配电网自动化系统的设计与应用.docx

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配电网自动化系统的设计与应用

西南交通大学

本科毕业设计（论文）

福州鼓楼区配电网自动化系统的设计与应用

年级:

2009级

学号:

09835847

姓名:

邱守成

专业:

电气工程及其自动化

指导老师:

贺建闽

2011年5月

院系电气工程学院专业电气工程及其自动化

年级2009级姓名邱守成

题目福州鼓楼区配电网自动化系统的设计与应用

指导教师

评语

指导教师（签章）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩委员会主任（签章）

年月日

毕业设计（论文）任务书

班级2009级电气学生姓名邱守成学号09835847

发题日期：

2011年3月10日完成日期：

2011年5月30日

题目福州鼓楼区配电网自动化系统的设计与应用

1、本论文的目的、意义随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。

因此，需要结合电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高配电网的管理水平，为广大电力用户不间断的提供优质电能。

配网自动化是西方发达国家70年代提出的概念，目前在日本、欧美已得到了充分发展。

国内也有了很多的尝试，但主要集中在城市。

对于配电自动化，《配电系统自动化设计导则》中针对其特点给出了很确切的定义：

“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电荷配电管理的现代化”。

配电自动化系统（DAS）在纵向结构分属于配电管理系统（DMS），横向与110KV变电站综合自动化、调度自动化、电力MIS等紧密关联。

从目前实施的需求和现状看，配电网自动化实行的模式应是SCADA与GIS合一，“营配合一”，且与地调、电力MIS等紧密集成的系统。

配电网自动化系统的功能应包括配电网络的数据采集与控制（SCADA），馈线自动化（FA，即故障定位、隔离、非故障区段的供电恢复）、负荷管理、地理信息系统（AM/FM/GIS）、配电应用分析（PAS）等。

配网自动化系统的特点是：

信息量大；在线分析和离线管理紧密结合；应用分析和终端设备紧密结合；一次设备和二次设备紧密结。

配网自动化系统的优点和建设的必要性：

（1）配电自动化系统可以极大地提高供电可靠性、缩短故障时间、改善电压质量，以最优电压提供给用户，并可减轻运行人员的劳动强度。

（2）可以使运行人员经常地掌握配电系统的状态（如系统的构成，开关的开合状态，负荷电流，事故发生的情况等）。

（3）可以使配电系统在停电时，包括事故停电和施工停电，能够显示停电的状况，计算停电后恢复送电的方法，并自动进行开关的操作，从而使配电系统的运行和维护合理化，并可迅速处理用户和系统的一切反应。

（4）可以捍高整个配电系统的管理水平，提高工作效率，改善用户服务水平。

2、学生应完成的任务

第一步：

全面掌握相关的理论基础，积极收集材料，拟定大纲

第二步：

依据指导老师修改后的论文提纲编写论文

第三步：

向指导老师提交初稿

第四步：

依据指导老师对论文反复修改

第五步：

论文定稿并对论文进行装订

第六步：

对论文答辩进行准备

3、论文各部分内容及时间分配：

（共12周）

第一部分绪论（1周）

第二部分理论综述（2周）

第三部分鼓楼区配电自动化系统总体设计（4周）

第四部分鼓楼区配电自动化系统工程应用与实施（4周）

评阅其答辩（1周）

备注

指导教师：

年月日

审批人：

年月日

摘要

随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。

因此，需要结合电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高配电网的管理水平，为广大电力用户不间断的提供优质电能。

论文分析了配网自动化系统的特点，并通过对配电网自动化系统的整体结构的设计研究，给出了鼓楼配电网自动化系统的具体设计与应用。

本文研究的是系统的总体结构设计以及配网测控终端设备单元、配电测控终端的基本功能、配电子站、配电主站、通讯方式；给出了系统的总体规划、线路规划、通信规划、主站系统规划、配变监测规划；给出了配调SCADA、馈线自动化（FA）、配网高级应用（DPAS）功能设计化；结合鼓楼供电公司的实际情况对通信网络以及配电网自动化和调度自动MIS等系统的应用接口进行了设计等。

