構(gòu)筑配電自動化系統(tǒng)的三種基本模式

構(gòu)筑配電自動化系統(tǒng)的三種基本模式陳勇海濤稻葉正明（1.珠海許繼電氣有限公司廣東省珠海市5190702.TheUtilityPowerSystemsEngineeringDept.ofTOSHIBACorporation）THREEBASICMODESFORCONSTRUCTINGDISTRIBUTIONAUTOMATIONSYSTEMCHENYong,HAITao,MASAAKIInaba（1.ZhuhaiXJElectricCorp.Ltd,Zhuhai519070,GuangdongProvince,China;2.TheUtilityPowerSystemsEngineeringDept.ofTOSHIBACorp.,Japan）摘要闡述了目前配電自動化系統(tǒng)方案的構(gòu)筑中，戶外設(shè)備RTU、變電站和主配調(diào)站內(nèi)SCADA之間通過3種聯(lián)系方式構(gòu)造的3種基本模式，并對比分析了這3種模式可為目前電力部門規(guī)劃配電自動化方案提供參考。文中還介紹了設(shè)備應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞配電自動化系統(tǒng)；配電自動化基本模式；變電站；終端設(shè)備；數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控前言配電網(wǎng)自動化作為一項綜合性的電力系統(tǒng)工程，涉及到城市建設(shè)、電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)備選型等多方面的問題。配電自動化的發(fā)展是以立足各國國情、提高電力供給的可靠性、滿足廣大電力用戶的需求為前題，并以保證供電質(zhì)量、優(yōu)化電網(wǎng)運行管理、減少用戶停電時間、作好系統(tǒng)監(jiān)控和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度、加強(qiáng)計劃用電和負(fù)荷控制等有效的經(jīng)濟(jì)的利用電能為目標(biāo)［1，］因此對配電網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)當(dāng)充分考慮適合于當(dāng)?shù)厍闆r的建設(shè)方案，尤其是如何經(jīng)濟(jì)、有效地實現(xiàn)對配電網(wǎng)的計算機(jī)管理，以期達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。這樣，合理實施配電自動化系統(tǒng)便成為一個很重要的問題。本文重點探討系統(tǒng)方案實施中首先要面臨的管理層次問題，也就是目前在配電自動化系統(tǒng)方案的構(gòu)筑中，將配電自動化系統(tǒng)的3個基本層（配電終端設(shè)備層、配電子站層和配電主站計算機(jī)管理層）之間通過3種聯(lián)系方式實施管理的基本模式［2。］配電自動化系統(tǒng)的3個基本層圖1給出了配電自動化3個基本層的聯(lián)系框圖，以及通過配電自動化計算機(jī)控制系統(tǒng)與用電管理系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)交換信息，實現(xiàn)共享，完成計算機(jī)全面管理的系統(tǒng)自動化聯(lián)系圖。圖1配電自動化系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)和與其他系統(tǒng)聯(lián)系Fig.1ConfigurationofDAandRelationsamongothersystems配電終端設(shè)備層的設(shè)備主要是指配電網(wǎng)的一次設(shè)備、操作機(jī)構(gòu)及控制終端和電源，它是整個配電自動化系統(tǒng)的線路執(zhí)行部分，對配電網(wǎng)的可靠、安全運行起著關(guān)鍵的作用。它作為電網(wǎng)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，必須能夠完成對故障隔離并通知系統(tǒng)，以此完成配電自動化的基本功能。