[摘要]文章分析城市配网中的问题，对配电电缆网自动化系统的功能进行阐述，在实施架空配电线路自动化改造后，提高电缆配网的运行水平。
[关键词]城市配网；电缆网自动化；分析
[作者简介]毛远翱，广州供电局工程师，研究方向：电力系统及其自动化，广东 广州，510000
[中图分类号]TM76
[文献标识码]A
[文章编号]1007-7723(2009)08-0073-0003
一、配网现状分析
某城区现有10kV架空配电线路数百条，配电变压器过万台，柱上开关千余台，电力电缆千余条，开闭所120余座，部分实现了配电自动化系统。该系统安装分段开关、联络开关和与之配套的FTU数百台。近年来，配电网自动化系统在日常电网的运行、检修和处理电网事故的过程中发挥了巨大作用。通过几年的实践，认识到配电自动化系统的建设既要立足当前，又要着眼长远。要将城市电网规划纳入国家电网发展的整体规划，做到网架结构合理，自动化功能配置合理，通信方式适合。
实施架空配电线路落地后的自动化改造，面临着新技术、设备、施工和资金等方面的困难。在电缆化线路自动化改造过程中要着重对以下关键技术进行研究：(1)针对城市电网的特点做好一次电缆网架的规划和设计；(2)规划设计方案做好一次设备，如环网柜、电缆分支箱、开关站的选型与自动化控制终端的电气接口、技术参数选择；(3)对落地后的自动化终端设备结构、防水、防潮等进行研究，确定其使用条件和运行、维护规范；(4)针对电缆化线路的运行特点合理配置自动化系统功能；(5)对配电自动化的通信组网方式进行研究，确定适宜的自动化通信方案。
二、自动化系统基本功能
配电电缆网自动化系统是配电网自动化系统的一个子系统，将来要纳入生产管理平台。系统设计全面遵循IEC 61970／61968国际标准，以SCADA为基础，以配网调度作业管理为核心，全面提高配网调度管理水平。电缆配电网的自动化系统主要功能与架空线自动化系统基本相同，但要有所侧重和区别。
(一)数据采集、实时监控与操作功能
全面支持配电子站与环网柜监测装置(DTU)的数据通信、处理和交换；提供智能和灵活的故障恢复策略，可以提出多种恢复方案进行人工选择，尽量避免直接控制，进行故障恢复；通用、快速、灵活，可以处理多点故障。
(二)针对电缆化线路设定一些特定功能
在环网柜中开关不能配置刀闸，对于开关的合／分状态应增加状态指示装置；对于电缆分支线路应增加检测，避免形成合环；对于形成故障的分路开关应增加锁定功能。
三、配电网厂站及终端设备的自动化
(一)配置原则
配网电缆化后，因电缆馈线引起的故障很少，沟道敷设的电缆多年也不会发生故障。直埋电缆容易遭受外力破坏而引起事故。电缆化配电网的故障则主要来自用户侧，如过电流、过负荷等。
根据电缆化配电网的这些特点，相应的自动化配置和功能也要与之相适应。配网自动化要以配网正常运行的监测、调度控制以及主产管理为主要目标，进行相应的功能配置。对用户侧设备要实施监测，有关信息能准确上报，系统可以判断出故障区段和故障用户线路。可以采取各种灵活方便、快捷可靠的方式隔离故障，恢复供电。不宜为追求自动快速隔离故障和恢复供电而改造大量设备，投入太大的资金，要以实用为原则。
(二)配网变电站、开闭所的自动化
变电站、开闭所是10kV电缆配网的电源点。变电站一般采用综合自动化装置实现自动化。要将变电站10kV馈线的遥测、遥信，事故、故障信息送到配网调度主站，实现运行监测。变电站10kV馈线的出线开关调度权设在配网调度中心，以便统一调度和处理故障。设在变电站操作队的控制操作，由配网调度下令操作。
采用断路器的开闭所(K形配电站)，最好采用综合自动化装置。所有遥测、遥信，事故、故障信息接入配网调度主站，主站实现对开闭所的调度遥控。
采用负荷开关的开闭所(P形配电站)，通过环网柜监测装置(DTU)实现遥测、遥信及事故监测(过电流等)，负荷开关所配熔断器要有辅助接点，熔断器熔断后信息可以上报。所有信息接人配网调度主站，主站实现对开闭所的调度遥控。
(三)环网柜的自动化
