配電自動化系統是應用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術，將配電網實時信息、離線信息、用戶信息、電網結構參數、地理信息進行安全集成，構成的完整的自動化及管理系統，以實現配電網正常運行及事故情況下的監測、保護、控制和配電管理。配電自動化系統分為配電管理系統(distribution management system, DMS)、配電自動化系統( distribution  automation  system，DAS)和配電需求側管理(demand side manage-ment，DSM)3個部分。配電自動化可以大大提高配電網運行的可靠性、效率和電能的供應質量，降低勞動強度，充分利用現有設備為用戶和電力公司帶來可觀的收益。本文通過介紹和評述國內外配電自動化發展情況，并結合廣州網架結構來探討廣州配電自動化建設模式。
1、國外配電自動化發展及評價
    國外配電自動化也稱為饋線自動化，其發展過程大致可以分為就地配電自動化、配電監控自動化和綜合配電自動化3個階段。
    第一階段發展的特點是由20世紀50年代初期的時限順序送電裝置發展到70、80年代應用電子和自動控制技術實現的饋電自動化。這一階段雖然實現了由開關進行故障隔離發展到饋線自動化，但局限于局部饋線故障的自動處理，故也稱之為就地配電自動化。
    第二階段為配電監控自動化階段。80年代，國外實現了包括遠程監控、故障自動隔離及恢復供電、電壓調控和負荷管理等實時功能在內的配電自動化技術，但只限于單項自動化系統的應用。
    第三階段是綜合配電自動化階段。80年代后期到90年代初期形成了離線的自動繪圖及設備管理( automation  mapping/facility  management,AM/FM)系統、停電管理系統等，并逐步解決了管理的離線信息與實時數據采集與監視控制( su-pervisory control and data acquisition,  SCADA)系統的集成，進入了配電網監控與管理綜合自動化發展階段，實現了配電建設、運行、管理和維護的全面綜合自動化。
1.1各國配電自動化發展的特點
1.1.1美國
    美國長島電力公司( Long  Island  LightingCompany，LILCO)共有750條饋線，其中絕大部分為架空線路，這些線路經常由于受雷擊、冰雹、颶風等影響而引起短路故障。為了提高供電可靠性，線路實施了以配電網故障快速隔離和負荷轉移為主的配電網饋線自動化系統。整個系統大致經歷了自動化分段、引入通信和SCADA系統、非故障段自動恢復供電實現3個階段。
    LILCO在80年代通過安裝柱上開關實現故障
隔離，后采用饋線終端裝置( feeder terminal unit，FTU)和配電網饋線自動化專用設備DART遠程終端裝置( remote terminal unit，RTU)來檢測故障實現故障隔離。利用DART的故障檢測算法，可檢測并區分出永久性故障、瞬時性故障和負荷過流3個級別的故障。在此基礎上，開發了1套FTU自動分段算法，在沒有通信網絡時也可以應用。利用自動分段算法，通過檢測過流、失壓條件，使故障開關跳閘，自動切斷故障區域，恢復非故障段線路供電，減少停電區域，實現故障線路的自動分段隔離。在安裝了850個帶有自動分段算法的FTU升關后，使受主要線路停電影響的客戶數量減少25%，如1995年1月至1996年6月，避免了24萬電力客戶受停電事故的影響。
    從美國配電自動化管理可以獲得如下經驗：
    a)配電自動化的主要目的是提高供電可靠性，美國社會發展水平和配電網的管理水平都比較高，供電可靠性提高效應非常明顯；
    b)設備水平較高，基本能實現免維護；
    c)電池問題同樣困擾美國配電自動化工程；