配電子站層連接著配電終端設(shè)備層和配電主系統(tǒng)層，實現(xiàn)局域配電網(wǎng)的計算機(jī)管理，并將信號上傳下達(dá)，實現(xiàn)配電終端設(shè)備信息中間管理。配電自動化計算機(jī)系統(tǒng)層則通過站內(nèi)前置設(shè)備主控臺TCM收發(fā)配電終端設(shè)備、配電子站和配電主系統(tǒng)的往來信息，通過計算機(jī)系統(tǒng)處理整個配電網(wǎng)的綜合信息。3配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的3種模式圖1給出了配電自動化系統(tǒng)基本設(shè)備和主站管理的常規(guī)聯(lián)系方式。在配電自動化系統(tǒng)的實際實施過程中，這3個基本層的聯(lián)系可以通過3種基本模式來實現(xiàn)。模式1：通過將戶外設(shè)備層的信號送入變電站層管理，再將變電站層信號送入主配調(diào)站層的分層管理模式；模式2：通過將戶外設(shè)備層信號和變電站層內(nèi)信號分別送入主站系統(tǒng)層的相對集中管理模式；模式3：通過將戶外設(shè)備信號層送入主站層的配電管理所，將變電站層信號送入調(diào)度管理所，再由調(diào)度管理所與主站層配電管理所之間交換信息的相對獨立管理模式。

3.1分層管理模式（模式1）圖2給出了模式1的基本構(gòu)成。圖中上行信號的傳送方式為，戶外桿上設(shè)備的信號通過RTU采集后送入變電站的遙控接收單元（TCR）作為信號的第一層管理，變電站內(nèi)的綜合管理信號在傳送到系統(tǒng)控制主控臺（TCM）作為信號的第二層管理，然后由工作站系統(tǒng)最終完成配電自動化系統(tǒng)的綜合處理。下行信號的管理方式與上述相反。模式1需要在TCM至TCR、TCR至RTU之間提供通信信道。EWS—工作站；LAN—局域網(wǎng)絡(luò)；TCM--遙控主控臺；TCR--遙控接收單元；RTU--遙控終端單元；S/S--變電站圖2分層管理模式（模式1）Fig.2Step-by-Stepmodes3．2集中管理模式（模式2）圖3給出了模式2的基本構(gòu)成方式。上行信號分別為配電終端設(shè)備（RTU）信號和配電子站（S/S）的信號各自通過自己的通信信道送入配電主站的系統(tǒng)主控臺（TCM），再送入工作站內(nèi)的配電自動化系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理。下行信號則反之。模式2需要在TCM到TCR、TCM至RTU之間提供通信信道。圖3集中管理模式（模式2）Fig.3Relativeconcentrationmodes3．3獨立管理模式（模式3）圖4給出了模式3的基本構(gòu)成方式。將配電終端設(shè)備（RTU）的信號直接送入配電主站的系統(tǒng)主控臺（TCM）,由配電自動化系統(tǒng)工作站處理；將配電子站（S/S）內(nèi)的信號送入調(diào)度自動化系統(tǒng)中的SCADA,聯(lián)系配電終端設(shè)備和配電子站的相關(guān)信息在調(diào)度自動化系統(tǒng)和配電自動化系統(tǒng)之間傳送。模式3需要在TCM與RTU之間建立通信信道，配電自動化系統(tǒng)通過另一通信信道與S/S的SCADA中交換基本數(shù)據(jù)。圖4獨立管理模式（模式3）Fig.4Relativeindependentmodes3．4三種模式的對比表1列出了上述3種模式對系統(tǒng)監(jiān)視對象、需要架設(shè)的通信信道、TCR接口、TCM接口支持和總體費用等方面的比較。表1三種模式的比較Tab.1Comparisonofthethreemodes分層管理模式（模式1）集中管理模式（模式2）獨立管理模式（模式3）監(jiān)視對象DAS通過TCR/RTU監(jiān)控DAS分別監(jiān)視S/S設(shè)備和分別具有S/S的SCADA系統(tǒng)PVSPVS和桿上設(shè)備的SCADA系統(tǒng)通信信道分另U在TCM至1」TCR、TCR需要將各饋線和子站S/S與需要將各饋線和子站S/S與主到RTU之間架通信信道主站TCM之間架通信信道，站TCM之間架通信信道，并比分層控制需要更多通信線在DAS與SCADA之間建立通信信道比分層控制需要更多通信線TCR設(shè)計需要具備2種I/O接口1種I/O接口1種I/O接口TCM設(shè)計支持1種規(guī)約支持2種規(guī)約支持1種規(guī)約費用較低中等較高應(yīng)用設(shè)備配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)備的主要差別在于配電終端設(shè)備的選擇上，不同終端設(shè)備需要與之相應(yīng)的接收設(shè)備來配合工作，此后在與計算機(jī)系統(tǒng)連接和處理上是具有共同性的。