自動化論文配電電纜自動化改造方案

　　目前電纜線路一般由專業化部門管理，自動化系統的建設要為生產管理服務。在本篇自動化論文中的架空線路落地改造試驗項目中，采用在專業電纜運行管理部門設立遠程工作站的方式，使運行人員及時掌握電纜運行情況。在電纜化配網形成一定規模時，將電纜運行管理部門的遠程工作站升級成帶調度管理功能的集控站，以類似開閉所集控站的運行方式，實施對環網柜出線的調度管理，提高電纜配網的運行水平，確保安全。

　　《電力自動化設備》(月刊)創刊于1973年，是由中國華電集團公司主管，南京電力自動化研究所有限公司、國電南京自動化股份有限公司主辦，國內外公開發行的專業科技期刊，創刊以來一直堅持面向科研、面向制造、面向應用的辦刊方向�！峨娏ψ詣踊O備》是第三屆國家期刊獎提名獎獲獎期刊，中國電力教育大學院(校)長聯席會信息指定發布期刊，中文核心期刊，中國科學引文數據庫(CSCD)收錄期刊，RCCSE權威期刊，中國科技核心期刊，美國工程索引(Ei)核心期刊，英國《科學文摘》(SA，INSPEC)收錄期刊，俄羅斯《文摘雜志》(AJ，VINITI)收錄期刊，美國《劍橋科學文摘》(CSA)收錄期刊。

　　一、配網現狀分析

　　某城區現有10kV架空配電線路數百條，配電變壓器過萬臺，柱上開關千余臺，電力電纜千余條，開閉所120余座，部分實現了配電自動化系統。該系統安裝分段開關、聯絡開關和與之配套的FTU數百臺。近年來，配電網自動化系統在日常電網的運行、檢修和處理電網事故的過程中發揮了巨大作用。通過幾年的實踐，認識到配電自動化系統的建設既要立足當前，又要著眼長遠。要將城市電網規劃納入國家電網發展的整體規劃，做到網架結構合理，自動化功能配置合理，通信方式適合。

　　實施架空配電線路落地后的自動化改造，面臨著新技術、設備、施工和資金等方面的困難。在電纜化線路自動化改造過程中要著重對以下關鍵技術進行研究：(1)針對城市電網的特點做好一次電纜網架的規劃和設計;(2)規劃設計方案做好一次設備，如環網柜、電纜分支箱、開關站的選型與自動化控制終端的電氣接口、技術參數選擇;(3)對落地后的自動化終端設備結構、防水、防潮等進行研究，確定其使用條件和運行、維護規范;(4)針對電纜化線路的運行特點合理配置自動化系統功能;(5)對配電自動化的通信組網方式進行研究，確定適宜的自動化通信方案。

　　二、自動化系統基本功能

　　配電電纜網自動化系統是配電網自動化系統的一個子系統，將來要納入生產管理平臺。系統設計全面遵循IEC 61970/61968國際標準，以SCADA為基礎，以配網調度作業管理為核心，全面提高配網調度管理水平。電纜配電網的自動化系統主要功能與架空線自動化系統基本相同，但要有所側重和區別。

　　(一)數據采集、實時監控與操作功能

　　全面支持配電子站與環網柜監測裝置(DTU)的數據通信、處理和交換;提供智能和靈活的故障恢復策略，可以提出多種恢復方案進行人工選擇，盡量避免直接控制，進行故障恢復;通用、快速、靈活，可以處理多點故障。

　　(二)針對電纜化線路設定一些特定功能

　　在環網柜中開關不能配置刀閘，對于開關的合/分狀態應增加狀態指示裝置;對于電纜分支線路應增加檢測，避免形成合環;對于形成故障的分路開關應增加鎖定功能。

　　三、配電網廠站及終端設備的自動化

　　(一)配置原則

　　配網電纜化后，因電纜饋線引起的故障很少，溝道敷設的電纜多年也不會發生故障。直埋電纜容易遭受外力破壞而引起事故。電纜化配電網的故障則主要來自用戶側，如過電流、過負荷等。

