摘要：在总结了已经实施的多个配电网自动化工程和规划工作的基础上，就配电网改造规划应考虑的若干问题和配电自动化规划应注意的问题提出了见解，并特别强调了规划要先行。文章还讨论了主站系统与调度SCADA系统、变电所自动化系统的配合问题。
关键词：配电自动化；配电网；配电自动化系统；配电管理系统；馈线自动化
1　引言
　　积5年来实施多个配电自动化工程及规划之经验，深切体会两句话：“改造配电网，规划要先行”，“配电自动化，规划要先行”。本文总结国内外配电自动化技术发展过程，结合配电自动化工程及规划实施中所碰到的正反两方面经验与教训，谈一些体会，与读者共商。
2　配电网的现状及存在的问题
　　长期以来我国电网严重缺电，发生“重发、轻供、不管用”的局面，致使配电网极端落后。表现在网络混乱，装备陈旧，供电可靠性低下。国外先进国家和地区的供电可靠率及相应年户停电时间为99．9986％和10min（纽约市），美国全国平均58min，日本全国平均9min。我国全国平均年停电时间长达30h，差距太大。不但如此，目前突出矛盾是发电厂窝电，老百姓用不上电，卡脖子地方主要是配电网，表现在：
    （1）网络结构不合理，降低了供电可靠性；

　　（2）配电线路上不设开关，一有问题便拉整条线路，或使用落后的油开关，负荷电流都不敢拉，每三年就要更换，有名无实；
　　（3）供电半径过大，导线截面太小，使电压合格率很低；
　　（4）无功补偿不完善，有的虽装了补偿电容器，但人工简单操作，在高峰投，低谷切，功率因数提不高；杆上公用变一般都未装补偿电容器，线损率居高不下；
　　（5）配电变压器损耗大，容量不足，高峰过载烧坏屡见不鲜；
　　（6）进户线老化，截面积小，适应不了用电增长要求，经常出事故。
　　为此，国家投巨资于城网、农网改造，以便提高配电网供电能力和安全经济运行水平。

3　改造配电网，规划要先行
　　以往由于缺乏投资，负荷上来，就近拉一条线路，临时对付，造成网络结构混乱，不符合“供用电规则”要求。现在改造配电网不能简单化地加大导线截面或改为电缆、增大配变容量。广东某市为提高供电可靠性，也为改善市容，投巨资将架空线改为地埋电缆，实施了几条线路后发现，简单地将架空线改为电缆，提高可靠性效果不大，后来停工，重新抓规划，从改造网络结构入手。
　　现在应该借城网改造的东风首先规划好配电网络，使配电网逐步改造成现代化的合理的结构。网络规划中有以下4个问题值得考虑：
　　（1）采用环网结构，即手拉手方式或对供方式，比较简单易行，提高可靠性指标到N－1。
　　例如福建省晋江市10kV配电网原来都是简单辐射形结构，由大约10个变电站的10kV出线直接向用户（直接或T接方式）供电，不但线路长，供电半径大，而且可靠性差。现在开始逐步改为手拉手结构，如联东、联西线便是一边接龙湖变，另一边接英林变，中间断开，一边发生故障可以倒到另一边供电。规划中其它线路将逐步改造成这种手拉手方式。手拉手方式就是环网结构，其可靠性可以达到N－1。江苏省苏州市西区大多是环网供电，规划做得比较好，自动化实施效果也好。
　　另外一种是变形的环网结构，将A、B、C三个电源点形成三角形手拉手，可靠性也是N－1，但负荷转移率比一般环网降低一半。
　　对于可靠性要求高的，一般采用双回线加备自投方案，可靠性指标也只能达到N－1，但投资翻一番。国外有一种新式4－6结构［1］，由A、B、C、D 4个电源点，6条手拉手线路组成，当任两个元件发生故障时仍能保证正常供电。其可靠性指标可达N－2，负荷转移率降为三分之一。这种结构比较适合于新规划地区，而老城网改造难以实现。
　　（2）环网结构可以用美式环网柜实现，也可用我国开闭所方式实现。
　　例如，上海浦东工业园区便采用4路自动化环网柜，一路进线，一路出线，另两路向用户（大用户）供电，或作为支线供电，设备体积不大（高1200×宽2600×深1000mm），一般安装在人行道、绿化带、停车场或大楼间的角落，不征地，不盖房，本身价格虽贵些，平均每路开关约4万元，但总的经济效果较好。当然环网柜方式对新的开发区或大面积住宅区较易实现，对老城网、老市区有一定困难。但若改变观念，也不是不可接受的，如南京市北京西路道路改造时就采用了环网柜，厦门在某新住宅区也使用环网柜，现在这两供电局已与外商合作组装环网柜，计划推广使用。
　　开闭所方式在我国一直沿用，苏州西区（新区）将开闭所设在大用户配电房隔壁或附近，开闭所由大用户提供，效果较好。但若是开闭所需征地建房就很不经济，如山西某市规划10kV开闭所，土建费与开关设备费接近，征地还有困难。
　　山西另一城网规划也用开闭所，但采取与厢式变结合的新方式，无需征地建房，应该说，这是一种新思路，建立在新技术（厢式变）之上的因地制宜的好方案。

