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1、纵观国外配电自动化发展 2011-09-06 来源：赛尔电力自动化 总第102期 从20世纪30年代英国开发出用时间开关控制用户负荷的装置开始算起，配电自动化大致而言经历了三个发展阶段。 关键字：配电自动化 从20世纪30年代英国开发出用时间开关控制用户负荷的装置开始算起，配电自动化大致而言经历了三个发展阶段。第一阶段在20世纪50年代应用了自动隔离故障区间的时限顺序送电装置，主要目标是加快查找故障地点和在重要线段进行故障自动隔离，这一时期可称为局部自动化阶段。第二阶段开始于20世纪70年代，各种开关的远程监控装置和电量自动测量装置投入应用，特别是随着计算机及通信技术的发展，形成了包括远程监控
2、、故障隔离、负荷管理等功能在内的配电自动化技术。1988年IEEE出版的刊物中，比较正式地提出了配电自动化的概念，标志着开始形成真正具有现代化意义的配电自动化，这一时期可称为监控自动化阶段。第三阶段开始于20世纪末期，开始研发地理信息系统并应用于配电自动化，建立了自动绘图、设备管理、地理信息系统(AM/FM/GIS)，实施离线的配电管理系统与在线的实时系统的数据集成，进入了运行监控结合设备及需求侧管理的综合性自动化发展阶段。配电自动化是在不断的发展中逐步完善的。美国配电自动化发展一、概述配电自动化这一术语是20世纪90年代由美国提出，其配网自动化的重心在于提高供电可靠性，减少停电时间，改善对客
3、户的服务质量，增加用户的满意度。美国配电线路以放射状为主，电压等级为14.4kV，系统采用中性点接地方式。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，并且有多次重合功能，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。美国配电自动化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
4、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。二、美国配电自动化项目南加利福尼亚爱迪生公司(SCE)的DA工程是美国几大配网自动化建设工程之一，始于1993年，是当时美国在建的最大DA工程之一，其通讯及控制终端遍及公司服务的5万平方英里区域SCE工程当时选定了1200条线路进行了配网自动化升级改造，线路通过分段开关确定并隔离故障，利用自动分断点的中心遥控闭合联络开关恢复非故障区的供电，摆脱了传统DA设备的束缚，降低了工程的投资费用，工程改造采用2万组光纤与无
5、线电相结合的，由Metricom公司提供的无线电装置作为通讯系统，控制整个供电区域的设备联络。一个成功的配电自动化系统典范美国长岛电力公司(LILCO)配电自动化系统。该公司从1994年开始在GE-Harris公司的支持下用850个DARTRTU和无线数字电台组成了以配电网故障快速隔离和负荷转移为主的配电网馈线自动化系统，在4年内避免了595675个用户的停电事故(根据美国事故统计标准，对用户停电达到或超过5min就是停电事故)，并因此获得了IEEEDA/DSM大奖。为了进一步提高供电可靠性，长岛电力公司实现了以配电网故障快速隔离和负荷转移为主的配电网馈线自动化系统。整个系统大致经历了3个阶段
6、，主要有：自动化分段，引入通信和SCADA系统，非故障段自动恢复供电。美国配电自动化发展较早，其主要的经验是：配电自动化主要目的是提高供电可靠性。美国社会发展水平较高，配电网管理水平较好，对供电可靠性要求较高且效应十分明显。设备水平较高，实现免维护。欧洲配电自动化发展欧洲配网自动化发展较早，20世纪30年代英国就开发出用时间开关控制用户负荷的装置，德国在20世纪中叶就开始了对配网自动化的研究。其供电可靠性一直处于世界的前列。欧洲各国配点自动化发展模式(一)英国配电自动化英国配电线路和美国一样，以放射状为主，电压等级在中压，中性点接地，其配网自动化的重心在于提高供电可靠性。英国电力公司为了提高供
