本文摘要：目前電纜線路一般由專業(yè)化部門管理，自動化系統(tǒng)的建設(shè)要為生產(chǎn)管理服務(wù)。在本篇自動化論文中的架空線路落地改造試驗項目中，采用在專業(yè)電纜運(yùn)行管理部門設(shè)立遠(yuǎn)程工作站的方式，使運(yùn)行人員及時掌握電纜運(yùn)行情況。在電纜化配網(wǎng)形成一定規(guī)模時，將電纜運(yùn)行管理
目前電纜線路一般由專業(yè)化部門管理，自動化系統(tǒng)的建設(shè)要為生產(chǎn)管理服務(wù)。在本篇自動化論文中的架空線路落地改造試驗項目中，采用在專業(yè)電纜運(yùn)行管理部門設(shè)立遠(yuǎn)程工作站的方式，使運(yùn)行人員及時掌握電纜運(yùn)行情況。在電纜化配網(wǎng)形成一定規(guī)模時，將電纜運(yùn)行管理部門的遠(yuǎn)程工作站升級成帶調(diào)度管理功能的集控站，以類似開閉所集控站的運(yùn)行方式，實施對環(huán)網(wǎng)柜出線的調(diào)度管理，提高電纜配網(wǎng)的運(yùn)行水平，確保安全。
《電力自動化設(shè)備》(月刊)創(chuàng)刊于1973年，是由中國華電集團(tuán)公司主管，南京電力自動化研究所有限公司、國電南京自動化股份有限公司主辦，國內(nèi)外公開發(fā)行的專業(yè)科技期刊，創(chuàng)刊以來一直堅持面向科研、面向制造、面向應(yīng)用的辦刊方向�！峨娏ψ詣踊O(shè)備》是第三屆國家期刊獎提名獎獲獎期刊，中國電力教育大學(xué)院(校)長聯(lián)席會信息指定發(fā)布期刊，中文核心期刊，中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD)收錄期刊，RCCSE權(quán)威期刊，中國科技核心期刊，美國工程索引(Ei)核心期刊，英國《科學(xué)文摘》(SA，INSPEC)收錄期刊，俄羅斯《文摘雜志》(AJ，VINITI)收錄期刊，美國《劍橋科學(xué)文摘》(CSA)收錄期刊。
一、配網(wǎng)現(xiàn)狀分析
某城區(qū)現(xiàn)有10kV架空配電線路數(shù)百條，配電變壓器過萬臺，柱上開關(guān)千余臺，電力電纜千余條，開閉所120余座，部分實現(xiàn)了配電自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)和與之配套的FTU數(shù)百臺。近年來，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)在日常電網(wǎng)的運(yùn)行、檢修和處理電網(wǎng)事故的過程中發(fā)揮了巨大作用。通過幾年的實踐，認(rèn)識到配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)既要立足當(dāng)前，又要著眼長遠(yuǎn)。要將城市電網(wǎng)規(guī)劃納入國家電網(wǎng)發(fā)展的整體規(guī)劃，做到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理，自動化功能配置合理，通信方式適合。
實施架空配電線路落地后的自動化改造，面臨著新技術(shù)、設(shè)備、施工和資金等方面的困難。在電纜化線路自動化改造過程中要著重對以下關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究：(1)針對城市電網(wǎng)的特點做好一次電纜網(wǎng)架的規(guī)劃和設(shè)計;(2)規(guī)劃設(shè)計方案做好一次設(shè)備，如環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱、開關(guān)站的選型與自動化控制終端的電氣接口、技術(shù)參數(shù)選擇;(3)對落地后的自動化終端設(shè)備結(jié)構(gòu)、防水、防潮等進(jìn)行研究，確定其使用條件和運(yùn)行、維護(hù)規(guī)范;(4)針對電纜化線路的運(yùn)行特點合理配置自動化系統(tǒng)功能;(5)對配電自動化的通信組網(wǎng)方式進(jìn)行研究，確定適宜的自動化通信方案。
二、自動化系統(tǒng)基本功能