    d)分布式智能應用于控制系統，減少了對中央處理系統的依賴。
1.1.2德國
    德國城市高壓電網為110kV，中壓電網為20 kV或10 kV，中壓電網由一個變電站的不同母線或變電站的母線出線構成環網或“手拉手”方式，采用環網方式設計，開環運行。城市中壓電網全部電纜化，郊區配電網也基本上實現電纜化，個別地區雖然保留架空線，但也逐步改為架空集束絕緣導線。在中、低壓電網中，使用遠動和自動裝置提高供電可靠性的優勢并不明顯，相反會提高投資和維修費用；與歐洲其他國家相比，德國電力系統的可靠性已經達到了很高的水平，每年用戶的平均停電時間為19. 57 min，無需再通過大量的投資來提高供電可靠性，因此對配電自動化的實施一直都持審慎的態度。多數中壓配電網只在饋線斷路器上安裝遙控裝置，很少在負荷開關實現遙控功能，但是采用了大量具有遙信功能的故障指示儀。
    當前，德國在網絡關鍵站點實現自動化功能，以較少的投資來盡快恢復供電。當電網結構相對穩定后，在局部區域網絡關鍵點應用自動化技術；提高配電自動化的效益和優化網絡結構也是進行配電自動化改造的目的。由于德國電網管理水平很高，電網結構相對成熟而變動少，因此配電自動化帶來的效益對德國電網的作用并不明顯，這是德國對配電自動化持謹慎態度的另一個重要原因。
1.1.3法國
    法國配電自動化系統起始于20世紀60年代，1997年以后使用西門子SCADA系統，沒有高級應用軟件。在變電站裝有RTU，配電網有2000個開關可遠方遙控，其通信方式采用電話線通道（X-25通信標準），電話線沿電力線排列，1990年開始安裝遙控開關，變電站供電區域的所有信息全部集中在225 kV變電站的RTU，通過RTU傳到調度中心。變電站全部實現無人值守。配電自動化率達到1000lo[9]。
    法國配電自動化具有以下特點：
    a)配電網供電等級較高，經過升壓改造后，目前中壓配電網等級基本為20 kV，顯著降低了線損，但同時導致供電線路長，故障率較高，因此對配電自動化有迫切的需要。
    b)配電網主要停留在SCADA水平，選取了2000個開關進行遙控。在SCADA的基礎上，基本能實現故障區域的隔離和非故障區域的恢復供電，提高了供電可靠性。
    c)通信線路采用電話通信，較為落后，限制了配電自動化功能的擴展。
1.1.4英國
    英國東方電力公司供電用戶達到300多萬戶，供電面積大于300 km2，供電量超過30 TWh，是英格蘭和威爾士地區最大的電力公司之一，約89000 km電纜和2000個變電站。
    為了改善電網的供電可靠性，東方電力公司1997年開始進行了為期2年的二次配電網的改造計劃。東方電力公司采用分步驟實施的解決方案，自動遙控(automatic remote control，ARC)工程初期安裝了1 800臺新的遙控設備和遠動設施；選擇在電網關鍵點的電線桿上安裝自動重合閘裝置，通過新型的地面安裝式環網柜一起實現監控，通過使用遠動系統來解決電網的供電可靠性。電網監控系統采用電網管理系統方案。ARC工程后期設置了3套Milenium 8200的DAS，每套控制500多臺遠動設備；約900臺施耐德的環網柜，每臺均帶“Talus 200”遙控接口裝置；約900臺安裝柱上自動重合閘裝置，每臺裝有施耐德的“Sprite”型遙控終端單元。1999年3月底前完成了各項主要工作，比預期提前完成目標。
    整個改造計劃實現了2個目標，即：改善供電的安全性，減少用戶停電量15%；減少電流模邏輯(current mode logic，CML)接口30%。
1.1.5  日本
    日本配電自動化系統的主接線方式有單路單供方式、單回路環形供電方式和雙回路環行方式。配電自動化的實現經歷了3個階段：
    a)通過自動重合器和自動配電開關的配合來消除瞬時故障，隔離永久性故障；
