刘健银河电力自动化股份有限公司
盛万兴中国电力科学研究院农电所
摘要：该文论述了农网配电自动化的五种典型模式，即：配电网故障指示系统、配电网信息系统、无主站馈线自动化系统、基于主站的配电自动化系统和一体化县调/配电综合自动化系统，并分别从功能和应用效果两个方面对所论述的五种典型模式进行了对比，还讨论了适合配电自动化的各种通信方式。
要害词：农村电网；配电自动化；典型模式
中图分类号：TM76 文献标志码：A 文章编号:1003-0867(2006)02-0005-04
配电自动化对于提高供电可靠性、确保电网安全和经济运行具有重要意义[1]。笔者对韩国、日本、法国、美国、新加坡等国外配电自动化系统的发展和应用状况都作过分析和研究，深深地体会到各国配电自动化的建设各有特色，但其共同点就在于追求实用化和投资收益[2]。国外许多地方的配电自动化系统正在使用的是近乎简陋的设备配置和通信方式，比如韩国已实施的200余套配电自动化系统全部基于WindowsNT技术和PC机[3]，没有采用UNIX操作系统和工作站，也没有采用大型数据库，大部分配电自动化系统甚至采用单机结构。但这些系统却具有非常丰富的实用功能，确实能够给电力公司带来较好的效益。农村配电网自动化系统的建设，更应注重投入产出，不盲目追求豪华、不搞花架子，因此应当根据实际情况，科学地选择恰当的模式。
1配电自动化的典型模式
农网配电自动化的典型模式包括：配电网故障指示系统、配电网信息系统、无主站馈线自动化系统、基于主站的配电自动化系统和一体化县调/配电综合自动化系统。
1.1配电网故障指示系统
配电网故障指示系统是通过安装故障指示器、故障报警器等装置，在配电线路发生故障时，相关人员通过人工巡视或根据上报的故障信息，确定故障区域的系统。该系统仅仅在故障时起作用。
配电网故障指示系统的基本模式的组成如图1所示。图中，圆圈表示柱上开关，实心代表合闸，空心代表分闸；矩形代表变电站中压出线开关；ID表示故障指示器，它仅具有在流过故障电流时反转变色的功能，它本身不具备远方数据通信功能，但是可与通信单元BC相连。
当开关J和K之间的区域发生故障时，开关B、C和J处的故障指示器（ID）变色，而其余开关处的故障指示器（ID）不变色，从而可以判定出故障发生在开关J和K之间的区域。
配电网故障指示系统的扩展模式的组成如图2所示。图中BC表示通信单元，MS代表主站计算机，MS可以通过通信单元BC与故障指示器ID相连，图中点线代表ID到BC的通信通道，虚线代表BC到MS的通信通道。当开关J和K之间的区域发生故障时，开关B、C和J处的故障指示器（ID）将故障信息上报到主站MS，根据这些信息可以判定出故障发生在开关J和K之间的区域。
与基本模式相比，扩展模式不必到现场巡示就可确定故障区域。
1.2配电网信息系统
配电网信息系统是通过安装数据采集终端设备和主站计算机系统，并借助通信手段，在配电网正常运行或发生故障时，向主站上报相关信息的系统。
典型配电信息系统的组成如图3所示。TU表示数据采集终端设备，它可以采集中压馈线开关的状态、流过开关的电流（或功率）、开关两端的电压以及故障信息，也可采集重要配电变压器的低压侧三相电压、三相电流、有功功率和无功功率等信息。典型地，TU和主站计算机MS之间采用GPRS或SMS通信。
1.3无主站馈线自动化系统
无主站馈线自动化系统不需要主站，通过自动化开关设备相互配合或采用“面保护”等措施，在配电线路发生故障时，实现故障区域自动判定和隔离，并自动恢复受故障影响的健全区域供电的系统。
无主站馈线自动化系统一般分为两种典型模式，即基于自动化开关设备相互配合馈线自动化模式和“面保护”模式。
有4种典型的基于配电自动化开关设备相互配合馈线自动化模式：即重合器和重合器配合模式[4]、重合器和电压-时间型分段器配合模式[1]、重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式[1]和“合闸速断”模式[5]。
“面保护”模式是一种发生在故障时通过相邻开关的智能控制器间的相互通信实现开关配合，跳开故障区域四周的开关，实现故障隔离并确保健全区域正常供电的技术。以图4所示的配电网为例论述故障的处理过程，图中的矩形框表示开关、其中实心的代表合闸、空心的代表分闸，每台开关分别和相应的面保护终端设备（FTU）相连，下面的数字为其编号，虚线代表通信线路，“A”和“B”分别代表FTU的上游和下游方向。
分段开关处的FTU具有速断保护功能，当速断保护启动后，FTU马上向其上游相邻FTU发送分闸闭锁报文、向其下游相邻FTU发送分闸报文；若速断保护启动且延时时间已到，或收到分闸报文，并且没有收到分闸闭锁报文，则FTU控制相应的开关分闸；若收到分闸闭锁报文，则FTU无论什么情况也不使开关分闸。
联络开关处的FTU在开关一侧失压并且未收到分闸报文的情况下，经过一段时间延时后合闸，若收到分闸报文，则即使一侧失压后延时时间到也不合闸。
