配網自動化

其最終目的是為了提高供電可靠性和供電質量，縮短事故處理時間，減少停電範圍，提高配電系統運行的經濟性，降低運行維護費用，最大限度提高企業的經濟效益，提高整個配電系統的管理水平和工作效率，改善為用户服務的水平。

配電網自動化從之前的試點逐步過渡到推廣的階段，由於國家尚沒有統一的標準，各地區的情況不盡相同。針對這種情況，國家電網公司安全運行與發輸電運營部公佈了《配電系統自動化規劃設計導則試行方案》。根據該導則，配電系統自動化的主要任務應包括如下內容：

1、集成SCADA和GIS功能；

2、配網管理系統；

3、停電管理系統

4、需求側響應；

5、調度自動化功能；

6、分佈式發電管理

（1）配電網數據採集與監控系統（SCADA）

配電網SCADA系統應包括數據採集、四遙（遙信、遙測、遙控、遙調）、狀態監視、報警、事件順序記錄、統計計算、製表打印等功能，還應支持無人值班變電站的接口等。

（2）配電網電壓管理系統。

根據配電網的電壓、功率因數、電流等參數，自動控制無功補償電容器的投切、變壓器有載分接開關分接頭的檔位等功能。

（3）配電網故障診斷和斷電管理系統。

根據投訴電話、通信信息，實現故障定位、診斷，並實現故障隔離、負荷轉移、現場故障檢修、事故報告存檔等；

（4）操作票專家系統（ES）

（1）變電所自動化：實施數據採集、監視和控制，與控制中心和調度自動化系統（SCADA）通信。

（2）配電所自動化：該功能由安裝在配電所的RTU對配電所實現數據採集、監視控制，與控制中心和配電調度自動化系統（SCADA）通信。

(1)饋線控制及數據檢測系統。

正常狀態下，可實現對各運行電量參數（包括饋線上設備的各種電量）的遠方測量、監視和設備狀態的遠方控制。

(2)饋線自動隔離和恢復系統。

當饋線發生相間短路故障或單相接地故障時，自動判斷饋線故障段，自動隔離故障段，並恢復非故障段的供電。有兩種方式可供選擇：

a採用線路自動重合器和/或分段器；

b採用遠方通信信道，具有數據採集和遠方控制功能的饋線自動化。該系統除了包括一次設備，還應包括遠方終端（FTU）、通信信道、電流電壓傳感器等。

該功能統稱圖資系統。圖資系統應用的目的是形成以地理背景為依託的分佈概念，以及電網資料分層管理的基礎數據庫。可有如下功能：

(1)向管理系統提供變電所、線路、變壓器、斷路器、用户等的地理位置。利用配電設備管理和用電營業管理系統所提供的信息及數據與小區負荷預報的數據相結合，共同構成配電網設備運行、檢修、設計和施工管理的基礎；

(2)向用電管理營業系統提供多種信息，對各用户進行申請報裝接電、電價/電費管理、負荷管理等業務的營運工作。查詢有關用户地理位置，自動生成各種供電方案；

(3)為配電系統自動化提供靜態背景畫面，接受配電系統的實時信息，提供動態配電線路圖層，提供實時可操作畫面，顯示故障信息；

(4)設立故障投訴電話，用此信息彌補DA信息採集的不足；

圖資系統為配電系統提供各種在線圖形與數據信息，成為配電系統數據模型的重要組成部分。該系統可有在線方面的應用，主要是與SCADA系統改提供的實時信息有機結合，改進調度工作質量，提供優質的日常維護服務，正確判斷故障位置，及時派員工維修。離線方面應用包括設備管理系統、用電管理系統及規劃管理系統等。

（1）網絡分析，提出最佳停電方案；

（2）運行管理；

（3）設備檢修管理；

（4）配電工程設計，接受完成用户申請報裝接電的設計任務；

（5）施工管理，根據設計和工作任務單，制訂施工計劃並實施施工管理；

（6）配電規劃設計系統（NPL）

完成合理分割變電所配電負荷，饋電線負荷調整，增設變電所、配電所，實施饋電線、配電網絡改造和發展規劃等各種設計任務，以及線損計算等。

（1）客户信息系統。

儲存用户的户名、地址、電話、受電線路、設備裝接容量、用電性質類別等的信息，與其他系統共享，並能自動識別用户來電地址。

（2）負荷管理系統。

負荷曲線調整；分類電價管理、負荷監控、需方發電管理等。

（3）計量、計費系統。

實現自動抄表、自動生成賬單、與銀行系統聯網等。

（4）用電營業管理系統。

包括客户用電申請、業擴報裝、諮詢服務、電能計量、收費管理、用電檢查、故障報修等功能。

（5）用户故障報修系統（TCM）

例如配電網的線損計算與管理。

（1）網絡接線分析，用於確定配電網設備連接和帶電狀態；

（2）配電網潮流分析，包括三相潮流分析；

（3）短路電流計算，在配電網短路故障（單相、兩相、三相及接地等類型的故障）的情況下，計算出支路的電流和母線上的電壓；

（4）負荷模型的建立與校核，使網絡負荷點的有功及無功負荷與在變電站饋線端口記錄的實測負荷相匹配；

（5）配電網狀態估計，狀態估計主要有兩大類，一是主配網的電量估計量，二是沿饋線的電量估計量；

（6）配電網負荷預測，包括地區負荷及母線負荷；

（7）安全分析；

（8）網絡結構優化和重構；

（9）配電網電壓調整及無功優化。

配電網自動化涉及面廣、範圍大、內容多且複雜，是一個龐大的系統工程，隨着社會發展的需求，對配電網質量的要求越來越高，故其功能也必須不斷地增加、調整，所以整個系統的設計要從全局從長遠的觀點來考慮，不能花了幾年心血搞出的系統隨着系統的增容、地理的變化、功能的增加等因素就無法使用。