环网柜是电缆馈线实现分段和互联的节点，也是电缆环网实现自动化的终端现场。没有终端现场的自动化，就没有电缆环网的自动化。
采用断路器的用户室／环网柜，最好采用综合自动化装置。不具备安装综合自动化装置的，可以采用DTU装置。所有遥测、遥信及事故故障信息接入配网调度子站／主站，主站实现对环网柜的调度遥控。
采用负荷开关的环网柜，可采用DTU装置实现自动化，实现环网柜的遥测、遥信及事故监测。负荷开关所配熔断器要有辅助接点，熔断器熔断后信息可以上报，用于判断故障。负荷开关应具有电动操作机构，以便主站实现对开闭所的调度遥控。DTU除了上传相关信息，还要就地清晰地指示出故障线路，方便事故检修。
简单的自动化是给环网柜各进出线安装故障指示器，各线缆故障信息就地显示，也可以上传，这种方式不能实现正常的运行监视。
(四)环网柜与DTU的接口
1.环网柜开关要具有电动操作机构，操作电源也可以是AC220V、DC24V、DC220V等。
2.环网柜要提供自动化设备的安装位置，用于DTU和PT的安装。
3.在环网柜进出线侧建议加装环氧树脂干式PT，群带熔断器，作电源和测量用。PT电源输出为AC220V，视在功率为800 v·A；PT测量输出为ACIOOV，精度为0.5级。PT要封闭安装，利于安全和维护。
4.停电后需要操作的环网柜需加装电池，电池容量按时间要求确定。
5.环网柜每个开关提供位置辅助接点一个，
74接地刀辅助接点一个。负荷开关配套的熔断器应该提供辅助接点一个。
6.每条进出线加装两相保护CT(A、C相)，精度为2～5级。
7.DTU与环网柜安装时要良好接地，接地电阻小于10Ω。
(五)电缆沟道的监测
配电网电缆一般以沟道敷设和直埋为主，电缆线路运行中很少发生故障，大部分线路故障与外力破坏有关。因此，在自动化系统的设计中应重点加大电缆运行监测功能。
1.电缆接头温度的监侧
电缆接头、开关刀口是电缆的故障多发点，在电缆接头、开关刀口附近安装温度传感器，信息接入DTU，通过配电自动化上传至主站显示报警，及时发现设备的发热点，消除隐患，将电缆故障消灭在萌芽之中。
2.电缆沟道的监视
在电缆沟道装设红外感应器等装置，监视沟道人员活动情况，将信息接入DTU，上传至主站显示报警。
四、电缆化线路自动化的通信方案
通信是配网自动化的关键，也是建设和运行维护的难点。通信系统的建设，要因地制宜，将运行维护作为设计的重要因素考虑，采用各种通信方式，建成可靠实用的通信系统，节省投资，提高了通信设备利用效率，通信一步到位。
配电终端单元至配电子站的通信有光纤、音频电缆、CPRS／CDMA、电缆载波等多种方式，各有利弊。
(一)复合光缆通信方案
随着城市配电网电缆化的实施，要求其自动化系统通信通道也相应进行改造，在建有永久沟道的电缆化改造工程中，将架空光缆或电缆改为沟道敷设是一种可靠性高、容易维护管理的方案。
目前，已有在220kV电缆中复合光缆的产品，每千米造价约增加1万元左右，完全可以推广到10kV电缆中，使电缆化线路的自动化系统通信组织变得简捷、可靠、造价低廉。
光纤自愈环网有单环网和双环网。理论上，双环网可靠性更高，但设备价格更高，光纤资源多占用—倍。
FTU／DTU与配电子站的通信采用光纤自愈环网方式，接口为RS-485／232，速率为600～19200hit／s，通信规约为IEC 60870-5-101。
每台FTU，DTU及配电子站分别配置一台自愈型光Modem，每个光Modem具有4个以上RS-232／RS-485端口，其中一个RS-232端口用于集结FFU／DTU信息，其余端口用于温度监测备用。
采用以上组网方式和设备配置，当光环的一点出现断点时，信息依然可以传至配电子站，大大提高了系统的可靠性。
(二)GPRS/CDMA通信方案
GPRS/CDMA支持多种数据通信业务，是无线技术和网络技术的融合。GPRS/CDMA承载IP、X.25等业务类型。提供主站到多点、点到多点的无线数据通信业务，是城区取代其他无线电台数据通信的理想方案。利用GPRS／C DMA技术无须建设专用的通信系统，建设投资小，信道租用费用适中。对通信实时性要求不高、数据量不大的通信需求是较为理想的选择。由于GPRS，CDMA的这些特点，目前在电力负荷监控、电量抄表等领域得到广泛应用。
