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1、配电自动化基本知识介绍,2009.02.03,一、配网自动化体系结构二、配网自动化主站系统介绍三、配网自动化终端设备介绍四、配网自动化最新动态,一、配网自动化体系结构,安徽电网配网自动化系统采用分层分布式体系结构，一般由配电主站、配电子站（可选）和配电终端组成，如图所示：,配网自动化系统层次结构,在系统三个层次之间通过通讯介质建立通讯联系，进行信息交换，实现对整个配电网的最优管理。系统采用以上分层的体系结构，具有以下特点：1、不同层面执行不同的功能 主站功能包括:中、低压配电网运行状态的监视控制、跨子站区域的故障处理、配电网络分析等功能。子站层完成配电SCADA数据的采集和转发。终端层完成信息
2、的采集、数据转发。2、不同层面相互协调 三层之间通过通讯介质进行信息交换，协调工作，形成一个有机的整体，共同完成配电自动化任务。,配电自动化系统典型网络结构图,1、主站主站系统安装在供电公司专用机房，由一系列工作站、微机、数据库服务器、前置服务器、网络设备及其它服务设备等组成，主要负责采集并存储现场终端设备的实时数据，提供图形化用户界面供调度值班人员对城市配电网进行实时监控、管理及日常维护，提供与其他系统（调度SCADA、负控系统等）的接口。,2、终端层 该层主要包括安装在开闭所内的DTU，安装在线路环网柜、柱上开关处的馈线监测终端FTU，安装在箱式变、杆上变等配电变压器处的配变监测终端TTU
3、，它们负责采集柱上开关、负荷开关、配电变压器等配电设备的运行信息并转发至主站，接收主站的远方控制命令，实现对配电设备的远方监控。,3、通讯网络 通讯网络提供现场终端设备与主站系统之间的通信通道，一般采用光纤、230MHZ无线电台、GPRS/CDMA等混和通讯方式：对通讯实时性、可靠性要求较高的配电设备一般采用光纤通讯方式，如：FTU/DTU等对通讯实时性、可靠性要求不高的配电设备一般采用GPRS/CDMA等无线通讯方式，如：TTU终端,二、配网自动化主站系统功能,配网自动化主站系统功能分为配电运行自动化功能和配电管理自动化功能两大部分：1、配电运行自动化功能（1）数据采集与监控功能 简称配电S
4、CADA功能，调度人员通过该功能，对城市配电网运行状况进行监视、控制、协调，该功能是配电自动化系统的基本功能。,（2）馈线自动化功能 简称FA功能，以配电SCADA功能为基础，实现对中、低压配电网故障自动定位、隔离及非故障区域的供电恢复。（3）负荷管理功能 简称LM功能，主要在SCADA功能基础上完成负荷管理功能。（4）自动化抄表功能 简称AMR系统，主要完成远方抄表及计费管理功能。,注：目前在大部分供电公司内，负荷管理功能和自动抄表功能均有独立的负荷管理系统、集抄系统完成。,2、配电网管理自动化功能（1）用电管理功能 对名称、地址、联系人、电话、帐号、交费等用户基本信息及用电性质、用电量、停
5、电次数、电压水平等用电信息进行计算机管理，在此基础上完成用电申请、业扩、故障保修等用电管理。,（2）停电管理功能 完成用户电话投诉处理、故障定位、事故抢修调度等故障管理及计划停电管理功能。（3）操作票管理功能（4）设备管理功能,配电自动化系统功能结构图,配电自动化功能,配电运行自动化功能,配电管理自动化功能,配电SCADA功能,馈线自动化功能,负荷管理功能,自动抄表功能,用电管理功能,停电管理功能,设备管理功能,操作票管理功能,注：按照安徽省电力公司配电自动化系统“十一.五”规划要求，配网自动化系统建设本期主要实现配电SCADA功能，在条件成熟地区试点推行馈线自动化功能。,三、配电SCADA功
