构筑配电自动化系统的三种基本模式

构筑配电自动化系统的三种基本模式陈勇海涛稻叶正明(1.珠海许继电气有限公司广东省珠海市5190702.TheUtilityPowerSystemsEngineeringDept.ofTOSHIBACorporation)THREEBASICMODESFORCONSTRUCTINGDISTRIBUTIONAUTOMATIONSYSTEMCHENYong,HAITao,MASAAKIInaba(1.ZhuhaiXJElectricCorp.Ltd,Zhuhai519070,GuangdongProvince,China;2.TheUtilityPowerSystemsEngineeringDept.ofTOSHIBACorp.,Japan)摘要阐述了目前配电自动化系统方案的构筑中，户外设备RTU、变电站和主配调站内SCADA之间通过3种联系方式构造的3种基本模式，并对比分析了这3种模式可为目前电力部门规划配电自动化方案提供参考。文中还介绍了设备应用情况。关键词配电自动化系统；配电自动化基本模式；变电站；终端设备；数据采集与监控1前言配电网自动化作为一项综合性的电力系统工程，涉及到城市建设、电网规划、设备选型等多方面的问题。配电自动化的发展是以立足各国国情、提高电力供给的可靠性、满足广大电力用户的需求为前题，并以保证供电质量、优化电网运行管理、减少用户停电时间、作好系统监控和电网经济调度、加强计划用电和负荷控制等有效的经济的利用电能为目标，因此对配电网的建设应当充分考虑适合于当地情况的建设方案，尤其是如何经济、有效地实现对配电网的计算机管理，以期达到最佳的经济效益。这样，合理实施配电自动化系统便成为一个很重要的问题。[1]本文重点探讨系统方案实施中首先要面临的管理层次问题，也就是目前在配电自动化系统方案的构筑中，将配电自动化系统的3个基本层（配电终端设备层、配电子站层和配电主站计算机管理层）之间通过3种联系方式实施管理的基本模式[2]。2配电自动化系统的3个基本层图1给出了配电自动化3个基本层的联系框图，以及通过配电自动化计算机控制系统与用电管理系统、调度自动化系统和信息管理系统交换信息，实现共享，完成计算机全面管理的系统自动化联系图。图1配电自动化系统分层结构和与其他系统联系Fig.1ConfigurationofDAandRelationsamongothersystems配电终端设备层的设备主要是指配电网的一次设备、操作机构及控制终端和电源，它是整个配电自动化系统的线路执行部分，对配电网的可靠、安全运行起着关键的作用。它作为电网现场的执行机构，必须能够完成对故障隔离并通知系统，以此完成配电自动化的基本功能。配电子站层连接着配电终端设备层和配电主系统层，实现局域配电网的计算机管理，并将信号上传下达，实现配电终端设备信息中间管理。配电自动化计算机系统层则通过站内前置设备主控台TCM收发配电终端设备、配电子站和配电主系统的往来信息，通过计算机系统处理整个配电网的综合信息。3配电自动化系统实现的3种模式图1给出了配电自动化系统基本设备和主站管理的常规联系方式。在配电自动化系统的实际实施过程中，这3个基本层的联系可以通过3种基本模式来实现。模式1：通过将户外设备层的信号送入变电站层管理，再将变电站层信号送入主配调站层的分层管理模式；模式2：通过将户外设备层信号和变电站层内信号分别送入主站系统层的相对集中管理模式；模式3：通过将户外设备信号层送入主站层的配电管理所，将变电站层信号送入调度管理所，再由调度管理所与主站层配电管理所之间交换信息的相对独立管理模式。3.1分层管理模式（模式1）图2给出了模式1的基本构成。图中上行信号的传送方式为，户外杆上设备的信号通过RTU采集后送入变电站的遥控接收单元（TCR）作为信号的第一层管理，变电站内的综合管理信号在传送到系统控制主控台（TCM）作为信号的第二层管理，然后由工作站系统最终完成配电自动化系统的综合处理。下行信号的管理方式与上述相反。模式1需要在TCM至TCR、TCR至RTU之间提供通信信道。EWS--工作站；LAN—局域网络；TCM--遥控主控台；TCR--遥控接收单元；RTU--遥控终端单元；S/S--变电站图2分层管理模式（模式1）Fig.2Step-by-Stepmodes3．2集中管理模式（模式2）图3给出了模式2的基本构成方式。上行信号分别为配电终端设备(RTU)信号和配电子站（S/S）的信号各自通过自己的通信信道送入配电主站的系统主控台(TCM)，再送入工作站内的配电自动化系统进行综合处理。下行信号则反之。模式2需要在TCM到TCR、TCM至RTU之间提供通信信道。图3集中管理模式(模式2)Fig.3Relativeconcentrationmodes3．3独立管理模式（模式3）图4给出了模式3的基本构成方式。