   （3）大型开闭所方案不可取。
　　厦门湖里开发区、苏州新加坡工业园区都是建大型开闭所，从变电所送电到开闭所，再配电到各用户，配出线路达十余条，大型开闭所占地建房费相当可观，这是若干年前的规划。但是，上述山西某市新规划还是大开闭所方案，要征地0．25亩，土建费45万元，每个开闭所均投资百万元以上，可见就不是好方案。如果将这集中式大开闭所改为分散式小开闭所，在负荷旁边就近设开闭所，一般4路开关就够，而这小开闭所可采用厢式变结构或环网柜，比较合理。

　　（4）据了解，目前配电网有不少单位仍全部采用断路器，而不是采用新型负荷开关，不难看出其投资是相当可观的。若进出线改用负荷开关，到大用户线也采用负荷开关，到就近配变采用熔断器，便可大幅度降低投资。目前国外熔断器熔断定值精度很高。
　　综上所述，配网规划应建立在国内、外最新技术平台之上，采用最新装备，选用无油化、长寿命、免维护的设备。
4　配电自动化规划要先行
　　配电自动化要在配电网结构合理，配电设备（主要是开关）符合自动化要求的基础上，再加周密的配电自动化规划，方能实施，否则会造成返工和浪费，达不到应有的效果。比方苏南某供电局几年前抓配电自动化，就简单地买了几台自动重合器和自动分段器，花了百余万元，结果只能当普通开关用。后来才意识到应先做好自动化规划才行。这里也有5个问题值得注意。

   （1）馈线自动化还是配电网自动化
　　配电自动化一般分馈线自动化（FA）和配电网自动化（DAS），前者是指过去的自动重合器、自动分段器，在一条线路上装若干开关，附有控制器，当线路发生故障时，控制器根据电压和时间配合，自动隔离故障，恢复供电。这种馈线自动化必须再一次或两次重合到故障点后才能自动闭锁，这是它的突出缺点；优点则是简单，无需计算机和通信系统。随着通信技术的发展，解决了配电自动化对通信的要求，从而馈线自动化提高到配电网自动化，即采用SCA－DA技术实现配电网的监控。开关上装有配电自动化终端（DAU，也称小RTU，DART，FTU等），不断采集开关运行信息（主要是位置状态：合／分／接地以及线路电流），通过通信系统送到主站计算机系统，让配调中心及时了解配电网运行情况。当线路发生故障时，DAU采集到故障信息，及时送到主站。主站根据全网送来的实时信息，进行分析，做出决策，将故障点两侧的开关拉开，隔离了故障，然后主站再继续远方操作有关开关，恢复无故障部分的供电。这办法避免再次重合到故障点，但需要通信和主站计算机系统，其优点是可取得全网信息，为配电管理提供基础数据——实时的动态数据。显然这是配电自动化的发展方向。
　　自动化规划中应注意恰当选用馈线自动化和配电网（监控）自动化，不可简单地一律选用馈线自动化或一律选用配电网自动化，也不是所有开关都要自动化。一般讲，配电主网架应采用配电网自动化，能监控主网，为配电管理提供实时数据；配电网支线、住宅小区、郊区等可考虑馈线自动化，不重要节点的开关采用手动操作也可以。总之，要全面规划，因地制宜地安排好全网自动化方案。

   （2）综合规划好配电自动化功能
　　配电自动化不单是指开关监控或开关自动重合，还有其他自动化内容应一起规划，主要考虑：

    ·配电变压器监测，主要指公用配变监测。
　　·用户监控（指对大用户监控），包括用户配变监测，电能表远方读取等，实际上是负荷监控。过去缺电时期专门搞了负荷监控系统，现在不缺电了，应通过配电自动化系统实现负荷监控，大用户远方分时读表，实施峰谷分时电价为以经济手段引导用户用电提供技术条件，同时节省了专用负控通信系统。
　　·对公用配变就地进行自动无功补偿，降低线损，一般估计可降低1个百分点，三到五年即可回收投资。

