（金华送变电工程有限公司三为电力分公司 321000）
摘要 ：近年来，随着配电网受重视的程度越来越高，配网资金投入大幅增加，各科研单位及院校正积极开展对于配电网的新网架新技术的研究。配电自动化作为智能配电网的支撑技术，最近几年也取得了重大进步。
关键词：配电自动化；改造模式；自动分布；方案设计
1 概述
“智能电网”这一概念由美国率先提出，近年来，世界各国都在积极研究和努力实践，力求建设更加健全、智能、高效的电网。为了更好地开展“智能电网”建设工作，国家电网公司制定了《智能电网技术标准体系》，共分为 8 个分支专业。配电自动化技术作为其中一个分支“智能配电”的核心内容，目前正在全国各个地市积极推广，力争早日实现大范围覆盖。图 1 为智能电网技术标准体系的构架。
图1 智能电网技术标准体系构架
2 配电自动化改造模式
配电自动化的提出是为了更加高效、经济地运行和管理配电网。其依托一次网架和设备，以配电自动化系统为核心。正常状态下，能够实现对配电网的监测和控制 ；非正常状态下，能够迅速发现故障，研判出故障区域并将其隔离，快速恢复对健全区域的供电。
依据某省电力公司下发的《配电网规划设计技术实施细则》，配电自动化的建设应当与配电网一次网架相协调，各供电区域应当根据网架结构、负荷密度、负荷性质、经济投入等多种因素制定相应的配电自动化改造方案，因地制宜、分步实施。
2.1 集中式
集中式配电自动化依赖于主站，主站根据终端检测到的故障信息以及变电站出线开关的保护动作信号，综合判断故障点。以图 2 中一条最简单的低压馈线说明集中式配电自动化的原理。
图2 集中式配电自动化原理说明图
CB1 和 CB2 分别为两条低压馈线出线断路器，FS1、FS2、FS3、FS4 为四只分段开关 ( 均为负荷开关 )，LS 为联络开关，即两条馈线的合环点。在正常运行方式下，分段开关处于闭合状态，联络开关处于断开状态。
当发生故障时，例如 FS1 与 FS2 之间，变电站出线 CB1 首先跳开，切断短路电流。主站系统接收沿线各开关上传的信息，经判断，CB1、FS1 有过流信号上传，而 FS2 及其他开关并无过流信号，据此判断故障区间在 FS1 与 FS2 之间。主站系统下发 FS1 分闸，FS2 分闸指令，实现故障区域的隔离，之后，主站系统下发 LS 合闸指令，实现 FS2 与 LS之间负荷的转供。
2.2 智能分布式
智能分布式配电自动化也需要建设主站，与集中式的区别在于，智能分布式在定位及隔离故障时，不依赖主站系统进行判断，而是依靠相邻智能终端之间的对等通信实现判别 ；故障隔离后的负荷转供与恢复供电以及线路运行工况的监视，依然需要依靠主站系统完成。
由于故障信息不需要上传主站，所以定位隔离故障的速度比集中式更快，效率更高，但与此同时，实现设备之间的对等通信对通信可靠性要求极高，也增加了配电自动化的建设成本。智能分布式的原理图如图 3 所示。
当在故障点 A 发生故障时，相邻智能终端通过对等通信网交互信息。若相邻开关均收到过流信号，例如 CB1 和 FS1 ；或者均未收到过流信号，例如 FS2 和 LS，则判定故障不在这两个开关之间。若相邻开关一个收到过流信号而另一个未收到，例如 FS1 和 FS2，则判定故障在这两个开关之间，完成故障定位，分闸FS1和FS2，实现故障区域的隔离。通过主站系统判断是否符合转供条件，并下令合闸LS，完成负荷转供。
2.3 电压就地式
电压就地式配电自动化不需要建设主站，其通过与变电站出线断路器重合闸配合，就地实现故障的隔离和非故障区域的转供。电压就地式终端的原理是当线路失压时，分段开关依次断开 ；重合闸之后，分段开关再依次延时闭合。若开关闭合后，在故障检测时限内，又再次故障跳闸，则闭锁该分段开关。
由于该方式故障定位隔离时间较长，且变电站出线断路器需配置两次重合闸，因此目前应用较少。
3配电自动化改造方案
在某省地区，目前广泛实施配电自动化改造的一次设备主要包括环网柜、柱上开关及开关站。杆变的自动化改造 ( 即智能台区 ) 正在省会某个城市进行试点建设。
3.1 环网柜改造
环网柜配电自动化改造方案如下 ：
(1) 环网柜本体改造。环网柜所有开关间隔加装电动操作机构 ；改造二次小室 ；改造状态采集接口，使之能够采集开关位置、接地刀闸位置、储能状态等 ；所有开关间隔加装三相电流互感器(CT) ；加装电缆终端测温系统。
(2) 二次终端箱改造。加装配电终端站所终端
装置 (DTU)，实现状态量和模拟量的采集处理 ；加装电压互感器 (PT)，为电动操作机构、智能配电终端及通信设备提供电源，并提供电压遥测量 ；加装后备电源，在线路停电后至少能保证配电终端和通信设备工作 12h，并完成所有开关的 3 次分合操作。
3.2 开关站改造
开关站配电自动化改造方案如下 ：
(1) 开关柜本体。所有进线、母联及重要联络
出线间隔加装电动操作机构 ；改造二次小室 ；改造状态采集接口，使之能够采集开关位置、接地刀闸位置、储能状态等 ；各间隔加装三相 CT ；加装电缆终端测温装置 ；加装 PT 柜，为电动操作机构、智能配电终端及通信设备提供电源，并提供电压遥测量 ；无母联的开关站新增母联柜。
(2) 智能终端装置。加装配电终端 DTU，实现状态量和模拟量的采集处理 ；加装后备电源，在线路停电后至少能够保证配电终端和通信设备工作12h，并完成所有开关的 3 次分合操作。
