黄山配网自动化系统建设及应用

1 引言

　　随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，企业和个人用户对供电可靠性、电能质量和服务水平的要求进一步的提高。配电网供电可靠性、电压合格率和设备先进性水平的成为当前配电网事业首要的任务，本文将介绍一个成功的配网自动化系统应用案例——黄山配网自动化系统。

　　黄山市位于安徽省最南端，是中国最著名十大风景旅游区黄山的所在地，黄山市总面积9807平方公里，辖屯溪区、黄山区、徽州区、歙县、休宁、祁门、黟县和黄山风景区，近年来，随着地市、县经济快速发展，工业在三产的比重逐年增加，企事业及居民用电量进一步的加大，这使得该市在供电可靠性，供电质量和用电管理工作上，面临着更为严峻挑战，实现城区配电网自动化的任务显的尤为重要。黄山供电公司从2003年开始，对配网自动化整体解决方案进行了调研、开发和实施，现已取得了明显的实际效果和运行经验。

　　2 项目概述

　　黄山配网自动化系统项目涉及馈线一次设备更新改造、主站设备和终端设备、通信设备的建设等，范围包括：

　　1) 建设一套配网自动化主站，包括硬件设备，软件系统。

　　2) 以阳湖广场116-草市体育馆111线，全长8公里，架空和部分电缆，安装馈线终端单元12台;新潭徽山路112-草市火车站119线，全长15.4公里架空部分电缆，安装馈线终端单元16台。同线架设光纤通道，以新潭站作为通信子站的模式，实现2对手拉手环网线路的28台柱上开关的故障隔离和供电重组试点。

　　3) 实现宇隆开闭所数据接入及远程遥控功能。

　　项目施工分为三个阶段，第一阶段完成主站硬软件安装与调试;第二阶段馈线和柱上开关改造，光纤施工;第三阶段完成FTU，DTU终端的安装，与主站系统的联调以及应用软件的安装与调试，DA功能的实现。

　　3 建设方案

　　3.1 设计原则

　　(1) 可靠性

　　主站硬件设备采用双网，主备服务器工作模式;软件系统采用Windows/UNIX混合平台。各功能模块均采用基于面向服务架构的一体化设计，均具有独立运行的功能，保证信息的可靠、高效、优质共享。

　　(2) 实用性

　　主站系统采用开放式平台，为所有应用提供服务，支持在平台上构架SCADA、DA、DPAS、DWM、线损分析等应用。系统具备模块和应用的统一管理，数据的统一采集、存储、访问和发布，图模一体化的作图软件，报表工具，权限管理，告警处理，WEB发布等服务。

　　(3) 安全性

　　根据《电力二次系统安全防护规定》，将配网自动化主站系统放置于生产管理区， WEB服务器放置于管理信息区与公司MIS网连接提供WEB浏览服务，用正向电力物理隔离装置隔离生产管理区与处于管理信息区的MIS网的连接。

　　(4) 开放性

　　配电自动化主站系统可以与第三方软件系统实现信息交换，提供与地区调度SCADA系统、地区电能量计量系统、负荷管理系统等其他外部系统的数据共享接口。

　　3.2 系统结构

　　黄山配网自动化系统采用分层分布式体系结构，由主站、子站和配电终端三个层次组成：

　　主站层

　　配电监测主站接收来自DTU、FTU、TTU终端上传的数据，同时采集地区电网SCADA系统转发的数据，获取电网的实时信息，分析电网的运行状态，协调配网运行方式、负荷分配及故障处理，对配电网进行有效的控制、管理，使整个配电网处于最优的运行状态。

　　子站层

　　子站的主要任务是作为配电监测采集数据的交换中心，实现各种实时信息通过光纤环网等方式从配电终端及配变监测设备上采集实时数据并转发到主站层。

　　配电终端层

　　配电终端层是利用现代电子技术设计生产的配电设备，采集各种配电网的实时数据信息，主要任务是负责对开闭所、环网柜、柱上开关、配电变压器等配电一次设备进行数据采集和数据发送。

    3.3 网络拓扑

　　3.4 主站系统

　　主站系统负责接收从各个DTU、FTU、TTU终端传来的数据，同时采集地区电网SCADA系统转发的数据，获取10kV出线及断路器的实时信息，从整体上对地市供电管辖的配电网进行监视和控制，分析电网的运行状态，协调配网运行方式、负荷分配及故障处理，对配电网进行有效的控制、管理，使整个配电网处于最优的运行状态。

　　3.4.1 主站硬件

　　主站系统由DSCADA服务器，前置服务器，通信服务器，WEB服务器以及一系列工作站、网络及安全设备及其它服务设备等组成，不同的设备分担系统不同的任务，支撑整个系统的运行。