7、电可靠性，对配网自动化一直持积极态度。英国东方电力公司是英格兰和成尔士地区最大的电力公司之一，运行和维护了大不列颠的最大电网。东方公司自1995年以来已经改造成为英国最可靠的电网之一，为了提升公司的市场竞争力，1997年东方电网根据当时的二次配电网，进行工程“ARC”(自动化和遥控)建设。公司选择在电网关键点的电线杆上安装自动重合闸装置，并与选择电网的开断点一起实现监控(新型的地面安装式环网柜)，通过使用远动系统解决电网的供电可靠性。公司在调研的基础上，采用了施耐德提出的分步阶段实施的规划方案，较快的收回投资，产生效益，并有计划地选择多家设备厂家的产品进行配网自动化建设，如施耐德电气公司的远动
8、设备和环网柜，FKI Whipp公司和Bourne公司提供柱上自动重合闸装置，ABB提供户内开关装置等，经过两年的时间的改造，完成了东方电网名为“ARC”的项目，实现了两大目标：改善供电的安全性，减少用户停电15%(55次/100个用户);减少CML30%(66min)。(二)德国配电自动化德国配网普遍采用环式供电，其低压电网一般不采用远动和自动装置。德国电网结构相对稳定，电力系统供电可靠性已经达到了很高的水平，客观上对配电自动化的需求较少，诸如提高运行管理水平，优化网络结构所带来的效益对于德国电网而言并不明显，因此其配网建设的主要目标不在于电网的扩张，而是在网络关键点实现配网自动化，以减少投
9、资换取较大幅度的恢复供电时间。建设配网自动化过程中，德国的一些配电公司从实际需要出发，通常采用的建设方式：在网架结构成熟区域，经过站点优化和技术经济比较后，在网络关键站点实现自动化功能，以较少的投资来换取较大幅度减少的恢复供电时间;在电网结构相对稳定后，局部区域网络关键点实施应用自动化技术，这对德国配网而言是比较有利的。(三)法国配电自动化法国配网供电等级较高，经过全国范围的升压改造后，目前法国的中压配网等级基本为20kV，显著降低了线损，但同时导致供电线路较长，故障率较高，对配电自动化有较迫切的需要。法国配网主要停留在SCADA水平，在SCADA的基础上，基本能实现故障区域的隔离和非故障区域
10、的恢复供电，提高了供电可靠性。但是法国通信线路仍采用电话通信，较为落后，限制了配电自动化功能的扩展。巴黎采用类似开闭所的“手拉手”的供电模型。即每个变压器接一段母线，引出4条(左、右各出2回)大截面电缆。每条电缆出线(类似开闭所)又出6条馈线和一条大用户专线向外供电，覆盖一条街道，通常在道路两侧人行道各敷设3回，分别向道路两边用户供电。这6条馈线为一组，其与相邻变电所的另一组形成“手拉手”方式，实现N-2方式。巴黎城市电网具有鲜明的环状结构：外环、中环和内环，三环又将其分割成4个分区，各个变电站就处于分区之间，每个环内的变电站向两侧的分区供电。当负荷增加时，可在分区之间增加一变电站，将分区再一
11、分为二，显示了良好的可扩展性。巴黎三环的城市电网具有哑铃型的特点，其远郊的400kV环网保证了骨干电网的运行安全和稳定，20kV环网保证了对用户供电的灵活性和可靠性，而中间电压等级225kV电网采用了相对薄弱的辐射状结构。这样既满足用户对供电可靠性的要求，同时也降低了不必要的资金投入。日本配电自动化发展一、概述日本配电自动化经历了从自动重合断路器和自动配电开关配合实现故障隔离和恢复供电，再到利用现代通讯及计算机技术，实现集中遥讯、遥控，并对配电网系统实现信息的自动化处理及监控的发展过程。日本供电可靠性处于世界领先地位，日本大量实施了配电自动化，并在6kV和200V的线路和设备上大力推进不停电作
12、业技术，大大提高供电可靠性。日本配电自动化系统功能少而精，但随着通信技术的快速发展及计算机水平的提高，更多的功能已经逐渐在日本配电自动化系统上大量应用。日本中压配网普遍采用电力载波通信技术。日本与欧美国家有所不同，其供电半径小，可靠性要求高，环网供电方式比较多，变电站多采用具有2、3 次重合闸的重合断路器，并在变电站设有短路故障指示器，根据短路电流的大小，推算出故障距离的长度，实现故障隔离。日本九大电力公司有：北海道、东北、东京、北陆、中部、关西、中部、四国、九州。二、东京配电网供电模式的特点接地方式：配电网中97%为6kV不接地电网，3%为20kV小电阻接地电网。接线模式：6kV架空网供电方