3.3 柱上开关改造
柱上开关配电自动化改造方案如下 ：
(1) 柱上开关本体。更换柱上开关本体，采用智能型柱上开关，使之具备电动操作机构 ；具备状态量采集接口，能够采集开关位置、接地刀闸位置、储能状态等 ；具备三相 CT ；加装两组单相 PT。
(2) 智能终端装置。加装智能配电终端馈线终端装置 (FTU)，实现状态量和模拟量的采集处理 ；加装后备电源，作为电动操作机构及配电终端、通信设备的后备电源，在线路停电后可维持 12 h连续供电并支持开关的 3 次分合操作。
4 配电自动化改造设计要点
4.1 改造的电压等级
配电自动化作为智能配电网的支撑技术，目前的改造工作主要针对中压配电网，即 10(20) kV 配电系统，能够实现配电网运行数据的采集处理，实现中压配电网故障的定位、隔离以及自愈供电。
10kV 及 20kV 系统的配电自动化改造内容和形式基本相同。在进行 20kV 配电系统自动化改造时，需要将 PT、一次连接电缆、电缆头及其附件、联络柜、柱上开关本体等一次设备更替为 20kV 相应型号 ；二次系统改造与 10kV 系统完全相同。由于 20kV PT 及柱上开关等设备报价均高于10kV 相应设备，因此在同一期改造中，需要分开统计。
4.2 终端箱的放置方案
为了日后能够顺利施工建设，在前期勘查阶段，需结合现场情况，选择终端箱的最佳放置方案。
4.2.1 环网柜
环网柜目前主要采用三种放置方案，分别为终端箱内置、终端箱内置扩户外房及终端箱外置。
原环网柜有四个进出线间隔，柜体内部原先预留了一间隔 ( 即配电终端扩展间隔 )。根据当前所选厂家配电终端的型号和尺寸，判断内部空间是否足够放置终端。
内置方案在实际应用中，需特别测量柜门高度，存在柜体内部空间足够，但柜门阻碍施工，终端无法内置的情况。有些环网柜预留间隔已加装 PT 柜，必要时，可以拆除原 PT，将现终端柜内置。
二次终端箱外置方案是将智能终端 DTU、PT 柜、光网络单元 (ONU) 及通信附件、后备电源等集成在一个独立的二次终端箱体内。可根据现场实际情况，将其放置在环网柜的周围空地。对于城郊、农村以及城区环网柜周边空间较大的区域，优先采用外置方案。
如果环网柜内部有预留间隔，但空间不够 ( 参考数据 ：垂直高度 1600mm、水平距离 650mm、深度 750mm)，无法将终端内置时，如果也没有条件将终端外置，例如环网柜周边有围墙、栅栏、树木等不利因素时，则考虑扩建基础，拆除原有户外房，扩建新户外房后，将终端内置。
4.2.2 开关站
开关站内开关柜的布置一般有面对面排列、一字排列等形式。勘察时，需要确定开关站内是否有空间放置自动化终端落地柜 ( 尺寸参考 800mm×600mm×2260mm)。单个落地柜体内可以放置 2 台DTU 核心单元，按照一台 DTU 采集 10 个间隔数据进行估算，当开关站间隔数大于 20 时，需要 3 台及以上 DTU 核心单元，现场需确认至少两台终端柜的位置。
在现场勘查时，如果没有位置放置落地柜，或开关站高度不足时，可以选用挂墙式自动化终端柜体 ( 参考尺寸 600mm×500mm1600mm)。为了保护柜体下部引入的接线，挂墙式终端需配置宽度600mm 的二次桥架约 1m。
配置有压变或所变的开关站，压变或所变可以充当 PT，不必再加装 PT 柜单元。对于居配工程的开关站，因为已装设直流屏和 110V 电动操作机构，因此，除加装自动化终端外，不需要进行其他改造。
4.3 通信网络建设方式
通信网络的建设方式与区域负荷密度和负荷重要性密切相关。A+ 及 A 类区域，一般采用“三遥”改造模式，配电终端在完成数据上传的同时，也需要接收并执行主站下发的各种指令。因此“三遥”改造方式对通信的可靠性要求相对较高，一般采用光纤通信、手拉手型保护组网方式。如光纤无法到达改造点则需考虑改为采用无线通信方式。
B 及 C 类区域，一般采用“两遥”改造模式，改造内容及要求和“三遥”类似，区别在于不需加装电动操作机构以及将 ONU 替换为无线模块。无线公网通信主要采用 3G 网络接入，部分线路改造点通过 LTE 网络接入。为保证通信的可靠性，在改造地下负一层的开关站时，需在现场勘察时，测试无线信号的强度。
4.4 原有设备沿用情况
对于原先已经安装电动操作机构的环网柜和开关站，勘察时需确认电动操作机构的电压等级、使用情况等，并和配电终端厂家确认能否沿用原电动操作机构。
环网柜本体和开关柜柜体，如果因年代久远，锈蚀严重，使用条件恶劣等原因无法进行改造时，可以直接将一次设备整体更换，新上已具备配电自动化功能的新型智能设备。
4.5 零序电流互感器
中性点小电阻接地的变电站出线环网柜或开关站，可以在各间隔加装零序 CT，实采零序电流，解决零序电流计算不准确的问题，便于单相接地故障区段的判断。但零序电流互感器的价格较高，安装施工存在一定难度，是否加装需要综合考虑对经济性以及准确性的要求。
论文作者:蒋峥
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/18
标签：终端论文; 故障论文; 加装论文; 智能论文; 间隔论文; 主站论文; 操作论文; 《电力设备》2016年第6期论文;