1、  前言

智能开闭所在电力系统中已经有了很大范围的应用，我公司根据现场通信条件的不同，分别提出了两种不同的配电自动化方案模式。一种是对于无信道条件下的基于V I T原理的分布式智能模式；另一种是对于有条件上通信通道（光纤、GPRS、屏蔽双绞线等），采用集中智能处理模式。基于V I T原理的分布式智能模式是由现场的馈线智能终端单元（FTU）就地自动判别故障，隔离及网络重构，无需通信及主站系统参与。集中智能处理模式是指现场的智能终端单元（FTU）将现场信息实时传送给后台主站系统，由主站系统根据配电网络的实时拓扑结构，按照一定的算法进行故障定位，下达命令给相关的FTU跳闸隔离故障，并完成相关高级功能。由于两种模式下采用的终端智能设备相同，因此初期未具备通信条件时可以采用基于VIT原理的分布式智能模式，待通信通道建立时可以很方便地转化为集中智能处理模式。

       基于VIT原理的分布式智能模式也可以提供较弱的远程通信功能，即利用GPRS通信网络上传现场信息，以使运行人员能够及时了解、处理现场故障，但不建议使用遥控等高级功能。

2、 

       针对不同的主接线线方式，分布式智能模式下智能终端单元的逻辑功能配置会有所不同。以上图为例，A变电站出线到#1开闭所，然后连接到#2开闭所，#3开闭所Q31设置为联络开关，正常运行时一直处于分断位置，然后连接#4、#5开闭所到B变电站。各开闭所开关除与变电站出线相连的Q11和Q51采用断路器以外，其余开关均采用负荷开关。

       开闭所所有开关按工作模式分可分为四种。Q11、Q51设置为带保护功能、多次重合闸功能模式，它们的保护动作时限设置得应该比变电站出线保护更短；Q31设置为联络开关模式，正常时一直处于分断位置并闭锁合闸功能，但当主干线出现故障并隔离故障后可以自动转换为分段开关模式，并具有单侧失压延时合闸功能；Q12、Q22、Q32、Q41、Q42、Q52设置为分段开关模式，具有失电延时T计时后自动分闸、单侧恢复电压延时X计时后自动合闸、短时间闭锁失压分闸、合闸后Y计时内检测到故障后自动分闸且闭锁开关、残压脉冲闭锁功能；其余出线开关设置为分支开关模式，具有过流脉冲计数M次后分闸且闭锁开关功能。

2.1 F1发生故障

       Q11跳闸　→　Q12、Q21、Q22延时T时间内　→　Q11第一次重合。

①若F1故障为瞬时性故障，则Q11此次重合成功，故障排除，恢复正常供电。

②若F1故障为永久性故障　→　Q11第二次跳闸，Q12、Q21、Q22开关T延时到分闸，联络开关Q31在S延时到后开始X_L计时　→　Q11第二次重合　→　Q12开关一侧得电延时X时间，合闸并在Y时间后正常，在Z时间内闭锁失压分闸功能　→　Q21开关一侧得电，延时X时间合闸并在Y时间后正常，在Z时间内闭锁失压分闸功能　→　Q22开关一侧得电开始延时X，延时X时间到后合闸于故障上（Y时间内故障）　→　Q31在X_L时间内检测到开关一侧有残压（电压故障脉冲）　→　因Q22合在故障上(Y时间内)，Q11第三次跳闸　→Q31因在X_L时间内检测到开关失压侧有残压（电压故障）故在分闸状态下闭锁；Q22在其Y时间内合在故障上分闸并闭锁；而Q12、Q21因闭锁了失压分闸功能而不再分闸 →　Q31闭锁在分闸位置　→　Q11第三次重合成功　→Q12、Q21双侧有压，经过设定的系统恢复时间后，重合次数计数被清除。