13、式采用3分段4联络、6分段3联络的方式;6kV电缆网供电方式采用环网的方式。在都市负荷高密度电缆网地区的22kV配电方式主要有点网式和格网式两种。格网配电方式将一个地区多台22kV变压器低压侧全部通过熔丝实联形成格子状，低压负荷由格网上接出。点网配电方式对集中的较大负荷如大楼等适用。日本东京电力公司的供电可靠性：1986年以后的供电可靠率都在99.99%以上，对应的用户平均停电时间基本上在0.876 h(约53min)以下;2008年东京电网用户平均停电时间3min，系统平均停电频率0.12次，供电可靠性位于世界最高水平之列。三、各区电力公司配电自动化系统(一)东京电力公司图中为日本国内第一个
14、配电自动化系统工程。日本九个供电公司由于历史和自然的因素，他们在提高配电网可靠性方面的侧重点也不一样。日本九州电力与东京电力公司都基本实现了中压馈线的自动化。东京区内人口密度大，自然环境相对稳定，东京电力公司因此强调设备的预防维护，在配电网建设中主要着眼于以设备安全性和可靠性的投入提高供电质量。九州电力的配电网主要以架空线为主，地下电缆只占不到4%比例，并且由于地处日本最南端，自然灾害导致的线路故障再所难免，因此应该在事故后的故障处理和供电恢复上花工夫，推广了配电自动化技术。(二)九州电力公司九州电力公司在1950年代开始配电自动化建设。1970年代完成了全部约500处变电站远方信息的收集。1
15、994年实现了对全部开关的远方控制。到2000年为止共完成77个供电营业所计算机自动化控制系统的改造，并在2002年完成全部电力公司配电营业所计算机自动化控制系统的改造。九州电力公司从1985年开始在配电系统中引入计算机技术，此时配电网的停电时间是18分/年户，用户的停电次数也从1985年的0.32次/年户到1999年为止的统计数据显示，全公司配电网的停电时间保持在1分钟/年户2分分钟/年户水平。1995年以后的0.02次/年户0.03次/年户。SNW和三分段四连接的网络接线方式在日本已经推广普及，他们小容量、多布点、短距离的配电模式，比较适合部分经济发达地区对供电系统的需求，可以为我们今后配
16、电网的规划和建设做一些参考和借鉴。韩国配电自动化发展韩国从1987年开始配电自动化问题的研究，最初曾考虑委托国外咨询公司，但发现咨询顾问的思路不符合韩国实际情况，并且咨询费用很高，后决定由韩国电力公司研究院牵头，联合当地有关企业自己干，直到1993年才确定基本技术方案。韩国配电自动化发展历程1994年配网自动化系统首次在汉城的江东供电局投入试运行，通讯为双纹线，1200bps，涉及125个负荷开关。1997年2000年，发展了大规模配网自动化系统，采用双服务器系统，通讯为移动通讯和光纤，速率9600bps。2000年2002年开发了部分配网自动化系统高级应用程序、地调SCADA和配网自动化系统
17、的接口、新配电信息系统和配网自动化系统的接口。从1998年2001年，有174个供电局实施小规模配电自动化系统，2000年2001年建立了3个大型配网自动化系统，2002年正在建设9个大型配网自动化系统。2003年在除汉城外的其他7个大城市建立大型配网自动化系统。其中2000年已经完成了2套，2002年完成9套，截止至2003年，配网自动化系统覆盖整个汉城。据介绍，目前整个韩国各个地区均实现了配网自动化系统，18000台分段开关、联络开关和环网柜等设备实现了配网自动化，占全部开关设备的22.5%。韩国配电自动化模式韩国配电自动化系统的建设初衷是提高供电可靠性，但建设后意外地发现配电自动化系统建
18、设带来的最大收益并非是减少停电时间获得的经济收益，而是通过推迟配网投资和降低网损、扩大供电范围的方式得到的巨大收益，尽管通过提高供电可靠性带来的形象改善也带来一定的附加效益，但韩国的配电自动化系统自此走上了可靠性和经济效益并重的建设模式。整体上，韩国馈线自动化主要采用两种方法、三种模式。对于人口集中的大城市供电网络，主要采用大规模DAS和单服务器型大规模DAS相结合的配网模式，对于人口少的农村地区，采用小规模DAS。小规模DAS主站采用单PC机，主要用于200台受控开关以下配电系统的小城市和农村地区;大规模DAS主站采用server/client结构，双冗余服务器，MS SQL Server2