6、能,1、运行数据的采集和处理 系统前置机通过通讯网络访问现场终端，读取终端采集的数据。采集的数据有三种：A.遥测量:包括有功功率、无功功率、三相电流、电压、功率因数等。B.遥信量：包括断路器、隔离刀闸状态，保护及报警装置的动作状态等C.电度量,通过各种灵活的调用设置，将这些数据与人机会话软件所生成的各种画面相结合，可以方便的在屏幕上以单线图、列表、曲线等画面形式显示出来，便于值班员掌握配电系统的实时运行状况。可以结合其他高级应用最大化地排除配变的安全隐患和缺陷，提高了配电部门的工作效率。,列表形式显示,曲线形式显示,单线图形式显示,2、分析统计功能2.1 负载率统计功能系统可以显示各配变的瞬时
7、总有功功率、瞬时总无功功率、总功率因数，并于配变额定容量进行对比，计算出配变负载率。并分轻载、经济运行、重载、过载四个区间段显示，可以很容易的了解各区间段配变数量、名称，便于负荷调整。,负载率信息表,系统可通过负载率报表统计各配变总的运行时间及四个区间段的运行时间，可统计经济运行率、轻载率、重载率，为负荷调整提供依据。,2.2 不平衡率统计系统可以显示各终端的三相电流值并计算电流不平衡率，将其分为轻度、中度、重度不平衡三类在实时列表中显示，有利于配电管理人员及时掌握负荷状况，为负荷调整提供依据。,电流不平衡率信息表,3、数据补招功能由于终端通信采用GPRS方式，公共通讯网通讯时有终端中断，为了
8、保证数据的完整性，主站每天自动监测历史数据库，针对数据库中的缺失点数据进行自动补招。补招可自动进行，也可手动进行。,历史数据手动补招,4、运行监视与事件处理功能运行人员通过人机界面监视采集到的电网数据，对状态变化、遥测量越限信息进行处理。在正常运行情况下，调度员界面显示配电网接线图，变电站一次接线图、单线图，断路器状态等实时信息，供运行人员掌握配电网运行状态当系统中某一特定事件出现时，系统可进行告警并进行相应的记录。告警分为电压越限报警、功率因数越限报警、开关变位报警、事故报警和工况报警。告警方式可设定为声光、语音、推图等，告警记录可方便查询。告警显示在专门开辟的告警窗内，并可由操作员登录确认
9、，确认方式包括：仅清除事故告警音响；仅确认事故告警；确认事故告警并清除告警音响。,越限告警界面,5、历史数据的存储和查询系统配置专用的商业数据库，用于历史数据的存储：可记录、保存遥测数据，并以选定的时间间隔进行存储。可记录、保存遥测越限、状态变化、事故告警等信息。可记录、保存电压合格率、不平衡率、负载率等统计信息。所有存储的数据可以以图形、列表、报表等形式供调度运行人员调用，还可以定时或召唤形式进行打印。当历史数据库中的数据量超过系统容量的一定比列（如80）时，系统自动发出报警信息，提示用户将历史数据进行备份。,6、报表功能系统提供交互式界面定义报表和数据格式，可以根据用户需要定制电压合格率报
10、表、电量报表、负载率报表等各种形式的报表。报表可以一次定义、自动生成，并可利用网络打印机进行打印。,电量日报表,电压合格率报表,7、WEB发布功能为了实现配网数据在供电公司各个部门间的数据共享，配网自动化主站系统通过专用的隔离设备与WEB服务器连接，在WEB服务器上生成镜像数据库，经授权的计算机可以通过公司MIS系统实现WEB访问，可以进行查询、统计、报表等功能。,WEB发布主界面,8、接口功能8.1 与调度SCADA系统接口：主站系统和调度SCADA系统存在数据接口，通过接口接收调度SCADA转发的10KV出口开关相关信息，可以实时监测变电站出线开关的数据。在处理配变和线路故障时，可以作为事
11、故分析的参考数据，从而使事故分析更加透彻和明了。,调度SCADA系统转发数据界面,8.2与配电GIS系统的接口 城市配电网络分布广、接线繁杂、交叉跨越多，设备分散、变动频繁，传统的图形、资料的管理方式基本靠经验工作，不能满足现场的需要。借助GIS系统强大的图形、设备管理功能，将配网自动化数据实时地在GIS图形上进行显示，可方便的解决生产和管理中存在的难题，更好的指导配电调度人员进行故障的定位。,8.3 与地区电能量系统的接口 线损是配电管理中的一项重要指标，配网自动化系统为了统计10KV馈线的线损信息，需要和地区电能量系统实现接口，获得10KV出线开关的电量信息。8.4 与负控系统的接口 系统