在整个逻辑判断过程中，#1、#2开闭所的出线开关由于未监测到过流脉冲，因此一直处于合闸状态，Q11第三次重合闸成功后自动恢复供电。

当对F1故障进行了人工修复后，该供电网由人工现场操作恢复为原来的正常供电方式。

2.2 F2发生故障

Q11跳闸　→Q23过流脉冲计数一次，Q12、Q21、Q22延时T时间内　→　Q11第一次重合。

①若F2故障为瞬时性故障，则Q11此次重合成功，故障排除，恢复正常供电，经过设定的系统恢复时间后，Q23的一次过流计数被清除。

②若F2故障为永久性故障　→　Q11第二次跳闸，此时Q23过流计数已经两次，且Q23无压，Q23分闸并闭锁 →　Q12、Q21、Q22开关T延时到分闸，联络开关Q31在S延时到后开始X_L计时　→　Q11第二次重合　→　Q12开关一侧得电延时X时间，合闸并在Y时间后正常，在Z时间内闭锁失压分闸功能　→　Q21开关一侧得电，延时X时间合闸并在Y时间后正常，在Z时间内闭锁失压分闸功能　→　Q22开关一侧得电，延时X时间合闸并在Y时间后正常，在Z时间内闭锁失压分闸功能　→　Q31在X_L时间内检测到开关两侧均有正常电压，双侧有压禁止合闸功能启用，X_L时间停止　→　经过设定的系统恢复时间后，X_L时间及重合次数计数被清除。

在整个逻辑判断过程中，#1、#2开闭所的出线开关除Q23外由于未监测到过流脉冲，因此一直处于合闸状态，Q11第二次重合闸成功后自动恢复供电。

当对F2故障进行了人工修复后，该供电网由人工现场操作恢复为原来的正常供电方式。

       故障发生后，经过VIT逻辑判断，智能终端单元进入闭锁状态，代表线路故障点处于相关开关区段，智能终端单元会输出明显指示信号方便人工定位检修故障。进入闭锁状态的智能终端单元将退出所有自动逻辑直到人工解除闭锁信号的输入。

       对于其它不同的主接线方式，开闭所进线开关智能终端单元还带有备自投逻辑等功能选择。

3、  集中智能处理模式

该模式下各智能终端单元通过通信通道将现场信息实时传送给后台主站系统，由后台主站系统综合分析所有数据而后做出故障处理逻辑程序。

3.1通信通道

集中智能处理模式下的配电自动化系统需要一个有效的通信通道。配网系统拥有众多的开闭所、配电变压器、柱上断路器，要对这些设备进行监控就需要许多智能终端单元，同时这些智能终端单元随配电设备安装，地域分布广，通讯节点分散。配网自动化系统的规模、复杂程度和自动化程度决定了通信系统应满足下述要求：

1、可靠性。配网系统的通信设备有很多暴露在室外，环境恶劣，因此必须能够抵御高温、低温、日晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然环境的侵袭。同时，尽量避免各种电磁干扰，保证长期稳定可靠地工作，并要求在线路停电时，通信系统仍能正常工作。

2、经济性。考虑到配电网系统的总体经济效益，通信系统的投资不应过大，力争充分利用现有的主网通信资源，进行主、配网整体规划，避免重复投资。

3、寻址量大。通信系统不仅要考虑目前及未来的数据传输的需要，还要考虑系统升级的要求。

4、双向通信。配网自动化要实现遥测、遥信、遥控功能，就必须要求具有双向通信能力。

5、容易操作和免维护

根据以上的要求，GPRS通信方式和光纤通信方式正广泛地应用于电力系统。

3.1.1 GPRS无线通信的介绍

3.1.1.1 GPRS简介

GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，它是在 GSM 系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统。它使用分组交换技术，能兼容 GSM 并在网络上更加有效地传输高速数据和信令，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。

3.1.1.2 GPRS通信方式的优越性

1、安装与施工方便简单，对环境要求低，只要信号覆盖的地方都可安装。

2、维护简单。由于采用一点对多点的方式，当一台通讯故障，不会影响其他设备通讯，而且方便查找问题。

3、费用低。采用GPRS通信方式，无需建网费用，而且GPRS网络按流量计费，比较其他的数据采集系统，运行费用低廉。

4、实用于偏远山区和分散区域应用。

3.1.1.3 GPRS通信技术在配电自动化应用的可行性分析

从技术角度，GPRS网络稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度较快，能够提供40～100kbps带宽，完全能够满足配电自动化系统对通信速率的要求。