配網自動化系統一般由下列層次組成：配電主站、配電子站（常設在變電站內，可選配）、配電遠方終端（FTU、DTU、TTU等）和通信網絡。

配電主站位於城市調度中心，配電子站部署於110kV/35kV變電站，子站負責與所轄區域DTU/FTU/TTU等電力終端設備通信，主站負責與各個子站之間通信。

FTU 是裝設在饋線開關旁的開關監控裝置。這些饋線開關指的是户外柱上開關，例如10kV線路上的斷路器、負荷開關、分段開關等。一般來説，1台FTU要求能監控1台柱上開關，主要原因是柱上開關大多分散安裝，若遇同杆架設情況，可以1台FTU監控兩台柱上開關。

TTU監測並記錄配電變壓器運行工況，根據低壓側三相電壓、電流採樣值，每隔1～2分鐘計算一次電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能等運行參數，記錄並保存一段時間（一週或一個月）和典型日上述數組的整點值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現時間，供電中斷時間及恢復時間，記錄數據保存在裝置的不揮發內存中，在裝置斷電時記錄內容不丟失。

配網主站通過通信系統定時讀取TTU測量值及歷史記錄，及時發現變壓器過負荷及停電等運行問題，根據記錄數據，統計分析電壓合格率、供電可靠性以及負荷特性，併為負荷預測、配電網規劃及事故分析提供基礎數據。如不具備通信條件，使用掌上電腦每隔一週或一個月到現場讀取記錄，事後轉存到配網主站或其它分析系統。

TTU構成與FTU類似，由於只有數據採集、記錄與通信功能，而無控制功能，結構要簡單得多。為簡化設計及減少成本，TTU由配變低壓側直接變壓整流供電，不配備蓄電池。在就地有無功補償電容器組時，為避免重複投資，TTU要增加電容器投切控制功能。

DTU一般安裝在常規的開閉所（站）、户外小型開閉所、環網櫃、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關設備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量等數據的採集與計算，對開關進行分合閘操作，實現對饋線開關故障識別、隔離和對非故障區間恢復供電。部分DTU還具備保護和備用電源自動投入的功能。

在大輸電投資週期過後，配電網投資比例開始提升：經歷了輸電投資2008-2010的高峯，輸電投資已經逐步回落，在GDP增速和用電彈性雙重下滑的大背景下，短期無法出現較大的需求增量。未來電網將進入結構性建設，即110kv以下的配網段將成為投資的重點。根據國家電網投資數據，1-7月重點城市電網項目投資完成332億元，其中35KV投資總額約23億元，佔比6.9%，較比較提升了2.4個百分點。

配網自動化的投資動力-實現了自動化、集約化和權利回收的訴求：年初國網一號文件提出了“三集五大”的戰略方向，反映了國網對提高大電網駕馭能力、加強專業化、精益化管理的意圖。“三集五大”本質上體現了國網對加強電網壟斷和控制力的訴求-即在實現效率提升、集約化的同時，削減了地方機構，實現管理的扁平和權力的中央化。而配網自動化很好的滿足了這一點。利用計算機、通信與信息技術，可以有效地對配電網實時運行、電網結構、設備、用户進行自動化管理，在提高供電質量和管理效率的同時，大幅減少了對底端人力需求。這將有助於國網從正金字塔管理向倒金字搭管理的模式轉型。同時配網段拓撲結構複雜是電網各個環節中最適合進行自動化和智能化改造的部分。

國內配網自動化比率仍然大幅低於國際平均水平，空間依然很大：配網自動化建設在大多數城市僅僅侷限於試點。覆蓋率僅僅為試點城市的1/5-1/4。整體配網自動化的覆蓋率約在10%，而國外如日本，配網自動化的覆蓋率高達80%的水平。測算了主要設備和軟件的投資。一箇中等規模的城市做配網自動化改造需要設備價值在7億以上。假設每年建設10個城市配網自動化全覆蓋的情況下，市場容量將超80億。若每年實施5個城市，市場容量將超40億。可見未來配網自動化的市場空間是值得期待的。

主站系統壁壘高，是配網自動化的核心：天拓諮詢認為主站系統是配網自動化最為核心的環節，包括主要的人機接口、數據存儲與處理、具體應用功能集成等的計算機系統。主站系統供應商也是產業鏈中最為關鍵的角色，主要原因不僅僅在於主站系統佔據了技術制高點，具有較高的利潤率水平，同時擁有主站系統的生產能力的企業一般也有能力對子站系統和終端的軟件進行生產和集成。同時更熟悉整體系統解決方案的主站系統企業將在未來軟件升級，子站、終端等的後續擴展市場上擁有天然優勢。

從行業競爭來看，國網系企業有顯著的壟斷優勢：從配網自動化主站系統招標的統計數據來看，國電南瑞集團（包括國電南瑞和北京科東）佔據了75%以上的主站系統市場份額。許繼電氣則壟斷了山東境內的配網自動化招標。而非國網系的企業只能零星獲得少量主站和部分終端訂單，無法撼動國網系企業的整體壟斷優勢。