　　根據電纜化配電網的這些特點，相應的自動化配置和功能也要與之相適應。配網自動化要以配網正常運行的監測、調度控制以及主產管理為主要目標，進行相應的功能配置。對用戶側設備要實施監測，有關信息能準確上報，系統可以判斷出故障區段和故障用戶線路�？梢圆扇「鞣N靈活方便、快捷可靠的方式隔離故障，恢復供電。不宜為追求自動快速隔離故障和恢復供電而改造大量設備，投入太大的資金，要以實用為原則。

　　(二)配網變電站、開閉所的自動化

　　變電站、開閉所是10kV電纜配網的電源點。變電站一般采用綜合自動化裝置實現自動化。要將變電站10kV饋線的遙測、遙信，事故、故障信息送到配網調度主站，實現運行監測。變電站10kV饋線的出線開關調度權設在配網調度中心，以便統一調度和處理故障。設在變電站操作隊的控制操作，由配網調度下令操作。

　　采用斷路器的開閉所(K形配電站)，最好采用綜合自動化裝置。所有遙測、遙信，事故、故障信息接入配網調度主站，主站實現對開閉所的調度遙控。

　　采用負荷開關的開閉所(P形配電站)，通過環網柜監測裝置(DTU)實現遙測、遙信及事故監測(過電流等)，負荷開關所配熔斷器要有輔助接點，熔斷器熔斷后信息可以上報。所有信息接人配網調度主站，主站實現對開閉所的調度遙控。

　　(三)環網柜的自動化

　　環網柜是電纜饋線實現分段和互聯的節點，也是電纜環網實現自動化的終端現場。沒有終端現場的自動化，就沒有電纜環網的自動化。

　　采用斷路器的用戶室/環網柜，最好采用綜合自動化裝置。不具備安裝綜合自動化裝置的，可以采用DTU裝置。所有遙測、遙信及事故故障信息接入配網調度子站/主站，主站實現對環網柜的調度遙控。

　　采用負荷開關的環網柜，可采用DTU裝置實現自動化，實現環網柜的遙測、遙信及事故監測。負荷開關所配熔斷器要有輔助接點，熔斷器熔斷后信息可以上報，用于判斷故障。負荷開關應具有電動操作機構，以便主站實現對開閉所的調度遙控。DTU除了上傳相關信息，還要就地清晰地指示出故障線路，方便事故檢修。

　　簡單的自動化是給環網柜各進出線安裝故障指示器，各線纜故障信息就地顯示，也可以上傳，這種方式不能實現正常的運行監視。

　　(四)環網柜與DTU的接口

　　1.環網柜開關要具有電動操作機構，操作電源也可以是AC220V、DC24V、DC220V等。

　　2.環網柜要提供自動化設備的安裝位置，用于DTU和PT的安裝。

　　3.在環網柜進出線側建議加裝環氧樹脂干式PT，群帶熔斷器，作電源和測量用。PT電源輸出為AC220V，視在功率為800 v·A;PT測量輸出為ACIOOV，精度為0.5級。PT要封閉安裝，利于安全和維護。

　　4.停電后需要操作的環網柜需加裝電池，電池容量按時間要求確定。

　　5.環網柜每個開關提供位置輔助接點一個，

　　74接地刀輔助接點一個。負荷開關配套的熔斷器應該提供輔助接點一個。

　　6.每條進出線加裝兩相保護CT(A、C相)，精度為2～5級。

　　7.DTU與環網柜安裝時要良好接地，接地電阻小于10Ω。

　　(五)電纜溝道的監測

　　配電網電纜一般以溝道敷設和直埋為主，電纜線路運行中很少發生故障，大部分線路故障與外力破壞有關。因此，在自動化系統的設計中應重點加大電纜運行監測功能。

　　1.電纜接頭溫度的監側

　　電纜接頭、開關刀口是電纜的故障多發點，在電纜接頭、開關刀口附近安裝溫度傳感器，信息接入DTU，通過配電自動化上傳至主站顯示報警，及時發現設備的發熱點，消除隱患，將電纜故障消滅在萌芽之中。