从经济角度，GPRS按流量计费，并且不需专门建立通信网络，因此减少了专用网络和通道建设的大量投资，降低了系统的成本。

对于测控点众多且分布很广的配电自动化系统而言，覆盖面广、不需传输线，可实现双向通信，它是一种利用公共无线通信网的无线数据传输业务，是一种较为经济、理想的通信方式，比较适用于配电网。

3.1.1.4 GPRS几种组网方式的选择

1、移动专线工作模式

数据中心采用APN专线接入，所有终端监控点都采用移动内网的固定IP，数据在移动公司数据网络内部传递，不进入Internet网络。

此种方案在实时性、安全性和稳定性方面都很好，适用于安全性较高、数据点较多、实时性要求较高的应用环境。但是该种方案成本较高，而且此项业务在一部分偏远地区还无法实施。

2、公网专线工作模式

数据中心采用Internet公网连接，用公网固定IP。终端监控点的数据通过移动公司数据网络进入Internet网络，在Internet网络上传输。

此种方案要求：客户须先向Internet运营商申请公网固定IP。中心用公网固定IP，而终端监控点则可以直接向监控中心发起连接；或者是客户公司有一台连接Internet的服务器，并且具有公网固定IP。

3、公网动态IP模式

数据中心采用Internet公网连接，可以采用动态IP模式，通过动态域名指向服务来实现连接，数据通过移动公司数据网络进入Internet网络，在Internet网络上传输。

此种方案要求：需要动态域名指向服务，终端监控点向域名发起连接，由动态域名指向监控中心建立连接。这种方案因为实现容易，费用少因此应用较多。

3.1.2光纤通信方式介绍

自激光器和低损耗光纤问世以来，光纤通信系统以其技术、经济上无可比拟的优越性而迅速崛起，并风靡全球。该系统是以光纤为传输介质，以光为载波信号传递信息的通信系统。整个系统由电端机、光端机、光缆和中继器构成。光纤可分为单模光纤(SMF)、多模光纤(MMF)、长波长低射散光纤(LMF)、保偏光纤(PMF)及塑料光纤(POF)等很多种；常用的为单模和多模光纤，多模光纤就是传输多个光波模式，而单模光纤只传输一个光波模式。单模光纤比多模光纤传输距离长，目前一般地，光信号在多模光纤内可传6km左右，在单模光纤内可传30km。因此，单模光设备的价格要高于多模光设备。实用的光纤通常都是由多根光纤、加强芯、保护材料、固定材料等组合成光缆构成的传输线。

光纤MODEM可完成光信号与数字信号之间的相互转换。光纤MODEM一般有一个以上的数据口用以传递同步或异步信号。通信速率可达到2Mbps或更高，配网常用的通信速率一般为同步N×64K或异步19200bps以下。故足以满足配网通信的需要。

光纤通信的特点：光纤通信具有通信容量大，衰减小，不怕雷击，抗电磁干扰、抗腐蚀、保密性好、可靠性高、敷设方便等优点，不过投资费用相对较高，尤其对于城区内直埋式电缆线路的光纤敷设，施工费用将更大。

光纤通信在配电网上的实现方案：光纤通信的组网方式非常灵活，可以构架成星型、链型、树状、网状、单纤网、双纤网、环上多分支、多环相交、多环相切等各种拓扑结构的网络。

根据配电自动化系统的特点，光纤网通常需组成环型网，并与计算机局域网连接，实现数据共享。 

3.2主站系统介绍

配电主站系统是配电自动化系统的核心，监视整个配网实时运行状况，管理整个配网的运行设备。ST3000配电自动化系统的所有功能设置均从配电系统的应用出发，除具备常规的配电网SCADA子系统外还具有实时性极强的智能化的故障处理和负荷转移决策系统、真正应用于配电网运行分析的配电管理系统等内容。