按照设计的方案，鼓楼供电公司配网自动化系统已建成并投入了生产运行，取得了较明显的成效，该系统为也为配网自动化在其他供电企业的应用起到了示范作用。

关键词：

供电配网自动化设计

Abstract

Withtherapiddevelopmentofthenationaleconomyandthedeepeningofreformandopeningup,powerqualityandpowerusersareincreasinglydemandinghighreliability,voltagefluctuationsandshort-termpoweroutagecancausehugelosses.Therefore,theneedtocombinepowergridsinthedistributionnetworktoachievedistributionautomation,toimprovethedistributionnetworkmanagement,forthemajorityofelectricitycustomerstoprovidequalityuninterruptedpower.

Thispaperanalyzesthecharacteristicsofdistributionnetworkautomationsystem,andthroughthedistributionnetworkautomationsystemdesignoftheoverallstructureofthegiventowerofdistributionautomationsystemandapplicationspecificdesign.Thisstudytheoverallstructureofthesystemdesignanddistributionnetworkmonitoringandcontrolunitofterminalequipment,powerdistributionmonitoringandcontrolthebasicfunctionsoftheterminal,withelectronicstation,switchingthemainstation,meansofcommunication；giventhesystem'soverallplanning,routeplanning,communicationsplanning,themastersystemplanning,distributiontransformermonitoringplan；givencontrolledinSCADA,feederautomation（FA）,advancedapplicationdistributionnetwork（DPAS）offunctionaldesign；withtheactualsituationofthepowercompanytoweroncommunicationsnetworksandpowerdistributionautomationMISandschedulingsystemssuchasautomaticapplicationofinterfacedesignandsoon.

Bydesigntheprogram,theDrumTowerpowerdistributionautomationsystem,thecompanyhasbeenbuiltandputintoaproductionrun,andachievedobviousresults,thesystemfordistributionautomationapplicationsintheotherpowersupplyenterprisesplayedanexemplaryrole.

Keywords:

Powersupply；distributionautomation；Design

第1章绪论

1.1选题意义

随着国民经济的高速发展和改革开放的深入，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电压波动和短时的停电都会造成巨大的损失。

因此，需要结合电网改造在配电网中实现配电自动化，以提高配电网的管理水平，为广大电力用户不间断的提供优质电能。

配网自动化是西方发达国家70年代提出的概念，目前在日本、欧美已得到了充分发展。

国内也有了很多的尝试，但主要集中在城市。

对于配电自动化，《配电系统自动化设计导则》中针对其特点给出了很确切的定义：

“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电荷配电管理的现代化”。

配电自动化系统（DAS）在纵向结构分属于配电管理系统（DMS），横向与110KV变电站综合自动化、调度自动化、电力MIS等紧密关联。

从目前实施的需求和现状看，配电网自动化实行的模式应是SCADA与GIS合一，“营配合一”，且与地调、电力MIS等紧密集成的系统。

配电网自动化系统的功能应包括配电网络的数据采集与控制（SCADA），馈线自动化（FA，即故障定位、隔离、非故障区段的供电恢复）、负荷管理、地理信息系统（AM/FM/GIS）、配电应用分析（PAS）等。

配网自动化系统的特点是：

信息量大；在线分析和离线管理紧密结合；应用分析和终端设备紧密结合；一次设备和二次设备紧密结。

配网自动化系统的优点和建设的必要性：

（1）配电自动化系统可以极大地提高供电可靠性、缩短故障时间、改善电压质量，以最优电压提供给用户，并可减轻运行人员的劳动强度。

（2）可以使运行人员经常地掌握配电系统的状态（如系统的构成，开关的开合状态，负荷电流，事故发生的情况等）。

（3）可以使配电系统在停电时，包括事故停电和施工停电，能够显示停电的状况，计算停电后恢复送电的方法，并自动进行开关的操作，从而使配电系统的运行和维护合理化，并可迅速处理用户和系统的一切反应。