12、为了保证数据的完整性，需要和负控系统实现接口，采集专用变数据。,四、主站系统配置,对 SCADA主站系统性能有安全、可靠、开放、实用四个方面的要求。主站系统在与其他信息系统有连接时，应确保系统本身运行不受外部系统的影响。要采取必要的隔离措施，如安装物理隔离层防火墙等，以阻止外部非法用户的访问；系统内部还必须有软硬件结合的权限管理和相应的规章制度，防止内部职员的错误干扰。,1、硬件系统,SCADA系统主站通常采用客户机/服务器（C/S）结构，典型结构如图所示。服务器用以保存与管理各种共享的 SCADA实时数据、历史数据（负荷曲线、开关动作记录等）、设备属性数据（编号、额定值等）以及电网接线关系数
13、据等。其他计算机称为用户端，通过高速局域网访问服务器读取或者保存各种数据，完成独立的系统功能，如前置机、调度员工作站、管理员工作站、WEB服务器等。系统中所有计算机通过高速以太（Ethernet）网连接一起，可采用互为备用的双以太网，以提高系统可靠性。,主站系统典型结构图,1.1 SCADA服务器（兼数据库服务器）SCADA服务器采用两台服务器组成，互为热备用。作为系统数据处理的中枢，负责存储、接收和处理实时配网数据，管理各种历史数据、登录信息、用户信息、设备信息等。SCADA服务器装有商用数据库管理系统，定时从实时数据库中采集实时数据，供其它工作站调用，方便用户使用。它利用商用数据库优秀的管
14、理性能，实现对配电网数据信息进行统一管理。,1.2、配变前置服务器配变前置服务器，用于处理通过公共通信网建立与大量配变监测终端的GPRS/CDMA连接，获取配变监测数据，然后转发给SCADA系统。1.3、WEB服务器WEB服务器由一台服务器组成，装有WEB服务端软件，统一对外支持WEB访问。WEB服务器兼作网关，分别与主网两网段及MIS网相连，实现同MIS及与MIS相连的系统接口，以便实现数据的共享。,1.4 配电调度工作站配电调度工作站由二台工作站组成，安装操作系统及配网SCADA软件，可配置双显示器。用于对整个城区配电网的调度和故障管理。正常情况下，实时显示配电环网的信息，了解网络的运行状
15、况。1.5 工程师工作站工程师维护工作由一台工作站组成，安装配网维护软件。用于实现对整个自动化系统运行状况的维护（包括远程诊断）和数据库的管理，图表绘制和新应用程序的开发等。,1.6 PC报表工作站采用高档的PC机，用于对整个配电自动化系统的数据库进行维护和管理以及报表生成。1.7 通信服务器采用一台PC服务器，安装Windows操作系统，承担与其它系统的互连。,1.8 硬件防火墙硬件防火墙采用双进双出的配置，用于与地区调度SCADA系统连接，获取变电站10KV出线实时数据；用于主网与配变前置服务器连接，保证主网的安全性；用于配变前置服务器与公用通信网之间的连接，双层保证主网的安全性；用于通信
16、服务器与其他系统接口的连接。,1.9 主干交换机配置两台24口 10/100/1000M网络交换机，提供主站系统双网运行环境，提高网络可靠性。1.10 子网交换机配置四台24口10/100M网络交换机，两台用于前置网，一台用于WEB网，一台用于配变前置采集网。1.11 标准机柜配置3面标准机柜，用于主服务器及前置服务器、WEB服务器等设备的上柜。,1.12 网络安全隔离装置采用网络安全隔离装置（1个10/100M口,正向）作为WEB数据服务器与主站系统之间连接的物理隔离装置。1.13 输出设备配置网络彩色激光打印机1台，用于打印图形、报表。1.14 GPS时钟配置GPS卫星接收时钟，用于接收全
