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县城配电自动化工程的设计

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/6/20 9:21:53   

 关键词:  设计 配电


文章标题:县城配电自动化工程的设计
摘要:介绍了一个县城配电网自动化工程的设计实例,重点对主站配置及功能、通信系统、馈线自动化的实现等进行分析,说明了设计思路及技术特点,对目前配电网自动化的建设有现实的参考价值。
关键词:配电自动化、通信系统、馈线自动化
1工程概况
  江陵配电自动化工程属农网改造项目,也是荆州电网配电自动化的试点。按“统一规划、分步实施”的原则进行设计,本期配网自动化系统基本囊括江陵县城区整个配电网,涉及2个变电站,户外开关监控13台,公用变压器16台。在配网线路架构已初步形成的基础上,以110kv郝穴变电站为主电源,35kv熊河变为备用电源,全网构成3条“手拉手”的线路。其一次网络接线见图1。网络布局结构简单明了,负荷分配合理。正常供电时,使网络保持最优运行状态;故障时,易于实现故障隔离、网络重构和负荷转带。
  工程具体内容包括:将全部开关更换为真空断路器;新建配网自动化主站系统、基于gis的配网管理系统各一套;构建通信系统、馈线自动化(fa)系统及相应ftu、ttu设备。
图1江陵配网系统一次接线图
2配电自动化系统总体设计
  本工程采用国电南自的ds3000配网自动化系统实现江陵配电自动化系统的相应功能。鉴于配网规模较小,终端设备不多,系统采用了二层体系结构:其总体结构如图2所示:
2.1配电自动化主站
  主站层是整个配电自动化监控和管理系统的核心,主站安装于江陵县调度室,主要负责采集、管理整个系统终端采集层(ftu/ttu)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。系统不设单独的配网子站,只在配网主站端设立独立的前置采集器,内置配网子站的通信及主控模块,兼顾前置处理和故障处理两大功能。
2.2配电终端设备层
  它们是整个系统的底层终端设备,它包括柱上开关监控单元(ftu)、配电变压器监控单元(ttu)等,负责各种现场信息的采集处理及监控功能。
图2配电自动化系统总体结构图
3主站配置及功能
  配电自动化主站是整个系统的最高层,负责对配网的监视和控制。系统采用一体化的设计思想,将scada/fa、am/fm/gis、pas等子系统有机的结合在一起。具有良好的开放性、安全性、可扩充性。
3.1主站配置
  主站配置如图3所示,主站采用了双网双服务器结构。
图3主站配置图
3.2主站基本功能
  数据服务器即scada主机,具备完备的scada功能,对配网所有设备实现四遥功能,采用windowsnt操作系统。所具有的主要功能是:数据采集和控制、数据库管理、画面编辑/显示、报警管理、报表/打印管理、权限管理、查询、计算等。
  gis即地理信息系统,其平台是mapinfo平台。主要功能是:运行管理、设备及维护检修管理、自动绘图、停电管理等。
  pas即配网高级应用软件,是在配电网数据采集和监视系统(scada)基础上实现对配电网的安全、经济运行分析、计算、管理和控制的软件包。pas具有以下功能模块:网络拓扑;状态估计;调度员潮流;负荷预测;静态安全分析;短路电流计算;电压/无功优化;外部网络等值;网络优化重构和在线仿真决策分析;故障的定位、隔离和恢复。
前置采集器用于与配电终端单元进行通信。远动信息的采集、传送以及控制命令的下发等均由它完成。
  主站可通过终端服务器方便灵活的与调度、mis或其他系统进行信息交换。