　　·远方读表系统，目前多用380V载波通信采集各分散居民用户的电能表，然后再集中到供电所，有了分时读表功能便可为进一步实施需求侧管理（DSM）功能并争夺能源市场创造条件。
　　·用户停电呼叫系统，缩短停电时间。

　　·基于地理信息系统（GIS）的AM／FM技术实现配电网管理。

　　（3）统一规划通信系统
　　通信系统投资很大，应该建立公共通信系统，为各子系统服务。为配电网自动化建立的通信系统除了为开关监控服务外，还应该考虑能为配变监测、用户监控、远方读表等向配调中心传输信息提供通道。现在接口如EIA422／485可以并联多个终端，技术上完全可行，但要规划好。
　　适用于配电自动化的通信方式有光纤、配电线载波（DLC）、无线等，应综合利用，因地制宜。

　　（4）配电自动化设备完全有条件国产化　　进口的自动化环网柜或柱上自动化开关中自动化终端一般约占总价的40％～50％，显然价格太贵，很不合理，并且国外终端多是固定配置，一台FTU只监控2台或4台开关，开关数大于此数便要增加1台，同时壁挂式机箱到开关柜要拉许多电缆，花钱费工又不雅观。而国内完全可以自行开发自动化终端，如在苏州工程中便是使用自己开发的DAU－3型分布式配电自动化终端。从1998年9月开始安装加电，至今运行正常。后经国家检测中心检测通过，价格约为进口的一半，不但价廉，而且结构及软件更适合我国开闭所情况。　DAU－3型采取主从结构，1台主终端可接多台从终端，从终端数随开关数而定，终端装在开关柜的仪表箱内，直接与开关的操作机构及CT回路在内部相联接；主终端上有LCD液晶显示器和简单的小键盘，作为人机联系手段，不象国外FTU要用便携机才能进行参数设置。
　　（5）配电自动化规划好了，也不可全面铺开实施，应先试点，取得经验和应有效果后再逐步扩展。
5　配电自动化系统与其他系统的配合问题
　　配电自动化规划自然也包含主站系统的规划，主站系统规划涉及到系统规模、与变电站自动化系统、调度自动化系统（SCADA）的配合等问题。
　　（1）主站系统规模问题。配电自动化系统（DAS），可以是大型系统也可以是小型系统，相应控制大面积配电网和小面积配电网。DAS本身是以SCADA技术为基础发展起来的，二者监控功能差不多，但DAS有一个独特功能，即配电网的故障定位、故障隔离及网络重构，由DAS计算机自动实现，实时性要求高。该功能又类似于继电保护，可靠性要求也高。DAS的能力应与所控制的网络范围及开关数量相匹配。一般小型DAS控制2～4座变电所（每座变电所10kV侧出线16～20回规模）所构成的配电网不成问题。像苏州西区面积40km2，人口6．1万，负荷约480MW，10kV出线100回，50个开闭所（配电站），这样规模考虑由一个大型主站控制。
　　一般讲，小城市（县级市）可以考虑由一个DAS控制全市配电网。大城市（地级市）可分成若干区，各区设一个DAS比较合适，各区的DAS最好都上In－ternet／Intranet企业信息网，供电局（配调）则可通过浏览器了解各区DAS的实时信息。
　　（2）DAS与变电所自动化配合问题。DAS要监控整个配电网，还要分析故障所在线段，需要采集配电网各开关的信息，还要采集变电所10kV出线断路器信息，包括断路器状态量、保护信息以及必要的电流测量。因此DAS与变电所的RTU或综合自动化系统应有个通信口，以便取得必要的信息。有条件的可采取一发二收方式，也可与SCADA联网解决，后者速度慢些。
　　（3）DAS与调度自动化（SCADA）的配合问题。
DAS要实现自动故障隔离和网络重构，就需要遥控变电所出线断路器，恢复供电。但是操作变电所断路器是调度所或集控站的SCADA职责，DAS不可越权，所以必须通过SCADA系统执行，这就需要DAS与SCADA之间的通信。
　　（4）主站系统应进一步规划，考虑发展成配电管理系统（DMS），包括选好GIS平台及AM／FM功能，与MIS系统接口，以及上企业信息网Internet／Intranet等。这方面内容甚多，本文不再展开讨论。

参考文献：