19、000数据库，通讯规约采用DNP3.0，地理信息系统为自己研制的MFC系统。主要用于大城市。主要功能为配网系统监视控制(有线通讯2秒，无线通讯8秒)、故障自动判断/隔离/非故障段自动恢复供电(2分钟以内)、配电系统网损最小化等;单服务器型大规模DAS同大规模DAS类似.只是采用了单台服务器，在今后需要时可非常容易地升级为双冗余服务器系统。韩国配电网比较注配电自动化的通信建设。近年来，韩国的通信技术飞速发展，开发和制造配电自动化系统正好利用这一有利趋势，利用以无线电和光缆为媒体的PCS系统，增强现有通讯网络的通量和传输能力。韩国的通讯方式逐渐向光纤、CDMA和TRS方式集中，但由于电话线通讯方式
20、在农村地区采用太多，今后相当一段时间内难以全部更换。新加坡配电自动化发展新加坡配电网用电负荷已趋于饱和，电网发展较为成熟，供电可靠率达到99.9997%，达到世界供电可靠性先进之列。新加坡配电网规划的理念是“经济、可靠、及时、迎合需求”，规划方法强调电网运行与维护的简洁性、网络拓展的灵活性和网络可靠性、安全性、经济性的综合考虑。新加坡典型供电模式在城市各分区内，变电站每两回22kV馈线构成环网，形成花瓣结构，称之为梅花状供电模型。不同电源变电站的每两个环网中间又相互连接，组成花瓣式相切的形状。其网络接线实际上是由变电站间单联络和变电站内单联络组合而成。站间联络部分开环运行，站内联络部分闭环运行
21、，而两个环网之间的联络处为最重要的负荷所在。由一个变电站的一段母线引出的一条出线环接多个配电站后，再回到本站的另一条母线，由此构成一个“花瓣”。多条出线便构成多个“花瓣”，多个“花瓣”构成以变电站为中心的一朵“花”。每个变电站就是一朵“梅花”，原则上不跨区供电，通过“花瓣”相切的方式满足故障时的负荷转供，构成多朵“梅花”供电的城市整体网架，显示了良好的可扩展性。新加坡大型配电网系统新加坡在20世纪80年代中期投运大型配电网的SCADA系统，在90年代加以发展和完善，其规模最初覆盖其22kV配电网的1330个配电所，目前已将网络管理功能扩展到6.6kV配电网，大约4000个配电站。主站年度平均可
22、用率为99.985%。为了使故障恢复时间最小化，并有效地利用设施节省工程领域的劳动，新加坡电力公司将配电自动化系统发展到旗下的所有22个分公司。为了应对配电网所面临的新环境，例如分布式电源的大规模接入及设备对电能质量和用电可靠性要求的不断提高，新加坡发展了高级配电自动化系统(Advanced DAS)。ADAS已经在新加坡的一些地区正式投入使用。通过利用ADAS掌握的配电网进行精确运行情况，新加坡电力公司正在着眼发展配电设施的高级应用及电力供应的可靠性管理技术。为了满足对电能质量更高的要求及缓解大范围分布式电源对大电网的冲击，新加坡电力公司发展了支持实时监测配电线数据的ADAS系统以对电能质量
23、进行管理，这种实时监测功能利用IT技术实现。在ADAS内，装备了大量带有内置传感器的开关，这些开关被用来监视并测量配电网的零序电压和零序电流。同时，带有TCP/IP接口的RTU可以对测量的数据进行计算并通过光纤网络把数据传输回中心控制系统，这些高级RTU功能的实现也完善了ADAS的整体系统结构。ADAS通过RTU实现的高级功能主要分两类：电能质量监测和故障现象预警。总结总体来看，国外的配电自动化发展主要有以下优势：首先，国外的电网建设比较完善，由美国提出配电自动化这一术语，发达国家就展开了配电自动化系统建设的探讨。在电网建设中，把配电网建设的地位放到了电网建设中的重要环节。其次，美国、英国、德
24、国、法国、日本、新加坡等发达国家的经济水平高、技术水平先进，对于通信技术及检测技术中的一次设备进行积极的研制及开发，不断更新配电自动化的新技术、新水平。使配电自动化技术一直满足于对配电自动化系统的建设情况。最后，在建设配电自动化系统中遵循国情的原则。国外的配电自动化系统在建设理念、发展进程和建设模式上由于各国国情的不同而存在差异。美、英、法、日、新加坡等国家对于配网自动化建设的态度是非常积极的，目标也非常明确，就是在相对经济的情况下提高供电可靠性;其中德国电网由于本身供电可靠性已经较高，通过优化规划等手段带来的投资效益很小，因此对配电自动化持谨慎态度;韩国在推行配电自动化系统建设中，与其说是为了得到供电可靠性带来的综合效益，不如说是为了优化电网建设，减少电网建设的投资。因此，我国在健身日配电自动化系统上，必须根据本国的国情、地区之间的差异，针对性地进行配电自动化系统的建设。