假设故障发生在开关2和3之间，则FTU1和2检测到故障电流而启动速断保护。同时，FTU2向与其上游相邻的FTU1发出分闸闭锁报文、向与其下游相邻的FTU3发出分闸报文；FTU1向与其下游相邻的FTU2发出分闸报文。FTU2和FTU3随即马上驱动相应的开关分闸，FTU1因收到分闸闭锁报文而维持相应的开关处于合闸状态，经过一段时间延时后FTU4检测到其一侧失压而启动延时合闸计数器，FTU4在延时时间到了之后驱动相应的开关合闸。这样最终隔离了故障区段，恢复了受故障影响的健全区段供电。
基于自动化开关设备相互配合馈线自动化模式和“面保护”模式都可以进一步扩展，建设主站和通信网络，实现主站与终端设备（包括重合器、电压时间型分段器、过流脉冲记数型分段器、“合闸速断”控制单元和“面保护”终端设备）间的通信，并具有遥信、遥测和遥控等功能。
各种无主站馈线自动化系统的比较如表1所示。
1.4基于主站的配电自动化系统
基于主站的配电自动化系统是通过安装数据采集终端设备和主站计算机系统，并借助通信手段，在配电网正常运行时，实时监视配电网的运行情况并进行远方控制（遥控）；在配电网发生故障时，自动判定故障区域并通过遥控隔离故障区域和恢复受故障影响的健全区域供电的系统。
有主站配电自动化系统的监控对象主要包括：中压馈线开关、中压开闭所、配电网进线和重要配电变压器等。有主站配电自动化系统采用分层集结的策略，一般分为三个层次，如图5所示。
第一层为现场设备层，主要为馈线终端单元（FTU）、配变终端单元（TTU）和远动终端单元（RTU）等构成，这些设备统称为配电自动化终端设备。在柱上开关处安装馈线终端单元（FTU），完成对柱上开关的监控。FTU一般具有带光电隔离的开关量输入和交流采样功能，具有对时功能和定值远方下载和召唤功能；具有故障检测和上报功能；具有抗恶劣环境（高温、严寒、防雷、防尘、防雨等）的功能。
在配电变压器处安装监测单元（TTU），除了完成配电变压器进行常规监测外，一般还具有低压侧无功补偿等功能。在配电开闭所和配电变电站安装综合自动化装置或远动终端单元（RTU）。
第二层为区域集结层。以变电站或重要配电开闭所为中心，将配电网划分成若干区域，在各区域中心设置配电子站，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备，如馈线终端单元（FTU）和配变终端单元（TTU）等的信息。
第三层为配电自动化主站，一般配备基于交换式以太网的中档配电自动化后台系统，有时还可配置配电地理信息系统和Web浏览器，一般还要考虑和县调或集控站等自动化系统互连，以获得配电网进线数据。
由于配电网比较密集，一般采用混合通信手段，并且尽量利用主变电站到供电局以及供电分局到供电局的已有通道，构成城区配电自动化系统的通信网络。
配电自动化主站的典型体系结构包括：双机双网、单机单网和单台计算机三类。操作系统的典型模式包括：全Windows平台、Unix-Windows混合平台和全Unix平台三种。数据库的典型模式包括：SQL数据库、Sybase数据库和Oracle数据库三种。
1.5一体化县调/配电综合自动化系统
一体化县调/配电综合自动化系统是主站采用同一平台和同一数据库，安装数据采集终端设备并借助通信手段，实时监视变电站和配电馈线开关的运行情况，并进行远方控制；在发生故障时，自动判定故障区域并通过遥控隔离故障区域和恢复受故障影响的健全区域供电的系统。
一个典型的一体化县调/配电综合自动化系统的组成如图6所示。
一体化县调/配电综合自动化系统采用统一平台、统一数据处理模块和数据服务模块，建立并维护同一个数据库；人机界面模块包括：SCADA模块、地理信息模块和高级应用模块，用来将数据处理模块和数据服务模块加工后的数据以较好的方式展现给用户，并处理用户的输入操作命令；通过数据软总线建立数据处理模块和数据服务模块与人机界面模块间的联系。
一体化县调/配电综合自动化系统可以集成县级电网调度自动化系统、无人值班变电站集控系统、城区配电自动化系统和配电地理信息系统（GIS）等功能，减少了设备冗余，确保了数据一致性，具有较高的性能价格比。
2几种模式的比较
表2、表3分别为5种典型模式的比较。
3结束语
配电自动化对于提高供电可靠性、确保电网安全和经济运行具有重要意义。农网配电自动化主要有：配电网故障指示系统、配电网信息系统、无主站馈线自动化系统、基于主站的配电自动化系统和一体化县调/配电综合自动化系统五种典型模式。农村配电网自动化系统的建设，更应注重投入产出，应根据负荷密集程度、负荷重要性、经济发达程度、发展趋势、售电收入等，对于不同的地区在不同发展阶段，应科学地选择恰当的模式。
参考文献
[1]刘健,倪建立,邓永辉.配电自动化系统（第2版）[M].中国水利水电出版社,2003.
[2]刘健,倪建立.配电自动化新技术[M].中国水利水电出版社,2003.
[3]刘健.韩国配电自动化的启示[J].电气设备,2002,4(1).
[4]刘健,董榕,杜文学,等.城乡电网建设与改造[M].中国水利水电出版社,2001.
[5]刘健,崔建中,顾海勇.一组适合于农网的新奇馈线自动化方案[M].电力系统自动化,2005,29(11):82-86.