（4）可以提高整个配电系统的管理水平，提高工作效率，改善用户服务水平。

1.2本文的主要内容

由于配电网自动化系统的结构庞大，所涉及的领域复杂，本文仅以鼓楼供电公司配网自动化系统工程建设为背景，主要针对鼓楼区公司配电网自动化系统目前主要关注的几个部分进行研究，并完成鼓楼配电网自动化系统的应用设计。

1.3论文研究框架

第2章理论综述

2.1配网自动化系统总体结构

现行的配电网自动化系统多采用分层分布式体系结构，主要由三部分组成：

主站层、配网子站层、配网测控端设备层。

主站层是配网自动化系统监控及信息管理层。

配网子站层是区域工作站层。

配电网测控终端设备层是整个配电网自动化系统的的基础，其主要完成户外柱上开关、环网开关柜、箱式变电站、配电变压器、配网开闭所、配网小室等各种信息的采集处理及监控功能。

2.2配网测控终端单元

目前的远方测控终端主要包括馈线远方终端、配电变压器远方终端、配电自动化远方终端。

一、配网测控终端设备

（一）馈线远方终端

馈线远方终端包括FTU（FeederTerminalUnit）和DTU（DistributionTerminalUnit）。

FTU安装在配电网馈线回路的柱上、开关规等处，DTU安装在开闭所、配电所等处，具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测功能。

（二）配变远方终端

TTU（TransformerTerminalUnit）是应用于配电变压器的各种运行参数采集、测量的远方终端。

二、测控终端的基本功能

（一）三遥

遥测（YC）。

遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等，遥测功能常用于：

①变压器的有功和无功采集；②线路的有功功率采集；③母线电压和线路信号电流采集；④温度、压力、流量等采集；⑤频率采集；⑥主变压器油温采集和其他模拟信号量采集。

遥信（YX）。

一般采用无源触点方式，即某一路遥信量的输入就是一对继电器的触点，或者是闭合，或者是断开。

通过YX端子板将继电器触点的闭合或断开转换成低电平或高电平信号送入子站处理。

遥控（YK）。

一般采用无源触点方式，要求其正确动作率大于99.99%。

所谓YX的正确动作率是指其不误动作的概率，一般拒动不认为是不正确。

遥控功能常用于断路器、柱上开关等的分、合和电容器、电抗器的投切以及其他可以采用继电器控制的功能。

（二）事件顺序记录（SOE）

事件顺序记录的一项重要指标是时间分辨率。

分辨率可分为站内和站间两种。

SOE的站内分辨率，是指在同一子站（RTU）内，顺序发生一串事件后，两事件间能够辨认的最小时间。

SOE的站内分辩率一般要求小于5ms。

其分辨率的大小取决于子站的时钟精度和获取事件的方法，这是对子站的性能要求。

SOE的站间分辨率，是指各子站（RTU）之间顺序发生一串事件后，两事件间能够分辨的最小时间，这取决于系统时钟的误差及通道延迟的计量误差等。

SOE的站间分辨率一般要求小于10ms，这是对整个自动化系统的性能要求。

（三）系统时钟校对

配电子站（FTU）间SOE分辨率是一项系统指标，它要求各子站/FTU的时钟与高度中心的时钟严格同步。

目前，采取的措施有：

用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时，有效的保证SOE分辨率指标。

这种方法需要在各站的站间点安放GPS接收机、天线及放大器，并通过通信口和子站等相连。

采用软件对时，SC1801、CDT、DNP、IEC104、IEC101等通信规约提供了软件对时手段。

软件对时由于受到通信速率的影响，需要采取修正措施。

采用软件对时的方法不需要增加硬件设备。

（四）自恢复和自检测

配电子站、FTU，DTU等作为配电自动化的数据采集单元，必须确保保持持续稳定地完成和SCADA的通信，上报当前采集情况并接收主站系统下达的各项命令。

但子站、FTU，DTU处于一个具有强大电磁干扰“跑飞’或通信瞬时中断等异常情况，若不加特殊处理，均有可能造成子站、FTU死机，因此要求子站、FTU，DTU在遇到上述情况时，要在较短的时间内自动恢复，重新开始执行程序。