点对点方式一般适用于终端少、通信数据量少、实时性要求不高的场合。
中心对多点方式适用于终端多、通信数据量大、有一定实时性要求的场合。主站系统和GPRS／C DMA数据中心有拉专线的接入点方式和通过Internet的VPN方式。APN方式不和Intemet发生关系、更加安全可靠。而VPN方式则更加经济、灵活。目前，采用VPN或DVPN方式的安全性已不存在问题。
(三)载波通信方案
载波通信借助电力电缆屏蔽层，以自身的电缆资源进行数据传输，故不需要再投资敷设新的通信电缆或昂贵的无线数据传输系统，因此可以成为配电自动化通信的可选方式之一。
城市配电电缆网络常采用“手拉手”环网方式供电。由于中压“手拉手”环网结构的电力电缆被分成多段组成环网链结构，每一个电缆分段处和电缆分支箱处的电缆屏蔽层都需要接地，这对需要跨越电缆分段处和电缆分支箱处的电缆屏蔽层载波通信相当于“信号接地短路”，给利用电力电缆屏蔽层通信传输配电自动化数据带来很大的技术难题。可行的技术方案有：(1)利用电力电缆屏蔽层高频网桥实现载波组网通信；(2)利用载波中继技术实现分级组网。
实际上，在系统建设中可以采用灵活方便的组合方式，在沟道中普遍采用光缆通信。在光缆敷设困难，而且无线信号场强满足的地方，将GPRS，CDMA作为一种补充。
五、结 语
目前电缆线路一般由专业化部门管理，自动化系统的建设要为生产管理服务。在架空线路落地改造试验项目中，采用在专业电缆运行管理部门设立远程工作站的方式，使运行人员及时掌握电缆运行情况。
在电缆化配网形成一定规模时，将电缆运行管理部门的远程工作站升级成带调度管理功能的集控站，以类似开闭所集控站的运行方式，实施对环网柜出线的调度管理，提高电缆配网的运行水平，确保安全。配电电缆自动化改造方案的分析
毛远翱
[摘要]文章分析城市配网中的问题，对配电电缆网自动化系统的功能进行阐述，在实施架空配电线路自动化改造后，提高电缆配网的运行水平。
[关键词]城市配网；电缆网自动化；分析
[作者简介]毛远翱，广州供电局工程师，研究方向：电力系统及其自动化，广东 广州，510000
[中图分类号]TM76
[文献标识码]A
[文章编号]1007-7723(2009)08-0073-0003
一、配网现状分析
某城区现有10kV架空配电线路数百条，配电变压器过万台，柱上开关千余台，电力电缆千余条，开闭所120余座，部分实现了配电自动化系统。该系统安装分段开关、联络开关和与之配套的FTU数百台。近年来，配电网自动化系统在日常电网的运行、检修和处理电网事故的过程中发挥了巨大作用。通过几年的实践，认识到配电自动化系统的建设既要立足当前，又要着眼长远。要将城市电网规划纳入国家电网发展的整体规划，做到网架结构合理，自动化功能配置合理，通信方式适合。
实施架空配电线路落地后的自动化改造，面临着新技术、设备、施工和资金等方面的困难。在电缆化线路自动化改造过程中要着重对以下关键技术进行研究：(1)针对城市电网的特点做好一次电缆网架的规划和设计；(2)规划设计方案做好一次设备，如环网柜、电缆分支箱、开关站的选型与自动化控制终端的电气接口、技术参数选择；(3)对落地后的自动化终端设备结构、防水、防潮等进行研究，确定其使用条件和运行、维护规范；(4)针对电缆化线路的运行特点合理配置自动化系统功能；(5)对配电自动化的通信组网方式进行研究，确定适宜的自动化通信方案。
二、自动化系统基本功能
配电电缆网自动化系统是配电网自动化系统的一个子系统，将来要纳入生产管理平台。系统设计全面遵循IEC 61970／61968国际标准，以SCADA为基础，以配网调度作业管理为核心，全面提高配网调度管理水平。电缆配电网的自动化系统主要功能与架空线自动化系统基本相同，但要有所侧重和区别。
(一)数据采集、实时监控与操作功能