配電電纜網(wǎng)自動化系統(tǒng)是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，將來要納入生產(chǎn)管理平臺。系統(tǒng)設(shè)計全面遵循IEC 61970/61968國際標(biāo)準(zhǔn)，以SCADA為基礎(chǔ)，以配網(wǎng)調(diào)度作業(yè)管理為核心，全面提高配網(wǎng)調(diào)度管理水平。電纜配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)主要功能與架空線自動化系統(tǒng)基本相同，但要有所側(cè)重和區(qū)別。
(一)數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控與操作功能
全面支持配電子站與環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)測裝置(DTU)的數(shù)據(jù)通信、處理和交換;提供智能和靈活的故障恢復(fù)策略，可以提出多種恢復(fù)方案進(jìn)行人工選擇，盡量避免直接控制，進(jìn)行故障恢復(fù);通用、快速、靈活，可以處理多點故障。
(二)針對電纜化線路設(shè)定一些特定功能
在環(huán)網(wǎng)柜中開關(guān)不能配置刀閘，對于開關(guān)的合/分狀態(tài)應(yīng)增加狀態(tài)指示裝置;對于電纜分支線路應(yīng)增加檢測，避免形成合環(huán);對于形成故障的分路開關(guān)應(yīng)增加鎖定功能。
三、配電網(wǎng)廠站及終端設(shè)備的自動化
(一)配置原則
配網(wǎng)電纜化后，因電纜饋線引起的故障很少，溝道敷設(shè)的電纜多年也不會發(fā)生故障。直埋電纜容易遭受外力破壞而引起事故。電纜化配電網(wǎng)的故障則主要來自用戶側(cè)，如過電流、過負(fù)荷等。
根據(jù)電纜化配電網(wǎng)的這些特點，相應(yīng)的自動化配置和功能也要與之相適應(yīng)。配網(wǎng)自動化要以配網(wǎng)正常運(yùn)行的監(jiān)測、調(diào)度控制以及主產(chǎn)管理為主要目標(biāo)，進(jìn)行相應(yīng)的功能配置。對用戶側(cè)設(shè)備要實施監(jiān)測，有關(guān)信息能準(zhǔn)確上報，系統(tǒng)可以判斷出故障區(qū)段和故障用戶線路�？梢圆扇「鞣N靈活方便、快捷可靠的方式隔離故障，恢復(fù)供電。不宜為追求自動快速隔離故障和恢復(fù)供電而改造大量設(shè)備，投入太大的資金，要以實用為原則。
(二)配網(wǎng)變電站、開閉所的自動化
變電站、開閉所是10kV電纜配網(wǎng)的電源點。變電站一般采用綜合自動化裝置實現(xiàn)自動化。要將變電站10kV饋線的遙測、遙信，事故、故障信息送到配網(wǎng)調(diào)度主站，實現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)測。變電站10kV饋線的出線開關(guān)調(diào)度權(quán)設(shè)在配網(wǎng)調(diào)度中心，以便統(tǒng)一調(diào)度和處理故障。設(shè)在變電站操作隊的控制操作，由配網(wǎng)調(diào)度下令操作。
采用斷路器的開閉所(K形配電站)，最好采用綜合自動化裝置。所有遙測、遙信，事故、故障信息接入配網(wǎng)調(diào)度主站，主站實現(xiàn)對開閉所的調(diào)度遙控。
采用負(fù)荷開關(guān)的開閉所(P形配電站)，通過環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)測裝置(DTU)實現(xiàn)遙測、遙信及事故監(jiān)測(過電流等)，負(fù)荷開關(guān)所配熔斷器要有輔助接點，熔斷器熔斷后信息可以上報。所有信息接人配網(wǎng)調(diào)度主站，主站實現(xiàn)對開閉所的調(diào)度遙控。
(三)環(huán)網(wǎng)柜的自動化
環(huán)網(wǎng)柜是電纜饋線實現(xiàn)分段和互聯(lián)的節(jié)點，也是電纜環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)自動化的終端現(xiàn)場。沒有終端現(xiàn)場的自動化，就沒有電纜環(huán)網(wǎng)的自動化。