（五）通信功能

通信要求子站、FTU，DTU能将采集到的信息上报并接受上一级设备的命令。

通信应具有支持多种规约及多种通信信道的功能。

（六）故障检测功能应具有故障信号捕捉能力，并具备故障区域的定位、隔离和非故障区域恢复供电能力。

2.3配电子站

配电子站的主要功能是负责管理其附近的环网柜、开闭所等配电站端监控设备，完成数据采集、当地监控等功能、将实时数据处理后转发至配电主站，并具备馈线监控的扩展功能。

2.4配电主站

配电主站主要实现配网控制中心的各种监视、控制、管理功能。

包括配电SCADA功能，各种数据量的采集、数据传输、数据加工、控制操作、事件报告等基本功能；地理信息系统（GIS）、各中高级应用软件（PAS）和需方管理功能。

第3章鼓楼区配电自动化系统总体设计

3.1建设对象及现状分析

鼓楼供电公司系福州供电公司所辖的区级供电公司，鼓楼公司实施配网自动化项目的范围为鼓楼区供电公司城区供电区域，鼓楼城区主要由铜盘变、福飞变2座变电所供电，鼓山变与铜盘变电所天峰线实现联络，本次建设的对象涉及10KV线路共5条。

其中铜盘变电所提供3条，分别为左海线、省军区线、天峰线；福飞变电所提供1条，为屏山公园线路：

鼓山变电所提供一条，为鼓岭站线。

形成1个手拉手及一个三电源网。

10KV配电线路均为架空线路，线路间存在一定的联络关系原联络开关都为油开关。

因此，本方案根据负荷的重要程度和数量对原分段进行调整并增加新的分段，原油开关更换为真空配电自动化开关。

3.2总体建设方案

根据鼓楼区线路的实际情况和公司对配电管理的实际需求，考虑建设较完整的配网自动化系统，由馈线自动化、管理主站、通信系统（光纤通信）和配电变压器监测（初步为10台）等构成，并考虑将来的发展。

采用保护型FTU断路器方案；沿线路敷设通信光缆组成双环自愈网接入配网主站；在局大楼设立配调主站，配调主站按照配调一体化的模式进行设计，同时预留向其它信息系统发布配网信息的功能。