3.2.1主站系统基础平台

硬件平台：支持多种基于RISC的HP 、IBM、DEC、ALPHA系列等计算机设备。

操作系统：操作系统采用Windows 2000，其硬件平台的可移植性强；具有抢占式可设优先级的多任务、多线程管理内核；其安全性符合C2级标准；内嵌完善的网络通信管理功能；其标准统一的Windows界面已深为广大用户所喜爱；具有丰富、方便、易用的配套开发环境。选用Windows NT为开发一套高性能的DMS奠定了坚实的基础。

系统网络：采用分流/冗余的双网机制，遵循ISO-OSI七层网络参考模型及TCP/IP国际标准协议。采用跨网解决方案，配电自动化系统采用专用高速局域网，与其他系统通讯采用网关方式，从而保证整个系统的安全性、一致性和实时性。

系统的安全和保密性：为了保证系统安全可靠运行，本系统采取如下措施：系统管理员、维护人员、操作人员等层次的分级分层权限管理；采用物理隔离和网关来隔离本系统与其他系统的数据交换。

3.2.2 主站系统结构和配置

3.2.2.1 硬件配置

配电自动化主站是配电自动化系统的核心，其硬件和软件遵循国际标准设计。主站系统基本配置为主/备数据服务器两台，前置机二台（前置机负责通信的集中和转发）、调度员工作站二台、WEB服务器一台。在主站和通信线路的建设上充分考虑今后规模的扩大和功能的扩展。

图2、GT3000配电自动化系统主站基本结构图

3.2.2.2配电自动化系统软件结构

GT3000配电自动化系统是建立在计算机、网络、通信基础上的复杂的软件工程，层次化的系统设计是保证其整体性能的基础。本套系统是以高性能的支撑系统为基础形成的分布式处理系统。支撑系统环境包括：面向对象的实时数据库及其管理系统、历史数据库及其管理系统及其它DMS应用库、网络任务管理系统、面向对象的MMI框架系统。

3.2.3主站系统基本功能

1、数据库功能：实时数据库、历史数据库

2、配电系统SCADA功能：数据采集功能、数据处理功能、事故报警、遥控和遥调操作、人机交互式操作、监控图

3、配电工作管理(DMS)功能（可选）

4、基于Web的实时信息发布功能

5、与其它系统的接口：与调度自动化系统信息交换、与MIS系统的信息交换、与用电管理系统的接口（需对方提供接口）

3.3故障隔离原理简介

仍以上图为例。

F1故障时，Q11第一次跳闸。

①若F1故障为瞬时性故障，则Q11重合成功，故障排除，恢复正常供电。

②若F1故障为永久性故障　→　Q11第二次跳闸并闭锁重合闸功能，主站收到Q12、Q21、Q22过流失压信息，确认为Q22、Q31之间故障，下发Q22、Q31分闸命令，并重新合闸Q11，故障被隔离。

F2故障时，Q11第一次跳闸。

①若F2故障为瞬时性故障，则Q11重合成功，故障排除，恢复正常供电。

②若F2故障为永久性故障　→　Q11第二次跳闸并闭锁重合闸功能，主站收到Q12、Q21、Q23过流失压信息，确认为Q23出线故障，下发Q23分闸命令，并重新合闸Q11，故障被隔离。

       后台主站系统还可以根据各个开闭所开关所带负荷情况自动作出负荷切除、转移判断，以实现智能供电。

4、  结束语

由以上介绍可知，分布式智能模式由于具有初期投入少，性价比高，动作时序控制严格，开关动作次数较多等特点，适合于一般简单接线方式，或配电自动化实施的初期；集中智能处理模式由于一次性投入大，但故障处理时间短，还可以实现更高级、更复杂的功能，应该是配电自动化更为理想的实现方式。当然，用户可以根据各自当地供电实际情况，采用适合自己的配电自动化模式。

可选功能

1.        电缆接头的工作温度

2.        操作模式为手动或电动；现场或远程

3.        负荷开关快速分闸（630A内过流跳闸）

4.        电流及温度在开关面板上显示