    b)在第一階段基礎上增設遠控裝置，實現遙控功能；
    c)利用現代通信及計算機技術，實現集中遙信、遙控，對配電網實現信息的自動化處理及監控，提高運行管理水平。
    日本與歐美國家不同，供電半徑小，可靠性要求高，環網供電方式比較多。日本配電網電壓為6 kV，出線采用重合斷路器與自動配電開關相配合。自動配電開關具有關合短路電流、切斷負荷電流的功能。日本九州電力配電自動化起步于20世紀50年代，從引進配電線路故障區間檢測裝置開始，到開發和推廣系統電壓（時間）控制裝置，以及配電線分段開關的遠程終端，實現了故障隔離和非故障區的恢復供電；70年代，引進自動調度系統的實驗設備并進行實用性系統的開發和推廣；1995年開始引進分散型配電自動化系統；1998年引進了成本低、體積小、高性能的配電線自動控制系統。
1.1.6韓國
    韓國由于配電網電壓達到22.9 kV，因此配電線相對較長，促使其分段和連接點較多，客觀上決定了對配電網進行改造的必要性。韓國從1987年開始著手配電自動化，到1993年才確定基本技術方案。1994年配電自動化首次在漢城江東供電局投入試運，采用負荷開關的相互配合來實現故障隔離，通信方式采用雙絞線；1998-2001年，177個供電局實施了小規模配電自動化系統；2000-2001年建立了3個大型配電自動化系統，采用雙服務器系統，通信為移動通信和光纖；2002年建設了9個大型配電自動化系統，覆蓋整個漢城；2003年除漢城外在其他7個大城市將配電自動化系統從小規模升級為大型配電自動化系統，開發了部分配電自動化系統高級應用程序、地區調度SCADA和配電自動化系統的接口、新配電信息系統和配電自動化系統的接口。目前韓國各個地區均實現了配電自動化，其中遙控自動開關截至2004年共有16 525個，約占全部開關設備的22. 5%。韓國配電自動化的特點為：
    a)在建設過程中非常注重投資回報，因此在投資時盡量采用低端配置，不采用高級配置；
    b)注重發揮配電自動化系統的作用，產生經濟效益。
1.1.7印度
    印度電力工業相當落后，至今全國只有不到50%的家庭能用電，北方邦缺電最嚴重，短缺率為18%。印度輸變電設備落后，電力損耗率高，但其對配電自動化有較大的要求。多年來，印度政府一直致力于電力體制的改革來提高電網效率，扭轉虧損局面。印度根據自己的實際需要，針對國內出現偷電、竊電嚴重的情況，優先開發了自動抄表( au-tomatic meter reading，AMR)系統，解決了回收電費困難、偷電普遍等影響電力公司正常運營的問題，僅用兩年半的時間就收回投資。印度沒有走西方發達國家先開發饋線自動化，后逐步建成綜合配電自動化的老路。孟買電力開發的AMR系統將所有收集到的數據放在1個主站上進行分析，自動計費、電量審計、竊電監測、停電管理、報警等功能均可在AMR系統上實現。其次，印度對于降低實際網損也有很迫切的需求，采取了在線路上安裝自動投切電容器，進行網絡重構等措施，這是印度配電自動化的一個熱點。另外，印度具有非常前沿的軟件開發技術，這對于其配電自動化的建設是非常有利的。
1.2國外配電自動化發展評價
    國外的配電自動化系統已經形成了集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調節控制、用戶負荷控制和遠程抄表等系統于一體的DMS。
    美國配電自動化的建設相對成熟，配電自動化的主要目標在于提高供電可靠性，縮短停電反應時間。經過數十年的發展，美國配電自動化的水平處于國際先進水平，目前的主要趨勢是應用碼分多址(code-division multiple access，CDMA)、通信接口模塊(communication interface module, CIM)等新興技術，向綜合配電自動化系統轉變。