3.3实施规划

结合鼓楼公司的实际情况，鼓楼区配电自动化系统工程可采取总体统一规划、分期分片实施的方式进行。

一期工程首先实施5条10KV线路的馈线自动化，实现该供电区域馈电线路的故障自动定位、隔离等。

建设完整的SCADA系统，配电网高级应用功能，同时实现部分的配电变压器监测（30台）。

二期可考虑向其他供电区域扩展，实施全区“配电调度及馈线自动化”，实现全区配电网络的监控调度自动化，同时完成馈电线路的故障定位、隔离和非故障区段的自动恢复供电。

因主要负荷均在支线，故二期可考虑对部分支线进行系统建设。

另GIS、其他配电变压器的监测以及大用户表的远程集抄等均放在二期进行建设。

3.4技术依据

本技术方案主要依据（但不限于）：

IEC60870-5-101

IEC60870-5-104

IEC61968

DNP3.0

DL/T451-1991远动设备传输规约

《地区级电网调度自动化系统功能规范》

《配电系统自动化规划设计导则》

《配网自动化技术规范》

《配电自动化及管理系统功能规范》

《国家电网公司城市电网自动化及通信系统技术导则》

3.5系统设计计划达到的主要技术指标

一、系统容量指标

系统的设计容量为：

可接入子站数256

可接入工作站数不限

终端数65536

模拟量655360

数字量655360

控制量655360

虚拟量不限

转发量不限

事故追忆不限

历史数据保存周期≧2年

二、系统可靠性指标

系统平均无故障时间（MTBF）>50000小时

系统可用率>99.99%

遥控正确率100%

遥信正确率>99.99%

网络负荷率<25%

计算机CPU负荷率：

电网正常时任意30分钟内平均小于30%；电网事故时10秒内小于60%。

三、系统实时性指标

遥测变化传输时间<5秒

遥信变化传输时间<3秒

事故变位报警响应时间<5秒

画面调用时间<2秒

系统数据刷新<5秒

命令响应时间≦3秒

事故推画面时间≦2秒

主、备机切换时间<30秒

SOE分辨率<5毫秒

系统对时误差<10毫秒

四、FTU性能指标

（一）环境参数

工作温度：

-40——85度（D级）

工作湿度：

5-95%

使用高度：

<1000m，符合DL478

（二）电气参数

交流电流：

5A、1A，功率消耗1VA/相

交流电压：

100V，功率消耗0.5VA/相

适用频率：

50HZ

直流电源：

24V

功率消耗：

（三）技术指标

动作速度：

<25ms

接点容量：

长期通过电流8A，切断电流0.3A（无保持条件下）

线路长度：

65km

过载能力：

电流回路：

2倍长期，10倍长期，40倍长期

电压回路：

1.2倍长期

保护装置：

电流<3%，电压<1%，角度<30度接点开入：

<2ms

测量装置：

电流0.2级，电压0.5级

五、TTU性能指标

（一）环境参数

工作温度：

-40-80度

工作湿度：

5-95%

（二）电气参数

电源：

220V（AC）

频率：

50HZ

功耗：

<15W

CT输入：

5A

PT输入：

220V

（三）技术指标

电流测量精度：

0.2级

电压测量精度：

0.5级

电量测量精度：

1级

第4章鼓楼区配电自动化系统工程应用与实施

4.1设计原则

一、配网自动化系统设计应在配电网规划的基础上，根据当地的电网结构、负荷密度、用户性质等，因地制宜地选择方案及设备。

二、实施配网自动化应优先考虑重要用户多、负荷密度高、线路供电半径合理、具备互连条件和用户对供电可靠性要求较高的区域。

三、对于未具备互连条件的配电网，可按就地控制方式实施。

四、配网自动化系统必须首先实现配电网监控功能，条件具备时可以扩展管理功能。

五、配网自动化系统主站宜与调度自动化系统二体化设计，规模较大的电网可统一规划、分别建设。

调度自动化系统尚未建设，不应先行建设配网自动化系统。

新建或改造调度自动化系统应综合考虑配网自动化需求。

六、配网自动化通信建设应与调度自动化通信、电能量采集通信等相结合，并留有裕量。

4.2规划方案

一、总体规划

（一）完整的配网自动化系统

结合鼓楼区城区配电网络实际和近期改造计划，城区配网自动化系统总体方案如图所示，本期工程选择三座变电所的四条馈线实施配网自动化，采用保护型FTU的断路器方案；沿线路敷设通信光缆组成双环自愈网接入配网主站；在局大楼设立配调主站，配调主站按照配调一体化的模式进行设计，同时预留向其它信息系统发布配网信息的功能。

系统采用三层模式，配置配电主站、配电子站和配电终端三层，是完整的配电自动化系统模式。

配电主站是配电自动化系统的控制和管理中心，主要完成对整个配网系统的实时数据、设备信息、电量信息、用户信息等进行汇总、人机交互、分析管理、与其它系统的信息共享以及FA等功能。

配电主站也可以作为区域控制中心，作为上级主站的一个节点与上级主站联网，与上级主站进行信息交换和共享。

配电子站是配电自动化系统的中间环节，在配电主站与配电终端（FTU、TTU等）之间，实现遥测、遥信、遥控等数据的收集及转发，完成所辖区域的故障识别、故障隔离和恢复供电即FA功能。

配电子站一般放在变电所，可以与变电所的RTU通信，通过RTU，采集出线开关的状态信息、保护信息和电量等信息，为馈线自动化提供判断依据。

配电终端是配电自动化系统数据采集和控制执行设备，具有遥测、遥信、遥控、数据远传等功能。

配电终端包括FTU、DTU、TTU等。

FTU、DTU除了正常远动功能外，还具有故障检测功能，并将故障信息送往子站和主站，与配电子站和配电主站一起，实现馈线自动化功能。

配变的信息由TTU采集，TTU利用GPRS模块通过移动公司数据网，将数据送往配电子站