17、球性定位系统发送的时间。GPS为系统提供标准时间，校准系统内所有服务器和工作站的时钟。,1.15 共享显示器配置8口 KVM 共享设备两台，包括17寸显示器、键盘、鼠标，用于服务器及前置机的共享显示。1.16 其他设备配置一台56KMODEM，用于系统远程维护拨号。配置网络附件一套，用于组网。,2、软件系统,配网自动化主站软件系统按其功能可分为三大类：系统软件、软件支撑平台和应用软件，具体结构如图：,2.1 系统软件系统软件主要指计算机的操作系统，是整个软件系统的基础。常用的系统软件有windows、unix和linux操作系统。在工程实用中，考虑系统的可靠性与使用的方便性，一般选择unix/
18、windows混和操作系统。对可靠性要求高的服务器选用 UNIX操作系统，而用户工作站选用通用的、易于掌握的 Windows操作系统。,2.2 系统支撑平台又称支撑软件或支撑环境，在操作系统基础上构建，为具体应用软件提供数据存储、处理、显示、制表以及网络通信、数据交换、系统管理服务。支撑平台介于操作系统与应用软件之间，直接决定了系统是否具有良好的开放性及扩展能力。常用的系统支撑平台包括：数据库管理系统、网络管理系统、图形管理系统、报表管理系统、安全管理系统等部分。,2.3 应用软件应用软件是在操作系统、支撑平台基础上开发的，实现配电自动化应用功能的软件程序，包括基本应用软件及高级应用软件两部分
19、。1）基本应用软件指的是完成数据采集与监控（SCADA）应用软件，完成数据采集、报警事件处理、数据统计、事故追忆等功能。2）高级应用软件高级应用软件指的是在 SCADA平台上运行的完成高级配电自动化应用功能的软件，如馈线自动化、网络拓扑、状态估计、潮流分析、负荷预测、调度员培训仿真（DTS）等。,五、终端设备介绍,5.1 配变监测终端TTUTTU主要安装在配电变压器低压册，采集配电变压器低压册电流、电压，并计算有功、无功功率、功率因数、电量等统计数据，实现对配电变压器运行状况的监视，其工作原理如图：,TTU原理图,液晶显示,主控芯片,电能芯片,三相电压电流输入,无线模块,电源,开关量输入输出部
20、分,存储，时钟等功能电路,扩展串口,目前常用的配变监测终端有3种：A.TTU终端：该终端提供电流、电压接线端子，直接采集配变低压册的电流、电压，通过终端自身程序判断，达到上述功能。B.TQU终端：该终端比TTU增加了无功补偿功能，其他功能相同。C.GPRS采集终端：对于配变低压册已经安装了电度表的配电变压器，除安装上述两种终端外，还可以考虑安装GPRS采集终端。该终端通过电表的RS485/232通讯口读取电表信息，然后通过GPRS方式转发至主站。,TTU功能,1、监测功能交流模拟量：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率及功率因素等2、计量统计功能记录每天各相电压、电流、零序电流、有功、无功的
21、最高、最低值及其出现时间；自动累计每天电压上、下限越限时间，计算电压合格率；累计配变每小时的有功电量、无功电量。数据保存1个月，并随时可查某日电量。分时计量，时间设定以天为周期，一天分为尖、峰、平、谷、低谷五个时段，时段可以自行设定，当月可随时查阅某一时间电量；保存15分钟负荷数据。包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数。数据保存1个月，并随时可查某日数据,1.3 告警功能：具有过压、过流、欠压、过负荷、低功率因数、三相不平衡度告警功能。告警限值、告警次数可以由用户设定。1.4 通信功能支持GPRS/CDMA网络数据通讯，可实现远程抄表及其他远程实时通信；提供IEC60870-1
22、04规约；提供RS232/485、红外数据接口，在GPRS/CDMA不能正常通讯的情况下，可以通过PDA读取其中数据；1.5 管理功能接收主站的系统对时，使各配变终端的时钟保持一致；装置具有远方/就地参数设置功能；1.6无功补偿功能（通过串口扩展）采用优化投切策略，有效防止投切振荡。投切方式采用循环投切或编码投切。物理量可取无功功率或功率因数。,TTU技术参数,1 环境参数工作温度：-4080oC工作湿度：595%2 电气参数电源：220V20%(AC)频率：50Hz功耗：15WCT输入：5APT输入：220V3 技术指标电流测量精度：0.2级电压测量精度：0.5级电量测量精度：1级,5.2
