区段,有利于缩短故障时间,保证配电设备的安全.重合闸及备用电源自投装置的合理配置,对提升配电网供电可靠性意义重大.4.1变电站10kV系统继电保护与自动装置电源变电站10kV线路保护采用微机继电保护装置,一般为两段式过流保护,第一段为限时电流速断保护,按照躲过本开关主线路末端三相短路电流整定,并在小方式下两相短路有足够灵敏度,延时一般为0.5s.第二段为过流保护,按照躲过本线路的最大负荷电流整定,应考虑负荷转带时电流的增加,动作时间一般为12S,按照级差配合的原则整定.电缆占总长50%以下的线路,投入重合闸功能,并增加重合于故障的后加速第二段过流.根据配电自动化系统对继电保护动作情况的要求,需要对电源变电站10kV线路保护定值进行重新计算与核定.原则是按照变电站主变压器运行要求,保证变压器出口发生故障时必须在2s内切除,尽量增加站内10kV线路保护时间定值,以保证配电网线路保护有足够的动作时间级,适应线路多分段的运行结构.4.2开闭站继电保护与自动装置4.2.1开闭站二次系统基本配置开闭站的进线设置监控单元,实现进线开关的操作及相关信息的传输;各出线配置完善的线路保护测控一体化装置,完成出线的继电保护与控制功能;分段开关设置备用电源自投装置和充电保护;配置远动工作站完成本站数据的收集与转发功能;在开闭站就地设置监控系统,便于设备的就地操作和监控;设置成套的微机五防闭锁系统,实现运行操作的安全控制作用.配置独立的交,直流系统,为开闭站相关二次设备及断路器操作提供电源.4.2.2对继电保护装置应用分析(1)继电保护系统配置开闭站继电保护装置配置有两种方式:一是继电保护装置在开关柜上安装,可以有效减少电缆连接,节约成本.但由于继电保护装置在一次设备附近安装,受电磁干扰较大,特别是各装置通过本身的RS485电接口组成通信网络时,当电力系统发生故障,由于电磁干扰造成通信通道阻塞妨碍信号的正常上送情况时有发生.另外,当开闭站内一次设备发生故障时,会严重损坏二次继电保护装置.二是继电保护装置在继电保护室组屏安装,这种模式开关柜与继电保护屏的连接电缆比较多,但继电保护装置及相关的通信系统电磁工作环境较好,一次故障对二次系统影响较少.(2)继电保护功能选择开闭站继电保护装置功能与变电站选择相同,需要明确的是,当配电网作为分布式电源接入点时,接入线的继电保护装置应该配置电源线路纵联保护功能,以提高系统运行的稳定性.在今后继电保护装置应用中,需要进一步研究分布式电源接人对系统继电保护的影响,包括继电保护功能的配置及整定计算等方面,基础工作是对分布式电源的运行和故障特性进行深入研究22华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWERNo.82011(3)故障录波与测距配电网一次设备及二次系统的建设与完善必须建立在对系统运行及故障状况分析的基础上,故障录波器及相应的测距功能,在电网分析中发挥着重要的作用.配电网接线方式复杂对系统故障的分析带来较大的困难,特别是配电网向电源接人型网络发展之后,故障录波器对系统故障情况下电气特性分析有重要意义,特别是通过研究故障电流进一步分析继电保护功能配置及动作行为意义重大.关于配电网故障点的测量问题,结合智能化要求,进一步加强故障录波器与高精度测距功能一体化装置的研制,为提升运行人员精益化管理水平奠定基础.4.2.3开闭站直流系统直流系统设备中采用单体蓄电池12V或2V两种情况,根据运行情况分析,开闭站的直流系统蓄电池应该推荐采用2V单体电池构成蓄电池组,这样当单体蓄电池损坏时基本不影响蓄电池组的工作电压,更换检修也比较方便.4.3柱上设备继电保护4.3.1柱上断路器继电保护通过在柱上断路器加装FTU设备,实现断路器设备及相关线路分支的三遥功能,逐步取消柱上开关中配置的控制器承担继电保护功能的模式.主要原因是,现有集成电路继电保护的电流与时间定值均通过拨轮开关整定,定值的精确性不高,特别是时间定值占用级差比较大.配置中增加断路器的重合闸功能,以保障分支线路供电的可靠性.另外,在柱上继电保护装置配置简单的故障录波功能,通过远传系统将录波调入自动化主站,有助于对系统故障的分析.但需要注意的问题是通道容量的配置,由于故障录波文件容量较大,一般采用调用方式而不采用主动上送方式,以节约通道资源.4.3.2故障指示器对于末端设备或分支,可以采用具备遥信功能的故障指示器承担简单的继电保护功能.4.3.3柱上终端设备的供电问题柱上二次设备供电有多种模式,电压互感器,电流互感器供电存在的主要问题是当线路停电时电源供应将终止,影响自动化设备的运行.必须采用储能元件供电,大容量电容器供电时间较短,一般仅能完成系统故障停电后的最后一次操作;采用直流蓄电池组的供电模式,是保障供电可靠性的主要措施.正常电压互感器二次电压通过整流,滤波对蓄电池组充电,同时实现对柱上二次设备的供电,具备持续供电能力并且供电电压稳定,实际工程中优质的免维护蓄电池可以有效减少检修和运维工作.5结论配电自动化是智能配电网建设