采用斷路器的用戶室/環(huán)網(wǎng)柜，最好采用綜合自動化裝置。不具備安裝綜合自動化裝置的，可以采用DTU裝置。所有遙測、遙信及事故故障信息接入配網(wǎng)調(diào)度子站/主站，主站實現(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜的調(diào)度遙控。
采用負(fù)荷開關(guān)的環(huán)網(wǎng)柜，可采用DTU裝置實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的遙測、遙信及事故監(jiān)測。負(fù)荷開關(guān)所配熔斷器要有輔助接點，熔斷器熔斷后信息可以上報，用于判斷故障。負(fù)荷開關(guān)應(yīng)具有電動操作機(jī)構(gòu)，以便主站實現(xiàn)對開閉所的調(diào)度遙控。DTU除了上傳相關(guān)信息，還要就地清晰地指示出故障線路，方便事故檢修。
簡單的自動化是給環(huán)網(wǎng)柜各進(jìn)出線安裝故障指示器，各線纜故障信息就地顯示，也可以上傳，這種方式不能實現(xiàn)正常的運(yùn)行監(jiān)視。
(四)環(huán)網(wǎng)柜與DTU的接口
1.環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)要具有電動操作機(jī)構(gòu)，操作電源也可以是AC220V、DC24V、DC220V等。
2.環(huán)網(wǎng)柜要提供自動化設(shè)備的安裝位置，用于DTU和PT的安裝。
3.在環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)出線側(cè)建議加裝環(huán)氧樹脂干式PT，群帶熔斷器，作電源和測量用。PT電源輸出為AC220V，視在功率為800 v·A;PT測量輸出為ACIOOV，精度為0.5級。PT要封閉安裝，利于安全和維護(hù)。
4.停電后需要操作的環(huán)網(wǎng)柜需加裝電池，電池容量按時間要求確定。
5.環(huán)網(wǎng)柜每個開關(guān)提供位置輔助接點一個，
74接地刀輔助接點一個。負(fù)荷開關(guān)配套的熔斷器應(yīng)該提供輔助接點一個。
6.每條進(jìn)出線加裝兩相保護(hù)CT(A、C相)，精度為2～5級。
7.DTU與環(huán)網(wǎng)柜安裝時要良好接地，接地電阻小于10Ω。
(五)電纜溝道的監(jiān)測
配電網(wǎng)電纜一般以溝道敷設(shè)和直埋為主，電纜線路運(yùn)行中很少發(fā)生故障，大部分線路故障與外力破壞有關(guān)。因此，在自動化系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)重點加大電纜運(yùn)行監(jiān)測功能。
1.電纜接頭溫度的監(jiān)側(cè)
電纜接頭、開關(guān)刀口是電纜的故障多發(fā)點，在電纜接頭、開關(guān)刀口附近安裝溫度傳感器，信息接入DTU，通過配電自動化上傳至主站顯示報警，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的發(fā)熱點，消除隱患，將電纜故障消滅在萌芽之中。
2.電纜溝道的監(jiān)視
在電纜溝道裝設(shè)紅外感應(yīng)器等裝置，監(jiān)視溝道人員活動情況，將信息接入DTU，上傳至主站顯示報警。
四、電纜化線路自動化的通信方案
通信是配網(wǎng)自動化的關(guān)鍵，也是建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的難點。通信系統(tǒng)的建設(shè)，要因地制宜，將運(yùn)行維護(hù)作為設(shè)計的重要因素考慮，采用各種通信方式，建成可靠實用的通信系統(tǒng)，節(jié)省投資，提高了通信設(shè)備利用效率，通信一步到位。
配電終端單元至配電子站的通信有光纖、音頻電纜、CPRS/CDMA、電纜載波等多種方式，各有利弊。
(一)復(fù)合光纜通信方案
隨著城市配電網(wǎng)電纜化的實施，要求其自動化系統(tǒng)通信通道也相應(yīng)進(jìn)行改造，在建有永久溝道的電纜化改造工程中，將架空光纜或電纜改為溝道敷設(shè)是一種可靠性高、容易維護(hù)管理的方案。
目前，已有在220kV電纜中復(fù)合光纜的產(chǎn)品，每千米造價約增加1萬元左右，完全可以推廣到10kV電纜中，使電纜化線路的自動化系統(tǒng)通信組織變得簡捷、可靠、造價低廉。