　　1)DSCADA服务器

　　配置主备DSCADA服务器，安装有商用数据库管理系统，负责存储采集和处理后的数据，供分析应用使用。

　　2)前置服务器

　　配置主备前置服务器，负责采集DTU，FTU，TTU等终端的数据，

　　3)通信服务器

　　采用一台高性能服务器，负责承担与其它系统的互连。

　　4) WEB服务器

　　负责向MIS网发布配网自动化系统的实时及历史数据。

　　5)配电调度工作站

　　安装操作系统及配网DSCADA软件。用于对整个城区配电网的调度和故障管理。正常情况下，实时显示配电环网的信息，了解网络的运行状况。

　　6)维护工作站

　　工程师工作站安装配网维护软件,用于实现对整个自动化系统运行状况的维护(包括远程诊断)和数据库的管理，图表绘制和新应用程序的开发等。

　　7)硬件防火墙

　　硬件防火墙采用双进双出的配置，用于与地区调度SCADA系统连接;用于主网与配变前置服务器连接，保证主网的安全性;用于通信服务器与其他系统接口的连接。

　　8)网络安全隔离装置

　　作为WEB数据服务器与主站系统之间连接的物理隔离装置。保证DSCADA主站系统数据单方向转给MIS网。

　　9)网络交换机

　　提供主站系统双网运行环境，提高网络可靠性。

　　3.4.2 主站软件

　　采用网络通讯方式，以SCADA/DA为主体的实时监控功能独立运行，GIS、电网分析计算功能独立运行，各功能模块内核采用基于面向服务架构的一体化设计，保证信息的可靠、高效、优质共享。采用标准接口，易于系统的扩展，支持调度SCADA、馈线自动化FA、配电高级应用分析(DPAS)、WEB等功能。

　　软件配置

　　配网自动化系统软件：监控系统DSCADA软件，前置机软件，数据库配置软件，人机界面软件，图模一体化绘图软件，Web发布软件，与其他系统的接口软件。

　　系统软件：服务器采用Windows2008 Server企业版;前置机采用Windows 2008 Server;工作站采用Windows XP Professional;数据库软件采用Oracle10g。

　　3.5 通信系统

　　黄山配网自动化系统通信包括主站与子站、主站对现场终端、子站对现场终端、子站之间、现场终端之间的通信等广义的范围。通信是实施配网自动化的一个重点和难点，区域不同、条件不同，通信方案也多种多样，本期项目，集光纤、无线GPRS以及无线自组网混合通信方案。

　　1、SDH骨干传输层

　　利用变电站，开闭所建设的SDH光环网，采集变电站，开闭所的实时数据，再通过RS485、无线自组网通信，汇集周边配变监控终端的数据，在上传至配网自动化主站。

    2、光纤接入

　　本层采用工业级总线型数据光端机。充分利用了光纤传输的带宽优势，在一个系统中可同时传输高达八种异步数据业务，而每种业务基于总线方式通信;在本系统中主要负责FTU/TTU/DTU等终端业务的接入。

　　3、GPRS无线接入

　　配变监控终端连接移动GPRS无线通信基站，在与基站建立连接并经过相关的处理和验证后，建立访问 Internet 的通道。最后通过该通道与主站系统建立数据通信。现城区920台配变监测终端采用的该通信方式。

　　4、无线自组网接入

　　工作于2.4G ISM频道，采用多跳组网和128位AES加密技术，实现城区500台配变监控终端与主站的数据通信。

　　3.6 终端设备

　　配电终端是配网自动化系统中的重要组成部分，开关的分/合操作，无功补偿，负荷控制等控制功能均通过终端进行操作。黄山配网自动化系统涉及到的馈线自动化，配变监控，开闭所/环网柜监控等一系列功能，是通过不同的配电终端实现的。

　　3.6.1 PFTU2000-A远动型馈线终端

　　PFTU2000-A终端用于10KV馈线开关监控的自动化装置，该装置可精确监测配电网馈电线路运行状态，及时检测配电线路的馈电线路的故障，并配合主站实现故障定位、隔离和非故障区域的供电恢复，实现配电网络重构，提高供电可靠率。

　　3.6.2 PTTU2000-A2配变监控终端

　　PTTU2000-A2终端安装于变压器低压侧，一方面实现配电变压器的交流采样监测，电量统计与计算的基本功能;另一方面，配合低压无功补偿柜，实现无功的自动补偿。通信采用移动GPRS无线通信与无线自组网两种通信方式。

　　3.6.3 PDTU2000-B开闭所监控终端

　　PDTU2000-B用于开闭所。采集开闭所所有母线、进线、出线电压电流和开关状态，传输至中心单元。并接受中心单元命令，控制分段开关开合。并能够判别故障，发送故障指示信息。

　　4 系统功能

　　黄山供电公司配电自动化系统建设在考虑到未来三到五年的发展的情况下，以“三遥”为目标，分布实施配电自动化。最终达到满足现代化需求的配网自动化系统，目前，该系统实现了如下功能：

　　4.1 数据采集与处理

　　实时采集电压、电流、零序电压、电流、谐波、有功功率、无功功率、功率因数。

　　处理输出每15分钟电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、油温、频率。

　　实时采集开关状态、事故跳闸信号。

　　实时采集通道状态信号、终端状态信号。

　　按年、月、日统计过压/欠压的累计时间、三相电压最大/最小值及其出现时间、三相电流越上限累计时间、三相电流最大/最小值及其出现时间、供电时间、功率、分时段有、无功电量及总加