本文重點介紹采用以日本東芝公司技術(shù)配電自動化產(chǎn)品為代表的電壓型配電自動化設(shè)備及與之配合應(yīng)用的后續(xù)設(shè)備情況。4．1配電終端設(shè)備配電自動化的終端設(shè)備指應(yīng)用于架空線或應(yīng)用于地纜網(wǎng)的終端設(shè)備，包括重合器、自動配電開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等，與配電子站的通信主要靠與終端設(shè)備配合使用的RTU來實現(xiàn)。采用日本東芝公司技術(shù)配電自動化產(chǎn)品為代表的電壓型配電自動化終端設(shè)備由同桿架設(shè)的3個設(shè)備組成，即真空自動配電開關(guān)、控制器(FDR/RTU)和電源變壓器。一次主設(shè)備采用型號VSP5-15JSAT的真空自動配電開關(guān)。該產(chǎn)品由真空滅弧室滅弧、SF6氣體外絕緣，額定電流630A,額定短路關(guān)合電流為31.5/40kA,動熱穩(wěn)定電流12.5/16kA(2s),機(jī)械壽命10000次，開關(guān)內(nèi)帶隔離斷口、瓷套電纜出線，免維護(hù)設(shè)計，性能優(yōu)越，開關(guān)具有自動/手動功能，并提供配電自動化接口，是一種較理想的配電自動化開關(guān)。配電開關(guān)用控制器主要用于智能化故障判斷和隔離及通信。應(yīng)用于上述開關(guān)的控制器可分為故障搜查控制器(FDR)和一體型遙控終端單元(RTU)2種。故障搜查控制器(FDR)具有智能化的現(xiàn)場判斷故障區(qū)段并鎖扣的功能，由此實現(xiàn)故障區(qū)段的自動隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)，預(yù)留接口為通信作準(zhǔn)備，在另配通信RTU后，可以實現(xiàn)桿上設(shè)備與站內(nèi)的通信。一體型RTU是一種集成了智能化故障檢查功能和以通信線方式實現(xiàn)通信為一體的控制器，實現(xiàn)線路及桿上設(shè)備與子站的聯(lián)系，RTU設(shè)計傳送速度為1200bps,采用1：N通信方式。開關(guān)電源變壓器作為電壓型設(shè)備的一部分，為開關(guān)、控制器提供電源并為控制器提供檢測信號。由上述3個設(shè)備構(gòu)成戶外配電終端設(shè)備，通過控制器檢查電壓狀態(tài)和延時關(guān)合配合方式，可以判斷線路永久性故障發(fā)生的區(qū)域，并使故障的前后開關(guān)設(shè)備鎖扣，直至故障解除后令設(shè)備復(fù)位時，該區(qū)段才可以恢復(fù)供電，由此完成饋線自動化的基本功能。4．2配電子站設(shè)備配電子站的主要設(shè)備是用于接收傳送RTU采集信號的TCR,TCR的傳送速度為1200?9600b/s,采用HDLC-ABM1：1通信方式。針對上述3種模式，TCR采用的I/O接口及數(shù)量各不相同。對模式1,每個柜子提供8個通道，管理480個RTUs,I/0容量為64路控制,224路監(jiān)視,32路測量；對模式2和模式3,I/0容量為96路控制,256路監(jiān)視,48路測量。4．3主站設(shè)備主站設(shè)備的前置設(shè)備是遙控主控臺(TCM)。模式1,每個柜子管理32個通道的TCR(即管理15360臺RTU)；模式2,每個柜子管理32個通道，其中16個用于TCR、16個用于RTU,共管理16個TCR和960臺RTU；模式3：每個柜子管理32個通道，共管理32路RTU(即管理1960臺RTU)。將TCM的信號通過系統(tǒng)總線與EWS相連。EWS所需計算機(jī)硬