23、开闭所终端DTU安装在配电网馈线回路的开闭所处，具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测等功能。A.对于已经实现综合自动化的开闭所（相当于开关站），可 以直接通过总控装置或通过与调度SCADA系统接口采集该开闭所的信息。B.对于馈线已经安装了保护装置，没有实现综合自动化的开闭所，可以考虑安装该DTU装置，馈线的保护功能依靠已经安装的保护装置来实现，该装置负责遥测、遥信采集信息的上传及遥控命令的执行。C.对于既没有实现综合自动化，又没有安装保护装置的开闭所，可以利用该终端采集开闭所内各馈线的遥测、遥信信息并转发至主站，接收主站下发的遥控命令，并利用该装置简单的保护功能实现对各馈线的保护。,DTU外观图
24、,DTU背面端子图,DTU主要功能,遥测功能 可同时采集十二回线共64路输入模拟量（三相电压、电流，零序电压、电流），并计算出有功功率、无功功率、总功率、功率因数、母线频率等参数。遥信功能提供有72路无源开关量接入点，能实时监测开关量变化，并生成SOE记录及时上报主站。遥控输出功能提供28路遥控输出，输出为无源节点，可以对12回线的操作机构进行控制。参数设置能够远程、就地设置终端参数。远程通讯功能 配有标准RS232通信接口，远距离通信利用GPRS、光纤和主站连接，终端通信方式灵活，功能强大，能够通过无线通道升级终端程序。密码保护功能 参数操作要求设置密码。,5.3 馈线监测终端FTU安装在配
25、电网馈线回路的柱上开关等处，与柱上开关、环网柜配套使用。该终端采集并上传线路设备的实时运行参数，接收并执行主站下发的遥控命令。该终端能监测并上传故障信息，这也是实现馈线自动化的基础。,FTU功能,由于被监控的设备不同、应用要求不同，FTU功能的要求也不尽相同，实际工程中，要根据具体应用情况，对这些功能进行取舍。1.“三遥”功能 FTU首先应具有常规 的遥测、遥信、遥控功能。除采集正常负荷状态下的电压、电流、有功、无功外，还要能够测量零序、负序电压及电流等这些反映系统不平衡程度的电气量。,2.故障检测为配合 主站完成馈线自动化及故障管理功能，FTU要能够检测故障，上传故障信息，FTU监测的故障信
26、息一般包括故障电流、电压，故障发生时间及历时时间等信息。对于单纯从线路故障定位的角度考虑，FTU只需记录有无故障电流通过即可，不要求精确测量故障电流等数据。,.电能质量监测现在人们对电能质量愈来愈关心，电能质量监测也是配电自动化系统的一个重要功能。在一些场合，要求 FTU具备电能质量监测功能，采集记录供电电压中的谐波、电压骤降等参数。5.数据转发配网自动化系统一般采用主干通道与小区内分支通信网相结合的结构，位于主干节点上的FTU需要转发附近其他现场智能装置的数据，因此，主干通道节点上的 FTU要具备数据转发功能。6.配置与维护 FTU数量众多，分散安装在户外环网柜与柱上开关上，设计时要考虑维护
27、及管理的方便性。现代 FTU采用标准化、平台化设置，可通过控制方式字及定值配置功能，适应不同的运行方式，例如根据交流信号输入接线方式设定信号计算方法、整定故障检测定值等。主站可通过通信网络下载配置方式字与定值；也可以使用便携 PC机，通过 FTU的维护通信口，在不影响装置与主站通信的情况下，就地在线检查、修改配置与整定值。此外，通过维护口，甚至可以下载应用程序模块，增加新的功能。,对FTU结构及性能的要求,为适应户外柱上开关及环网柜安装及运行环境的需要，对 FTU结构与性能有以下特殊要求：1)能适应较恶劣的运行环境，能在-40+85温度变化范围里正常工作。要具有良好的防潮、防雨、防腐蚀措施。它