将配电终端设备(RTU)的信号直接送入配电主站的系统主控台(TCM)，由配电自动化系统工作站处理；将配电子站(S/S)内的信号送入调度自动化系统中的SCADA，联系配电终端设备和配电子站的相关信息在调度自动化系统和配电自动化系统之间传送。模式3需要在TCM与RTU之间建立通信信道，配电自动化系统通过另一通信信道与S/S的SCADA中交换基本数据。图4独立管理模式(模式3)Fig.4Relativeindependentmodes3．4三种模式的对比表1列出了上述3种模式对系统监视对象、需要架设的通信信道、TCR接口、TCM接口支持和总体费用等方面的比较。表1三种模式的比较Tab.1Comparisonofthethreemodes分层管理模式(模式1)监视对象DAS通过TCR/RTU监控PVS通信信道分别在TCM到TCR、TCR到RTU之间架通信信道集中管理模式(模式2)DAS分别监视S/S设备和PVS需要将各馈线和子站S/S与主站TCM之间架通信信道，比分层控制需要更多通信线独立管理模式(模式3)分别具有S/S的SCADA系统和杆上设备的SCADA系统需要将各馈线和子站S/S与主站TCM之间架通信信道，并在DAS与SCADA之间建立通信信道比分层控制需要更多通信线TCR设计TCM设计费用需要具备2种I/O接口支持1种规约较低1种I/O接口支持2种规约中等1种I/O接口支持1种规约较高4

应用设备配电自动化系统应用设备的主要差别在于配电终端设备的选择上，不同终端设备需要与之相应的接收设备来配合工作，此后在与计算机系统连接和处理上是具有共同性的。本文重点介绍采用以日本东芝公司技术配电自动化产品为代表的电压型配电自动化设备及与之配合应用的后续设备情况。4．1配电终端设备配电自动化的终端设备指应用于架空线或应用于地缆网的终端设备，包括重合器、自动配电开关、环网柜等，与配电子站的通信主要靠与终端设备配合使用的RTU来实现。采用日本东芝公司技术配电自动化产品为代表的电压型配电自动化终端设备由同杆架设的3个设备组成，即真空自动配电开关、控制器（FDR/RTU）和电源变压器。一次主设备采用型号VSP5-15JSAT的真空自动配电开关。该产品由真空灭弧室灭弧、SF6气体外绝缘，额定电流630A，额定短路关合电流为31.5/40kA，动热稳定电流12.5/16kA（2s），机械寿命10000次，开关内带隔离断口、瓷套电缆出线，免维护设计，性能优越，开关具有自动/手动功能，并提供配电自动化接口，是一种较理想的配电自动化开关。配电开关用控制器主要用于智能化故障判断和隔离及通信。应用于上述开关的控制器可分为故障搜查控制器(FDR)和一体型遥控终端单元(RTU)2种。故障搜查控制器(FDR)具有智能化的现场判断故障区段并锁扣的功能，由此实现故障区段的自动隔离、非故障区段的供电恢复，预留接口为通信作准备，在另配通信RTU后，可以实现杆上设备与站内的通信。一体型RTU是一种集成了智能化故障检查功能和以通信线方式实现通信为一体的控制器，实现线路及杆上设备与子站的联系，RTU设计传送速度为1200bps，采用1：N通信方式。开关电源变压器作为电压型设备的一部分，为开关、控制器提供电源并为控制器提供检测信号。由上述3个设备构成户外配电终端设备，通过控制器检查电压状态和延时关合配合方式，可以判断线路永久性故障发生的区域，并使故障的前后开关设备锁扣，直至故障解除后令设备复位时，该区段才可以恢复供电，由此完成馈线自动化的基本功能。4．2配电子站设备配电子站的主要设备是用于接收传送RTU采集信号的TCR，TCR的传送速度为1200～9600b/s，采用HDLC-ABM1：1通信方式。针对上述3种模式，TCR采用的I/O接口及数量各不相同。对模式1，每个柜子提供8个通道，管理480个RTUs，I/0容量为64路控制，224路监视，32路测量；对模式2和模式3，I/0容量为96路控制，256路监视，48路测量。4．3主站设备主站设备的前置设备是遥控主控台(TCM)。模式1，每个柜子管理32个通道的TCR（即管理15360台RTU）；模式2，每个柜子管理32个通道，其中16个用于TCR、16个用于RTU，共管理16个TCR和960台RTU；模式3：每个柜子管理32个通道，共管理32路RTU（即管理1960台RTU）。将TCM的信号通过系统总线与EWS相连。EWS所需计算机硬件设备的配置，可以根据系统的大小和实际需要选配，可配置打印机等外设和现场实时操作用的控制台。由于后台计算机设备及软件应用方面已有文献叙述[3-5]，本文不再介绍。5结论(1)根据配电网的特点，配电自动化系统可以分为3个基本层：配电终端设备层，配电子站层和配电自动化计算机控制系统层；(2)联系3个基本层的管理模式可以分为3种：分层管理模式、集中管理模式和独立管理模式。3种模式各有特点，电力部门可以根据其自身特点选用。