    歐洲配電自動化的發展同樣較早，但各國的發展理念有所不同，德國對配電自動化持非常謹慎的態度，英、法兩國相對較為積極，英國的發展水平相對較高。德國供電公司認為配電自動化投資巨大，收益難以收回，目前只有少數公司實施了配電自動化工程。法國配電網經過升壓改造后，目前電壓等級基本為20 kV，配電自動化實施較廣，但高級應用功能較少，通信方式較為落后。英國對配電自動化興趣最濃，這是由于英國電力管制��？肖較早，電力公司對通過配電自動化提高供電可靠性，提高服務質量的需求較大，很多電力公司實施了配電自動化工程除了基本的SCADA、故障隔離和恢復等功能外，其他如地理信息系統( geographicinformation system，GIS)應用、遠方抄表等功能基本都有實施，目前的研究發展也較為活躍，是歐洲配電自動化水平最高的國家。
    日本的配電自動化水平很高，供電可靠性世界領先，這和日本大量實施了配電自動化有直接的關系。日本配電自動化比較注重提高供電可靠性，因此功能少而精，但隨著通信技術的快速發展及計算機水平的提高，更多的功能已經逐漸在日本配電自動化系統上大量應用。除此之外，日本電力公司重視中壓載波通信，其電力載波通信技術始終處于世界先進水平。近期日本東京電力公司還對200 MHz的高速電力通信技術進行了驗證試驗。
    韓國的配電自動化也達到了很高的水平，配電自動化有幾個明顯特點：其一，實施前統一規劃試點，試點時選擇了幾種相應模式，一旦試點成功，即全面鋪開，因此韓國的配電自動化規模很大，基本實現了全國的配電自動化；其二，非常重視投資回報率，單純提高供電可靠性的收益不足以彌補實施配電自動化的巨大投資，但由于實施配電自動化后，使韓國配電網規劃得到了很大優化，節約的大量投資足以彌補配電自動化的初期投資。
    印度的配電網水平極低，印度電力短缺狀況相當嚴重。由于整體經濟發展水平較低，偷電、竊電現象十分嚴重，電費收繳十分困難，因此印度優先投入了遠方AMR系統，該系統投入后，偷電、竊電現象得到抑制，電費收繳十分順暢，大大改善了電力公司的財政狀況，效果十分顯著。印度根據本國實際出現的問題，選擇合理的配電自動化解決方案的思路值得發展中國家借鑒。
    發達國家的配電自動化發展歷史較長，實際經驗較為豐富，但是由于配電自動化的發展與信息技術、通信技術、計算機技術和自動化技術密切相關，這幾種技術數十年來發展極為迅猛，因此發展中國家的配電自動化可以實現跳躍式發展，而不必遵循發達國家走過的發展道路。
2、國內配電自動化發展及評價
    由于觀念上的轉變，中國配電自動化有了很大的發展。近年來，眾多地區進行了配電SCADA方面的配電自動化試點工作，大大提高了供電可靠性。進入21世紀，配電需求側管理和負荷控制等方面的配電自動化試點工作也在展開，截至2002年底，已實施了各種形式的配電自動化系統的單位約占全國地級城市供電企業25%～30%，覆蓋線路長度約占其全部中壓線路長度6%～8%，另有不少供電企業實施了覆蓋城區大范圍的基于配電AM/FM/GIS的離線配電管理。
    國內配電自動化起步比較晚，但是發展比較快，試點工程居多。從實際情況看，配電自動化的主要作用在于提高對配電網的運行監控能力，提高供電企業的信息化水平，進而通過優化網絡結線和系統運行方式，減少故障查找時間等措施提高供電可靠性。
2.1國內各地區配電自動化發展的特點
2.1.1北京
    北京網架結構特點是500 kV為雙環網，1 10kV和220 kV為雙電源鏈式接線，10 kV架空線路為多分段多聯絡接線，10 kV電纜線路為雙電源放射式接線。目前北京市自發電量僅能供應電網負荷的1/3，其余2/3的負荷依靠500 kV電網外部供電。高壓電網電纜化率高，多數是電力隧道敷設。中壓配電網多采用架空線路，網架結構不合理，規劃、管理比較薄弱，電纜化率低。北京供電局轄區變電站已全部實現綜合自動化；配電自動化方面，僅對架空網絡進行試點，并且目前正在建設中，尚未投運；電能計費自動化方面，已建立1套完整的自動抄表系統，但用戶側仍采用人工抄表的方式。通信方面主要采用光纖通信網絡。