28、装在电力线柱上或组合式配电柜内，要承受高电压、大电流、雷电等干扰，要有很高的抗干扰能力。2）FTU一般是安装在电力线柱上或组合配电柜内，安装空间有限，因此，体积要做的尽量小，以便于安装。3）FTU一般由电压互感器（TV）及蓄电池组供电，而 TV与蓄电池组容量有限，因此，FTU功耗要尽量小。,FTU结构,FTU构成框图如图 所示，安装在由耐腐蚀材料（如不锈钢）制成的防雨、防潮、防尘的机箱内，包括中心监控单元、开关操作控制回路、通信终端、蓄电池以及充电器等几部分构成。,FTU结构,中心监控单元是装置的核心单元，完成数据采集、遥控命令的执行以及通信处理等任务。FTU一般采用交流采样技术，使用数字信号
29、处理芯片 DSP，根据电压、电流采样值计算各种电气量，进行故障检测与记录；通过通信终端机与光纤、有线、无线等通信网接口，与上级主站交换数据。FTU一般采用免维护充电蓄电池提供不间断电源。电网有电时，电压互感器或传感器二次侧输出电压通过直流单元供电并对蓄电池进行浮充电，电网停电时由蓄电池供电，可持续 8小时以上。,六、配网新动态20KV配电网,目前我国的中压配电网电压等级基本上为10kV以下的电压等级，包括3 kV级、6.6 kV级和10 kV级，但随着经济的发展，生产、生活电气化程度的提高，地区负荷密度也随之上升，现在的配电网已经逐渐不能满足安全、稳定、经济的用电要求，为了满足不断增加的负荷，
30、电力系统的电压也在不断地提高，这已经成为电力工业发展的规律。世界上一些国家的经验：城市用电增大后，由于原有配电电压等级不经济等原因，而采用对原有配电网进行升压改造。20 kV电压等级在国际上出现其目的是为了提高一次配电电压，它的作用是取代10 kV，直接向380V供电；同时取消35 kV，直接从110 kV取得电源，从而形成110/20/0.38 kV的供电体系。,20KV配电网的优势,增强供电能力20kV电压等级与10 kV电压等级相比，在同等导线截面积及电流密度的条件下，在输送相同电功率时，20kV有效供电半径可增加近1倍。如果供电半径不变，采用相同截面的导线，其输送功率可增加1倍。降低电
31、网损耗在传送相同距离和相同功率电能的前提下，20kV电压等级的线路电流为10 kV的50，则线路的电能损耗为原先的25。近几年我国电网的线损率呈逐年上升趋势，据有关部门分析，线损升高主要是10 kV及以下配电网络的线损的增加。降低建设费用采用20 kV电压等级，可以减少变电站配电出线回路数的一半，对负荷密集地区可以避免由于出线过多带来的通道路径困难等问题。在额定电流与短路电流分别相同的情况下，采用20 kV比10 kV可扩大变电站容量1倍，在同一地区可使设置降压变电站的数量减少一半。,20KV配电网有利方面,1、提高供电能力2、扩大供电半径3、减少75线损4、总体建设投资和运行费用减少105、
32、电压损失减少50，提高供电质量6、少建变电站，少占用地,宜采用20KV配电的地区,1、负荷密度大的新建城区（如：工业园区，新建小区）2、供电半径较大的地区目前合肥选取滨湖新区作为20KV配电网建设的试点地区,20KV配电网推行时应注意的地方,1、20kV电压等级电气设备和装置的生产条件和能力，且已有产品供应，一些外资厂家或中外合资厂家也引进了20kV电压等级的电气设备和配电装置，但这些设备的技术条件、绝缘配合、测试标准等均引用国外产品标准，还没有适应我国具体条件的相关标准。2、应用20kV电压等级中压配电网的一些技术政策问题，在推广应用20kV电压等级的过程中，无论是新建20kV中压配电网或在10kV配电网基础上改造，一些基础性的技术政策应认真对待，如：中性点运行方式，变压器绕组接线方式3、设备的绝缘水平4、架空线路的对地距离、线间距离5、10KV，20KV配电网并存地区的线路联络问题6、现有10KV配电网的升压改造问题,
