配網自動化系統（SCADA）軟硬件平台建設方案及參考預算
廣州市智昊電氣技術有限公司
前言
關鍵詞：配網自動化 SCADA 饋線終端 工業通信 FTU/DTU 大致預算
配網自動化系統是近年來電力系統重點建設的內容。其主要完成功能如下：實時監測，可視化管理，及時發現並處理隱患，減少故障發生。自動故障定位，遙控實現故障隔離與恢復供電，減少故障對用戶的影響。快速調度、派修，加快故障修復。遙控分段開關進行倒閘操作，減少停電時間。如果建設一套功能完善的配網自動化系統，即滿足目前需求又方便擴容升級的高性價比的配網自動化系統。是建設者考慮的問題。
一、電力公司配電網情況分析
大部從城市都有10kV架空配電線路數百條，配電變壓器過萬台，柱上開關千余台，電力電纜千余條，開閉所過百座，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數百台。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，又要着眼長遠。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，面臨着新技術、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着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，如環網櫃、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、維護規範；(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、配網自動化系統完成功能
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台。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)數據採集、實時監控與操作功能
全面支持配電子站與環網櫃監測裝置(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，儘量避免直接控制，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
在環網櫃中開關不能配置刀閘，對於開關的合／分狀態應增加狀態指示裝置；對於電纜分支線路應增加檢測，避免形成合環；對於形成故障的分路開關應增加鎖定功能。
三、配網自動化關鍵設備（FTU/DTU/TTU）
(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坏而引起事故。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。可以採取各種靈活方便、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。變電站一般採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。
採用斷路器的開閉所(K形配電站)，最好採用綜合自動化裝置。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。
採用負荷開關的開閉所(P形配電站)，通過環網櫃監測裝置(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，熔斷器熔斷後信息可以上報。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)環網櫃的自動化
環網櫃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。
採用斷路器的用戶室／環網櫃，最好採用綜合自動化裝置。不具備安裝綜合自動化裝置的，可以採用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，主站實現對環網櫃的調度遙控。
採用負荷開關的環網櫃，可採用DTU裝置實現自動化，實現環網櫃的遙測、遙信及事故監測。負荷開關所配熔斷器要有輔助接點，熔斷器熔斷後信息可以上報，用於判斷故障。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櫃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)環網櫃與DTU的接口
1.環網櫃開關要具有電動操作機構，操作電源也可以是AC220V、DC24V、DC220V等。
2.環網櫃要提供自動化設備的安裝位置，用於DTU和PT的安裝。
3.在環網櫃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，利於安全和維護。
4.停電后需要操作的環網櫃需加裝電池，電池容量按時間要求確定。
5.環網櫃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與環網櫃安裝時要良好接地，接地電阻小於10Ω。
(五)配網自動化終端（FTU/DTU）參數要求
測量精度
1.交流電壓測量範圍0-300V 測量精度： 0.2級
2.電流測量範圍0-50A 測量精度：0.2級
3.直流電壓： 0.2級
4.頻 率： 0.2級
5.諧波採集精度：1.0 級（13 次諧波）
6.有功功率： 0.5級
7.無功功率： 1.0級
8.有功電度： 1.0級
9.無功電度： 2.0級
10. 溫度： ±1℃
Ø 交流電壓： 0~2倍額定值
Ø 交流電流： 0~2倍額定值
Ø 直流電壓： 0~30V
Ø 頻率： 40Hz~60Hz
Ø 溫度： -50℃~+100℃
交流電流迴路
長期運行------2In（2 倍額定電流下連續工作）
10s-----------20In（短期過量交流輸入電流施加標稱值20 倍允許 10s，持續時間小於10s，系統工作正常）
1s------------40In（短期過量交流輸入電流施加標稱值40 倍允許 1s，持續時間小於1s，系統工作正常）
10 倍額定電流測量誤差<2％
交流電壓迴路
4Un連續工作。在 1.4 倍額定電壓下連續工作。大於1.4 倍額定電壓下允許10s。
輸入迴路：光電隔離
DC24V，2mA，無源接點輸入，外部提供電源
SOE分辨率<2ms
軟件防抖動時間：0～60000毫秒可設。
工作容量：在電壓不大於 AC250V(DC24V)，允許長期工作電流5A，允許通過的瞬時衝擊容量為 1250VA/150W；
斷開容量：AC250V（DC30V）/5A。
四、配網自動化通信解決方案
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，採用各種通信方式，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
隨着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與配電子站的通信採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。
每台FTU，DTU及配電子站分別配置一台自愈型光Modem，每個光Modem具有4個以上RS-232／RS-485端口，其中一個RS-232端口用於集結FFU／DTU信息，其餘端口用於溫度監測備用。
採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。
說明：目前國網及南方電網公司對配網自動化的通信均首先光纖通信解決方案。以工業以太網和EPON為主要光纖方案的主選設備。
(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台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。由於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氾應用。
點對點方式一般適用於終端少、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於終端多、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發生關係、更加安全可靠。而VPN方式則更加經濟、靈活。目前，採用VPN或DVPN方式的安全性已不存在問題。
說明：配網自動化無線解決方案具有投資少，建設快速等特點。但由於移動無線解決方案也具有時延高、穩定性差等缺點。只作為配網自動化的補充通信手段。或者適用於縣級配網的初期建設（投資少，不影響未來升級採用光纖）。
(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採用“手拉手”環網方式供電。由於中壓“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。可行的技術方案有：(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，在系統建設中可以採用靈活方便的組合方式，在溝道中普遍採用光纜通信。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。
五、方案預算
詳細預算可咨詢本公司
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項目內容
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配置說明
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數量
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預算
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說明
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主站軟件+硬件平台SCADA
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實現“四遙”功能
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1套
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實時監測，可視化管理
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開關
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適合新上項目
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N台
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改造項目除外
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柱上饋線終端FTU
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帶RS485接口預留光纖通信接口
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N台
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內置101、104規約客戶任選。實現三遙
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開閉所終端DTU
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站所終端，帶RS485/LAN接口
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N台
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內置101、104規約客戶任選。實現三遙
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工業以太網/EPON
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光纖通信方案
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N台
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光纖通信與無線通信二選一
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GPRS/CDMA
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無線通信解決方案
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N台
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六、結語
廣州市智昊電氣技術有限公司提供配網自動化整套解決方案及相關設備。主站軟件平台、饋線終端FTU/DTU/TTU、開關控制器、GPRS/CDMA/GSM與工業通信。為市場提供實用性強、高性能低成本的解決方案。歡迎咨詢。
聲明：方案參考了Maoyuanao先生論文，特此聲明致謝！