4通信系统
  在满足江陵城区的地理情况,并保证系统先进性的基础上,配网通信系统配置如下:
  主站:主站前置采集器dsm323a与ds3000配网主站通过网络交换机进行数据交换,建成主站前置采集网,通过以太网方式采用104规约进行通信。
  主站-ftu:主站前置采集器dsm323a与其管辖的ftu(dsl3251)组成的通信网采用以太网光纤通道,建成以太网自愈通信网。通过以太网方式采用104规约进行通信。
  主站-ttu:ttu(dst3261)与主站前置采集器dsm323a之间组成的通信网采用双绞线复用光纤通道,建成rs485复用光纤通信网,通过独立通道采用101规约进行通信。
4.1主站前置采集网
  通过网络交换机,实现主站与前置采集器dsm323a之间以太网方式通信。dsm323a通过网络交换机将采集到的ftu、ttu信息通过104规约上报ds3000主站,同时接受主站下发的控制命令。此方式优点:将子站功能放到主站实现,解决了主站与子站的通信问题,减少了子站的维护问题,同时实现了配网中间层功能。
4.2以太网自愈通信网
  本工程采用单模光纤将前置采集器与其所管辖的各ftu沿10kv馈线走廊并利用原有电杆连接起来,组成两个光纤以太网自愈环,如图4所示。以太自愈通信网是dsm323a前置采集器与其管辖的dsl3251(ftu)之间的通信桥梁,实现了两者之间的信息交互。具有以下通信特点:
  (1)通信自愈功能:前置采集器与其所管辖的配网终端(ftu)通过以太网双环网连接,当光纤环中不是两对光纤同时断线的情况下,都可实现通信自愈,通信不受影响。
  (2)实现了前置采集器与ftu之间的高速通信:前置采集器与配网终端之间采用10m以太网通信,提高了数据交互的实时性。
  (3)故障信息专用传输方式:ftu的故障信息之间的对等传输,采用光纤以太网装置组成的专用通道或以光纤以太网通信网络拓扑结构图:
图4通信网络拓扑结构图
4.3rs485复用光纤通信网
  rs485复用光纤通信网是dsm323a主站前置采集器与其管辖的dst3261(ttu)之间的通信桥梁,实现了两者之间的信息交互。如图5所示,具有以下通信特点:
  (1)低成本通信通道:鉴于ttu数据传输实时性要求不高,所以不需要铺设昂贵的光纤通道。采用低成本的屏蔽双绞线,建成rs485组网方式。
  (2)复用通道透明通信功能:由于ftu与主站前置采集器之间的信息交互实时性要求很高,以往的配网系统通过ftu转发ttu信息及大量计费信息,加重了ftu信道的负荷,影响了正常的fa功能,采用rs485复用通信网,主站前置采集器可以直接通过专用数据口(rs232)复用光纤信道直接抄录ttu信息及其他计费信息。采用这种透明通道传输的方式,解决了数据传输瓶颈问题,真正实现了计费系统复用配网系统的通信信道。
图5rs485复用光纤电信网结构示意
5fa方式
  馈线自动化fa是馈电线路的故障检测、定位、故障隔离及非故障线路的恢复供电。本工程采用的是ds3000系列的ds3220馈线自动化系统。
5.1馈线自动化原则
  本期fa采用以集中控制为主,分布式智能为后备的方案完成馈线自动化功能。
  (1)配电网故障处理自动化fa系统的故障检测、定位、隔离与恢复控制分为两个层次:
  由ftu进行故障检测,检测故障类型包括:相间短路,相间短路接地,三相短路等。
  配网主站负责配电故障定位、隔离及非故障区域恢复控制。
  (2)故障定位及隔离采用自动隔离方式进行;非故障区域恢复控制采用自动或人工手动方式进行,即:程序推出故障恢复的方案,并由调度员最终确定故障区域恢复方式。
故障诊断不区分瞬时故障与永久故障,做同一故障处理。故障隔离与恢复成功后,系统提示故障定位区,运行人员到定位区现场检查,判断故障性质及解决方案。
  (3)ftu及变电站保护配合原则:
  方案一:变电站10kv配置速断保护,并配置一次重合闸;当变电站保护动作,变电站10kv出线开关跳闸,ftu检测到故障,但不启动故障诊断;重合闸启动,若为瞬时故障,变电站保护重合成功,线路恢复供电;若为永久故障,变电站保护重合闸失败,配网系统启动故障诊断、隔离、恢复流程。此方案为备用方案之一。
  方案二:变电站10kv配置速断保护,并配置一次重合闸;当变电站保护动作,变电站10kv出线开关跳闸,接入变电站出线的第一个ftu检测到故障、线路失压后启动故障跳闸;重合闸启动,变电站保护重合成功(变电站出线至第一个ftu之间故障除外)。配网系统启动故障诊断、隔离、恢复流程。
  此方案为主推方案,能保证系统一次重合闸成功(变电站出线至第一个ftu之间故障除外),及故障的隔离和恢复控制。
  方案三:变电站10kv配置限时速断保护,并配置一次重合闸;ftu配置故障状态差动保护功能。
  此时,fa故障处理在理论上可能产生三种结果:
  (1)ftu通过对等通信,在变电站保护动作之前,实现故障隔离;并通过主站实现非故障恢复控制处理。
  (2)ftu通过对等通信,在变电站保护动作同时,也实现故障隔离;保证重合闸成功,并通过主站实现非故障恢复控制处理。
  (3)ftu通过对等通信,在变电站保护动作之后,但在重合闸之前实现故障隔离;保证重合闸成功,并通过主站实现非故障恢复控制处理。
  结果(1)是理想的结果,需要说明的是,采用本方案可以使故障停电范围最小,停电时间最短。只是需要更改变电站出口保护的定值,应现场测试对ftu等通信时间后,合理确定限时速断的定值及级差配合,保障系统的稳定。此方案目前为备用方案之一,取得运行经验后可作为主推方案。
5.2单相接地故障处理
  中性点不接地系统的单相接地故障是电力系统故障诊断的难点,目前,国内也没有行之有效的方法解决该问题。本工程中对于单相接地故障采用下述方式解决:
  1、ftu直接接入三相电流,采样出0序分量作为单相接地的判断标准,当0序分量超标,功率方向转向,作为单相接地故障诊断启动的必要条件之一;
  2、接入变电站的单相接地选线装置的告警信息,当选线装置信息传递到配网主站,作为单相接地故障诊断启动的首选条件,选线装置的信息由配网主站从县调主站获取;
  当1、2两个条件满足,单相接地故障程序启动,分析出单相接地故障点,提供给调度员故障处理措施为参考。
  单相接地故障诊断的准确性受制约因素很多,故障诊断的准确性不高。因此,可以配合使用拉合开关的排除法。

6结语
  江陵县城区配电自动化工程采用“自上而下”的整体设计方法、“自下而上”的实现方式,即整体规划,分布实施,使得系统按照系统工程的特点分期、分批逐步建设和完善。配网自动化系统的实施完成,将全面提高供电的可靠性,减少故障停电时间,提高运行管理水平。整个系统投资不大,但功能齐全,技术先进,将为配网自动化在电力系统的全面展开,提供有益的经验。◎


参考文献
1.陈堂赵祖康陈星莺,等.配电系统及其自动化技术.中国电力出版社.2003.1
2.袁钦成.配电自动化及管理系统的工程实践.2003年配电网自动化建设论坛论文集.2003.10

作者简介
李凌(1969-),男,湖北荆州人,高级工程师,武汉大学在职研究生,从事电力系统自动化方面的设计与管理工作。

来源:电气商情网
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