光纖自愈環(huán)網(wǎng)有單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)。理論上，雙環(huán)網(wǎng)可靠性更高，但設(shè)備價格更高，光纖資源多占用—倍。
FTU/DTU與配電子站的通信采用光纖自愈環(huán)網(wǎng)方式，接口為RS-485/232，速率為600～19200hit/s，通信規(guī)約為IEC 60870-5-101。
每臺FTU，DTU及配電子站分別配置一臺自愈型光Modem，每個光Modem具有4個以上RS-232/RS-485端口，其中一個RS-232端口用于集結(jié)FFU/DTU信息，其余端口用于溫度監(jiān)測備用。
采用以上組網(wǎng)方式和設(shè)備配置，當(dāng)光環(huán)的一點出現(xiàn)斷點時，信息依然可以傳至配電子站，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
(二)GPRS/CDMA通信方案
GPRS/CDMA支持多種數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，是無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。GPRS/CDMA承載IP、X.25等業(yè)務(wù)類型。提供主站到多點、點到多點的無線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，是城區(qū)取代其他無線電臺數(shù)據(jù)通信的理想方案。利用GPRS/C DMA技術(shù)無須建設(shè)專用的通信系統(tǒng)，建設(shè)投資小，信道租用費(fèi)用適中。對通信實時性要求不高、數(shù)據(jù)量不大的通信需求是較為理想的選擇。由于GPRS，CDMA的這些特點，目前在電力負(fù)荷監(jiān)控、電量抄表等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
點對點方式一般適用于終端少、通信數(shù)據(jù)量少、實時性要求不高的場合。
中心對多點方式適用于終端多、通信數(shù)據(jù)量大、有一定實時性要求的場合。主站系統(tǒng)和GPRS/C DMA數(shù)據(jù)中心有拉專線的接入點方式和通過Internet的VPN方式。APN方式不和Intemet發(fā)生關(guān)系、更加安全可靠。而VPN方式則更加經(jīng)濟(jì)、靈活。目前，采用VPN或DVPN方式的安全性已不存在問題。
(三)載波通信方案
載波通信借助電力電纜屏蔽層，以自身的電纜資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，故不需要再投資敷設(shè)新的通信電纜或昂貴的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，因此可以成為配電自動化通信的可選方式之一。
城市配電電纜網(wǎng)絡(luò)常采用“手拉手”環(huán)網(wǎng)方式供電。由于中壓“手拉手”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電力電纜被分成多段組成環(huán)網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，每一個電纜分段處和電纜分支箱處的電纜屏蔽層都需要接地，這對需要跨越電纜分段處和電纜分支箱處的電纜屏蔽層載波通信相當(dāng)于“信號接地短路”，給利用電力電纜屏蔽層通信傳輸配電自動化數(shù)據(jù)帶來很大的技術(shù)難題�？尚械募夹g(shù)方案有：(1)利用電力電纜屏蔽層高頻網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)載波組網(wǎng)通信;(2)利用載波中繼技術(shù)實現(xiàn)分級組網(wǎng)。
實際上，在系統(tǒng)建設(shè)中可以采用靈活方便的組合方式，在溝道中普遍采用光纜通信。在光纜敷設(shè)困難，而且無線信號場強(qiáng)滿足的地方，將GPRS，CDMA作為一種補(bǔ)充。
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