全面支持配电子站与环网柜监测装置(DTU)的数据通信、处理和交换；提供智能和灵活的故障恢复策略，可以提出多种恢复方案进行人工选择，尽量避免直接控制，进行故障恢复；通用、快速、灵活，可以处理多点故障。
(二)针对电缆化线路设定一些特定功能
在环网柜中开关不能配置刀闸，对于开关的合／分状态应增加状态指示装置；对于电缆分支线路应增加检测，避免形成合环；对于形成故障的分路开关应增加锁定功能。
三、配电网厂站及终端设备的自动化
(一)配置原则
配网电缆化后，因电缆馈线引起的故障很少，沟道敷设的电缆多年也不会发生故障。直埋电缆容易遭受外力破坏而引起事故。电缆化配电网的故障则主要来自用户侧，如过电流、过负荷等。
根据电缆化配电网的这些特点，相应的自动化配置和功能也要与之相适应。配网自动化要以配网正常运行的监测、调度控制以及主产管理为主要目标，进行相应的功能配置。对用户侧设备要实施监测，有关信息能准确上报，系统可以判断出故障区段和故障用户线路。可以采取各种灵活方便、快捷可靠的方式隔离故障，恢复供电。不宜为追求自动快速隔离故障和恢复供电而改造大量设备，投入太大的资金，要以实用为原则。
(二)配网变电站、开闭所的自动化
变电站、开闭所是10kV电缆配网的电源点。变电站一般采用综合自动化装置实现自动化。要将变电站10kV馈线的遥测、遥信，事故、故障信息送到配网调度主站，实现运行监测。变电站10kV馈线的出线开关调度权设在配网调度中心，以便统一调度和处理故障。设在变电站操作队的控制操作，由配网调度下令操作。
采用断路器的开闭所(K形配电站)，最好采用综合自动化装置。所有遥测、遥信，事故、故障信息接入配网调度主站，主站实现对开闭所的调度遥控。
采用负荷开关的开闭所(P形配电站)，通过环网柜监测装置(DTU)实现遥测、遥信及事故监测(过电流等)，负荷开关所配熔断器要有辅助接点，熔断器熔断后信息可以上报。所有信息接人配网调度主站，主站实现对开闭所的调度遥控。
(三)环网柜的自动化
环网柜是电缆馈线实现分段和互联的节点，也是电缆环网实现自动化的终端现场。没有终端现场的自动化，就没有电缆环网的自动化。
采用断路器的用户室／环网柜，最好采用综合自动化装置。不具备安装综合自动化装置的，可以采用DTU装置。所有遥测、遥信及事故故障信息接入配网调度子站／主站，主站实现对环网柜的调度遥控。
采用负荷开关的环网柜，可采用DTU装置实现自动化，实现环网柜的遥测、遥信及事故监测。负荷开关所配熔断器要有辅助接点，熔断器熔断后信息可以上报，用于判断故障。负荷开关应具有电动操作机构，以便主站实现对开闭所的调度遥控。DTU除了上传相关信息，还要就地清晰地指示出故障线路，方便事故检修。
简单的自动化是给环网柜各进出线安装故障指示器，各线缆故障信息就地显示，也可以上传，这种方式不能实现正常的运行监视。
(四)环网柜与DTU的接口
1.环网柜开关要具有电动操作机构，操作电源也可以是AC220V、DC24V、DC220V等。
2.环网柜要提供自动化设备的安装位置，用于DTU和PT的安装。
3.在环网柜进出线侧建议加装环氧树脂干式PT，群带熔断器，作电源和测量用。PT电源输出为AC220V，视在功率为800 v·A；PT测量输出为ACIOOV，精度为0.5级。PT要封闭安装，利于安全和维护。
4.停电后需要操作的环网柜需加装电池，电池容量按时间要求确定。
5.环网柜每个开关提供位置辅助接点一个，
74接地刀辅助接点一个。负荷开关配套的熔断器应该提供辅助接点一个。
6.每条进出线加装两相保护CT(A、C相)，精度为2～5级。
7.DTU与环网柜安装时要良好接地，接地电阻小于10Ω。
(五)电缆沟道的监测
配电网电缆一般以沟道敷设和直埋为主，电缆线路运行中很少发生故障，大部分线路故障与外力破坏有关。因此，在自动化系统的设计中应重点加大电缆运行监测功能。
1.电缆接头温度的监侧
电缆接头、开关刀口是电缆的故障多发点，在电缆接头、开关刀口附近安装温度传感器，信息接入DTU，通过配电自动化上传至主站显示报警，及时发现设备的发热点，消除隐患，将电缆故障消灭在萌芽之中。