    從技術、成本以及運行管理等方面綜合考慮，北京配電自動化系統最終采用了集中主站控制模式的系統整體方案。一期工程主要建設1套城區供電公司配電自動化系統、光纜通信系統和無線通信系統，重點實現對10 kV配電網的開關、開關站、高壓用戶、電纜分界室、配電室等配電設備進行監視和控制，著重實現基于地理背景一體化設計的配電SCADA功能，配電網故障檢測分析處理功能，基于實時系統的配電網綜合信息、管理和輔助分析功能，Web瀏覽服務功能以及與其他自動化系統數據接口通信等功能。
2.1.2上海
    與國內大多數城市已取消35 kV電壓供電不同，上海市的高壓配電網主要依靠35 kV電壓等級供電，其110 kV和35 kV高壓配電網采用了雙鏈式接線和雙T接線，在外環路以內的城市中心區以電纜網絡為主，少量架空線路采用絕緣導線。上海市10 kV架空線路采用多分斷三聯絡方式，使用絕緣導線。10 kV電纜網絡采用單環網或雙環網接線，開環運行方式，電纜排管或直埋敷設。
    上海電網已經實現調度自動化，目前采用三級調度方式。變電站綜合自動化方面，實現了無人值班機制；配電網方面，上海市屬于國內改造比較早的城市，針對全電纜網、架空和電纜混合網、全架空網等3種配網形式都進行了自動化試點，但每個試點只是針對單個的小范圍供電區域，并沒有開展大范圍的配電網自動化改造；電能計費方面，上海市也只在局部地區試點集中抄表系統，大部分計費電能表還是依靠人工抄表；35 kV及以上電壓等級變電站間已經建起了光纖通信網絡，在10 kV及以下電壓等級中、低壓配電網中計劃發展載波通信。
2.1.3貴陽
    貴陽市電網結構特點是：配電線路呈輻射狀，供電半徑長，配電線路受損嚴重，線路經常過負荷運行，因此有必要進行配電自動化改造，但難度大，為了提高供電可靠性，貴陽市北供電局1998年開始在2條配電線路上進行配電自動化試點并初步獲得了成功；1999年將試點擴大到10條配電線路，獲得了較為豐富的實踐積累，并建立了計算機后臺系統；2000年開始了較大規模的配電自動化建設，當年完成18條配電線路的自動化改造；2001年完成了22條配電線路的自動化改造。至此，貴陽市城市中心區北部配電網全部實現了配電自動化。貴陽市電網以架空線為主，電纜為輔，因此采用的是電壓型的饋線自動化。配電線路環網建設是配電自動化電網改造的核心。在進行配電網改造過程中，通信問題一直是工程中的薄弱點，先后嘗試過用無線通信和中壓載波方式，但最終采用了以光纖通信為主干線，雙絞線為支線通信的方式。整個計算機主站系統由SCADA系統、遠方AMR系統、GIS和配電FM系統組成。
    貴陽市北供電局配電自動化實現的過程中，經過了一個有益的摸索過程，在電網架構、通信方式、饋線自動化方式等方面，貴陽市根據自己的實際情況制定配電自動化方案的思想值得借鑒。
    總之，北京電網在城區電網實施了一定規模的配電自動化，在配電GIS的基礎上，實現了AM/FM、SCADA和配電管理的功能，總的看來，基本達到了配電自動化所需的要求。上海市供電局對配電自動化開始持較謹慎態度，同時積極探索使用中壓載波通信的方法解決配電自動化中的通信問題等。在配網自動化的過程中，貴陽市在對網架結構、通信方式和饋線自動化等方面進行分析的基礎上，不斷探索符自身配電網改造的方案和通信方式，這種思想值得借鑒。
2.2國內配電自動化發展評價
    國內配電自動化發展比較晚，但發展速度較快。配電自動化的發展建設在我國供電企業有近十年的歷史，取得了很大的成績，由最初的就地控制發展到有通信及主站集中監控和故障處理的多種基本功能模式的配電自動化系統。發展中的經驗和教訓如下：