　　能抄收电能表正反向、有无功、峰谷平等多费率指数，为集中抄表系统提供信道

　　4.2 控制与故障处理

　　控制开关的分合闸

　　能实现闭锁控制功能

　　能实现电容器的自动投切控制

　　实现故障区段自动判断、故障隔离

　　自动恢复非故障区段供电

　　实现网络重构的辅助决策。

　　4.3 系统维护与管理

　　配网自动化主站实现远方对子站及终端诊断、维护和参数设置。

　　系统对各运行子站、设备、终端统一时钟。

　　主站实现对终端故障率计算、投运率统计、安全天数统计，并可对终端分组管理。

　　系统能方便的查询、修改、维护数据库，具有数据库的分析和检索功能。

　　具有通信信道管理功能。

　　系统的安全管理功能。

　  4.4 事件记录、报警分析管理

　　提供事件顺序记录。

　　系统提供事件预告报警，如开关量状态变位，SOE信息报警、保护事件报警等。

　　系统实现事件预告报警的方式有推图、语音、中文短信等方式。

　　4.5 电能质量分析及指标管理

　　系统能查询电压、电流最大值、最小值及其发生时间，电压越上/下限起/止时间及当次越限值、相标记，停电或缺相时起止时间、累计时间，电流越上限的累计时间、电流过流起/止时间及当次越限值(每日存最大5次)

　　设置考核点电压定值，显示电压考核曲线，电压合格率统计、过压/欠压累计、电压监测总时间，供电可靠性统计，终端供电时间统计

　　三相平衡率分析计算，最大三相不平衡及其发生时间，有功/无功电量、总有功/无功电量，有功、无功最大需量及其发生时间，最大/小负荷系数及出现时间、负荷系数占时间比例，功率因数占时间比例及平均功率因数，无功潮流分析。

　　统计、查询、输出电能质量考核数据，谐波分析与统计。

　　4.6 人机界面

　　主站界面要有下列画面显示：配电网络图、开闭所、配电所、中压用户一次接线图，终端或终端组的实时数据统计、查询、汇总、分析、故障上报，处于告警状态及功率为零的所有终端用户统计。

　　主站界面要有下列画面操作：主要事件顺序显示，异常或用户定义事件报警，终端用户属于那些终端组查询，终端远程对时、生成与修改各项图形报表和曲线，实现存储、浏览与打印，图形编辑。

　　Web发布功能：实时信息、历史、计划曲线自动刷新显示;各种数据查询、报表显示、报警和各种事件显示。

　　4.7 报表应用

　　报表编辑：根据数据库的结构表，根据用户的具体要求方便的设计相应的报表，并能灵活的定义、修改、自动召唤生成和打印所需的各种形式报表。

　　报表打印：所有的报表既可以自动方式生成，也可以人工方式生成。可定时打印、召唤打印及异常及事故打印。

　　4.8 高级应用

　　配变台区、线路日、月、季、年线损率自动统计分析功能

　　线损率越限自动报警功能。

　　具有配网分区、分线、分台负荷实测、统计分析，线损分析，提出配网、线路、变压器增容改造建议等功能

　　配网和台区的月、季、年无功补偿投运率、投运量和经济效益分析功能。

　　网络拓扑分析，电压/无功分析及优化，负荷预测，网络优化。

　　4.9 数据传输交换与共享

　　实现与配电子站和远方终端通信，与调度自动化系统通信，与管理信息系统交互信息，与用电管理系统、地理信息系统交互信息，与其他系统交换信息。
 
    5 应用

　　黄山配网自动化系统投运以来，黄山供电公司在馈线自动化、配变监测、线损管理、运行方式优化上进行了广泛的应用，具体表现在：

　　馈线自动化：实时监测城区10kv线路的运行状况，快速完成故障定位和故障类型判别，协助配调人员快速完成故障区域隔离和非故障区域的恢复供电，减少了停电时间，提高了供电的可靠性;

　　配变监测：实时监测配电变压器负荷数据，便于及时掌握配网运行情况，对配变运行中的异常和故障做出及时处理;并通过报表查询，使配调人员了解配变负荷状况，及时转移部分重载、过载配变负荷，有效防止变压器过负荷引发的事故。

　　自动无功补偿：通过对配电变压器实时数据的采集分析，及时准确控制无功补偿电容的投切，自动进行无功补偿，有效改善电压合格率。

　　线损管理：通过配电变压器电量数据的接入，实现了台区、线路线损自动实时统计分析、线损率越限自动报警等功能，在线损管理方面起到了重要作用。

　　运行方式优化：通过系统提供的负荷数据，配调人员对往年重载线路进行统计，采用配网改造和接线调整的方式，对负荷优化平衡，保证迎峰度夏期间这些重载线路无过载情况，增强了供电可靠性。

　　综上所述，黄山配网自动化系统有效提高了黄山供电公司供电质量和配电网管理水平，满足客户的用电需求,具有一定的推广应用前景。