　　2.電纜溝道的監視

　　在電纜溝道裝設紅外感應器等裝置，監視溝道人員活動情況，將信息接入DTU，上傳至主站顯示報警。

　　四、電纜化線路自動化的通信方案

　　通信是配網自動化的關鍵，也是建設和運行維護的難點。通信系統的建設，要因地制宜，將運行維護作為設計的重要因素考慮，采用各種通信方式，建成可靠實用的通信系統，節省投資，提高了通信設備利用效率，通信一步到位。

　　配電終端單元至配電子站的通信有光纖、音頻電纜、CPRS/CDMA、電纜載波等多種方式，各有利弊。

　　(一)復合光纜通信方案

　　隨著城市配電網電纜化的實施，要求其自動化系統通信通道也相應進行改造，在建有永久溝道的電纜化改造工程中，將架空光纜或電纜改為溝道敷設是一種可靠性高、容易維護管理的方案。

　　目前，已有在220kV電纜中復合光纜的產品，每千米造價約增加1萬元左右，完全可以推廣到10kV電纜中，使電纜化線路的自動化系統通信組織變得簡捷、可靠、造價低廉。

　　光纖自愈環網有單環網和雙環網。理論上，雙環網可靠性更高，但設備價格更高，光纖資源多占用—倍。

　　FTU/DTU與配電子站的通信采用光纖自愈環網方式，接口為RS-485/232，速率為600～19200hit/s，通信規約為IEC 60870-5-101。

　　每臺FTU，DTU及配電子站分別配置一臺自愈型光Modem，每個光Modem具有4個以上RS-232/RS-485端口，其中一個RS-232端口用于集結FFU/DTU信息，其余端口用于溫度監測備用。

　　采用以上組網方式和設備配置，當光環的一點出現斷點時，信息依然可以傳至配電子站，大大提高了系統的可靠性。

　　(二)GPRS/CDMA通信方案

　　GPRS/CDMA支持多種數據通信業務，是無線技術和網絡技術的融合。GPRS/CDMA承載IP、X.25等業務類型。提供主站到多點、點到多點的無線數據通信業務，是城區取代其他無線電臺數據通信的理想方案。利用GPRS/C DMA技術無須建設專用的通信系統，建設投資小，信道租用費用適中。對通信實時性要求不高、數據量不大的通信需求是較為理想的選擇。由于GPRS，CDMA的這些特點，目前在電力負荷監控、電量抄表等領域得到廣泛應用。

　　點對點方式一般適用于終端少、通信數據量少、實時性要求不高的場合。

　　中心對多點方式適用于終端多、通信數據量大、有一定實時性要求的場合。主站系統和GPRS/C DMA數據中心有拉專線的接入點方式和通過Internet的VPN方式。APN方式不和Intemet發生關系、更加安全可靠。而VPN方式則更加經濟、靈活。目前，采用VPN或DVPN方式的安全性已不存在問題。

　　(三)載波通信方案

　　載波通信借助電力電纜屏蔽層，以自身的電纜資源進行數據傳輸，故不需要再投資敷設新的通信電纜或昂貴的無線數據傳輸系統，因此可以成為配電自動化通信的可選方式之一。

　　城市配電電纜網絡常采用“手拉手”環網方式供電。由于中壓“手拉手”環網結構的電力電纜被分成多段組成環網鏈結構，每一個電纜分段處和電纜分支箱處的電纜屏蔽層都需要接地，這對需要跨越電纜分段處和電纜分支箱處的電纜屏蔽層載波通信相當于“信號接地短路”，給利用電力電纜屏蔽層通信傳輸配電自動化數據帶來很大的技術難題�？尚械募夹g方案有：(1)利用電力電纜屏蔽層高頻網橋實現載波組網通信;(2)利用載波中繼技術實現分級組網。

　　實際上，在系統建設中可以采用靈活方便的組合方式，在溝道中普遍采用光纜通信。在光纜敷設困難，而且無線信號場強滿足的地方，將GPRS，CDMA作為一種補充。

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