2.电缆沟道的监视
在电缆沟道装设红外感应器等装置，监视沟道人员活动情况，将信息接入DTU，上传至主站显示报警。
四、电缆化线路自动化的通信方案
通信是配网自动化的关键，也是建设和运行维护的难点。通信系统的建设，要因地制宜，将运行维护作为设计的重要因素考虑，采用各种通信方式，建成可靠实用的通信系统，节省投资，提高了通信设备利用效率，通信一步到位。
配电终端单元至配电子站的通信有光纤、音频电缆、CPRS／CDMA、电缆载波等多种方式，各有利弊。
(一)复合光缆通信方案
随着城市配电网电缆化的实施，要求其自动化系统通信通道也相应进行改造，在建有永久沟道的电缆化改造工程中，将架空光缆或电缆改为沟道敷设是一种可靠性高、容易维护管理的方案。
目前，已有在220kV电缆中复合光缆的产品，每千米造价约增加1万元左右，完全可以推广到10kV电缆中，使电缆化线路的自动化系统通信组织变得简捷、可靠、造价低廉。
光纤自愈环网有单环网和双环网。理论上，双环网可靠性更高，但设备价格更高，光纤资源多占用—倍。
FTU／DTU与配电子站的通信采用光纤自愈环网方式，接口为RS-485／232，速率为600～19200hit／s，通信规约为IEC 60870-5-101。
每台FTU，DTU及配电子站分别配置一台自愈型光Modem，每个光Modem具有4个以上RS-232／RS-485端口，其中一个RS-232端口用于集结FFU／DTU信息，其余端口用于温度监测备用。
采用以上组网方式和设备配置，当光环的一点出现断点时，信息依然可以传至配电子站，大大提高了系统的可靠性。
(二)GPRS/CDMA通信方案
GPRS/CDMA支持多种数据通信业务，是无线技术和网络技术的融合。GPRS/CDMA承载IP、X.25等业务类型。提供主站到多点、点到多点的无线数据通信业务，是城区取代其他无线电台数据通信的理想方案。利用GPRS／C DMA技术无须建设专用的通信系统，建设投资小，信道租用费用适中。对通信实时性要求不高、数据量不大的通信需求是较为理想的选择。由于GPRS，CDMA的这些特点，目前在电力负荷监控、电量抄表等领域得到广泛应用。
点对点方式一般适用于终端少、通信数据量少、实时性要求不高的场合。
中心对多点方式适用于终端多、通信数据量大、有一定实时性要求的场合。主站系统和GPRS／C DMA数据中心有拉专线的接入点方式和通过Internet的VPN方式。APN方式不和Intemet发生关系、更加安全可靠。而VPN方式则更加经济、灵活。目前，采用VPN或DVPN方式的安全性已不存在问题。
(三)载波通信方案
载波通信借助电力电缆屏蔽层，以自身的电缆资源进行数据传输，故不需要再投资敷设新的通信电缆或昂贵的无线数据传输系统，因此可以成为配电自动化通信的可选方式之一。
城市配电电缆网络常采用“手拉手”环网方式供电。由于中压“手拉手”环网结构的电力电缆被分成多段组成环网链结构，每一个电缆分段处和电缆分支箱处的电缆屏蔽层都需要接地，这对需要跨越电缆分段处和电缆分支箱处的电缆屏蔽层载波通信相当于“信号接地短路”，给利用电力电缆屏蔽层通信传输配电自动化数据带来很大的技术难题。可行的技术方案有：(1)利用电力电缆屏蔽层高频网桥实现载波组网通信；(2)利用载波中继技术实现分级组网。
实际上，在系统建设中可以采用灵活方便的组合方式，在沟道中普遍采用光缆通信。在光缆敷设困难，而且无线信号场强满足的地方，将GPRS，CDMA作为一种补充。
五、结 语
目前电缆线路一般由专业化部门管理，自动化系统的建设要为生产管理服务。在架空线路落地改造试验项目中，采用在专业电缆运行管理部门设立远程工作站的方式，使运行人员及时掌握电缆运行情况。
在电缆化配网形成一定规模时，将电缆运行管理部门的远程工作站升级成带调度管理功能的集控站，以类似开闭所集控站的运行方式，实施对环网柜出线的调度管理，提高电缆配网的运行水平，确保安全。