    a)提高供電可靠性是配電自動化建設的長遠目標，因此實際工程中，要對影響可靠性問題的原因進行分析，兼顧提高管理水平等因素，因地制宜地選擇適合實際情況的配電自動化方案。
    b)配電自動化和調度自動化有很大的不同，其所關聯的其他自動化系統較多，信息源非常豐富，不可能由1個集成的系統統一完成所有的功能，各系統可能由不同的廠商建設、維護、升級，各系統之間不可避免地共用一些信息。要做好配電SCADA和配電GIS的相互兼容的工作，選擇合理的通信系統。
    c)配電自動化已經逐漸從單一的故障隔離、恢復供電向統一的DMS發展，以饋線自動化為代表的配電自動化已經逐漸讓位于充分利用各種實時和非實時信息，實現配電企業的信息化，提高配電企業的運行管理水平的綜合配電管理系統。
3、廣州配電自動化模式
    廣州地區電網按照城市總體規劃負荷密度的大小可分為A、B、C、D、E等不同的供電區，供電區的類型不同，將來實施配電自動化的情況也將有很大不同。
    A類供電區為中心城區，基本是全電纜區，也是配電自動化首先推行的區域。其配電自動化將主要以電纜網自動化、開關房智能化改造和環網柜建設為主。
    B類區為市區，與A類供電區相似，配電自動化也將主要以電纜網自動化建設為主。
    C類供電區可在部分環網率較高，線路基本滿足轉電要求的區域實行架空或電纜網自動化工程，并在電網改造過程的設備選型中逐步實現開關設備自動化。
    D類供電區是市郊區，建設配電自動化不會帶來明顯的經濟效益，但可在環網率稍高的部分架空線實行架空自動化工程。
    E類供電區是農村地區，網架基本為純架空網，建設配電自動化的經濟效益無法顯現。
3.1  結構和功能設計原則
    應以提高配電網綜合管理水平為核心來提高配電網運行效能，并以提高供電可靠性為目標。應注重高級應用功能的同步建設，充分利用已有信息系統，提高運行維護水平。在設計和設備選型中，應考慮技術前瞻性、系統開放性、設備兼容性，提高綜合效益。
    在配電自動化系統的結構與功能需求方面，應以集中監控為主，分步實施“三遙”，優先監控饋線主干環網點，采用靈活的分散就地控制，加強應用功能開發。
3.2廣州配電自動化建設原則
    廣州供電局建設配電自動化系統，建議采取電網分區、功能分層、時間分步的建設原則。配電自動化系統建設中，采用分層分步實施的策略，先進行配電自動化試點，檢驗各廠家設備的本地適用性，檢驗各種通信手段的可行性，然后進行覆蓋完整的1～2個變電站的規模試點，探索配電自動化建設、管理及應用開發的經驗，而后再全面開展。規模建設中，可按可靠性優先、中心城區優先、網架穩定優先、饋線主環網點、主干饋線優先的原則分步建設。在技術經濟效益分析的基礎上，對邊遠架空網覆蓋地區也可實施孤島配電自動化和以遙信為主的配電自動化。建設管理中，應遵循統一設計、分步建設的原則，統一產品選型，充分考慮系統兼容性和供應商的本地支持能力。
4、結束語
    了解國外配電自動化的發展歷程有利于我國配電自動化的建設。本文對發達國家和發展中國家典型城市配電自動化建設的情況進行介紹，主要從城市的網架結構、配電網自動化的實現情況以及達到的效果幾個方面進行了分析，并結合我國的實際情況，介紹和總結幾個比較典型的城市配電網自動化的發展情況�？傮w上講，國外配電自動化發展比較早，配電自動化水平和設備水平較高，提高供電可靠性的效應非常明顯。發展中國家的配電自動化起步比較晚，但發展比較快，隨著各種技術的應用和發展，我國的配電自動化改造應全面借鑒各國的發展情況。最后，結合廣州的實際，提出廣州配電網自動化的建設模式和原則。
    富通新能源可以根據用戶的需求訂做各種類型的高低壓配電柜開關柜。

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