配電自動化（da）是提升城市配電網(wǎng)調(diào)控和運維管理水平、提高供電可靠性、擴大供電能力、實現(xiàn)高效經(jīng)濟運行的重要技術(shù)手段之一。2009年，智能電網(wǎng)重啟了da建設(shè)，并將在今后較長一段時期以集中模式da為主流的建設(shè)技術(shù)路線加速發(fā)展，方向明確。
截至2014年5月，國內(nèi)已經(jīng)批準(zhǔn)建設(shè)或投運配電自動化（系統(tǒng)）的城市有國家電網(wǎng)公司的86座城市和南方電網(wǎng)公司的39座城市，發(fā)展勢頭強勁。在運行和管理上，重點突出配電自動化系統(tǒng)（das）數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（scada）、饋線自動化（fa）、網(wǎng)絡(luò)分析等基本功能的推進，其中配電scada功能已進入實用化應(yīng)用階段，較為突出的有國家電網(wǎng)公司所轄成都、杭州、廈門、北京以及南方電網(wǎng)部分中心或重點城市。
但與此相比，國內(nèi)das中fa功能部署/應(yīng)用效果卻尚未達到設(shè)計預(yù)期，可投運fa的城市仍不普遍，且其中成功案例更是鮮見報道。das中最具特色的fa功能尚未發(fā)揮出應(yīng)有的作用，技術(shù)和運用難題較多?，F(xiàn)階段條件下部署fa是否適宜和可行、如何深入研究和提升國內(nèi)fa應(yīng)用水平等問題成為今天配電自動化領(lǐng)域研究與應(yīng)用的熱點之一。
為此，針對成都配電網(wǎng)故障特點和應(yīng)用需求，分析fa成功實例，詳述成都fa建設(shè)經(jīng)驗、深度應(yīng)用路線及其效益特征。目前成都配電das/scada/fa已經(jīng)通過三年常態(tài)運維和實際運用，同步發(fā)展且深度實用化，綜合效益顯著。其成果對于推動國內(nèi)fa研究和實用化進程，具有積極示范意義。
1 成都配電自動化及其饋線自動化概況
1.1 配電自動化工程
2010年，成都被批準(zhǔn)為國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)第二批da試點城市，技術(shù)路線采用集中模式。建設(shè)和應(yīng)用策略采用系統(tǒng)工程思想統(tǒng)籌規(guī)劃和實施，建用結(jié)合，持續(xù)發(fā)展。幾年來，在da主站、終端、通信、多源支撐系統(tǒng)、輔助設(shè)施、一次網(wǎng)架等方面構(gòu)建起完整的技術(shù)體系、多源系統(tǒng)協(xié)同互動機制、常態(tài)運用機制和管控體系，取得了深度實用化效益、多方面科技、管理效能提升等顯著多贏成果。2011年10月投運時，規(guī)模計有320條10kv饋線、1190個dtu、ftu、ttu配電終端站點，覆蓋整個主城區(qū)193km2區(qū)域。截至2014年底，區(qū)域內(nèi)da持續(xù)發(fā)展，計有公網(wǎng)線路逾440條、配電終端站點逾2000個。das/scada/fa深度實用化，“三遙”終端比例達95.5%。
1.2 饋線自動化技術(shù)架構(gòu)
成都das采用配電終端與主站兩層架構(gòu)部署，其中設(shè)計的典型集中型fa功能（手拉手環(huán)網(wǎng)）原理如圖1所示。
圖1典型集中型fa功能（手拉手環(huán)網(wǎng)）原理
中壓配用電通信主要采用光纖通信、epon技術(shù)支撐，通信網(wǎng)絡(luò)按終端設(shè)備層、匯聚層和局端3層部署，并進一步延伸至縣區(qū)級區(qū)域，統(tǒng)籌形成分層通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，覆蓋整個成都配電網(wǎng)。
1.3 饋線自動化部署
根據(jù)城市配電網(wǎng)故障特點和應(yīng)用急需，成都da工程建設(shè)中，fa與scada、技術(shù)與管理、應(yīng)用與運維、配電網(wǎng)調(diào)控與配電網(wǎng)檢修搶修全過程互動發(fā)展。2010年至2011年10月，開展scada/fa施工工藝、調(diào)試策略，建設(shè)與初步試運行等應(yīng)用技術(shù)研究，建用結(jié)合；2011年10月至2012年底，das進入試運行考核期，實際fa與scada應(yīng)用已進入常態(tài)化。
截至2014年底，在實際接入的配電線路中，有348條線路啟用了全自動閉環(huán)控制模式的fa，占全部fa投運線路總數(shù)的79.09%，其余非全自動閉環(huán)控制模式的饋線按半自動交互模式部署，當(dāng)條件成熟，經(jīng)檢驗合格后即可轉(zhuǎn)入全自動閉環(huán)控制。至今成都das已形成大規(guī)模全自動閉環(huán)、大面積全覆蓋控制的fa完整體系。
2 饋線自動化深度應(yīng)用背景
2.1 電力供需生態(tài)狀況
成都電網(wǎng)是四川電網(wǎng)最大的負荷中心且主城區(qū)負荷集中，供電壓力更大。2014年主城區(qū)負荷達到392.4萬kw，年增長率約6%。
配電網(wǎng)供電可靠性要求很高，國家及社會重大活動要求更嚴(yán)，如著名的財富全球論壇、中國西部國際博覽會等，城市電網(wǎng)承載各級黨政軍機關(guān)、科研院所、重要企事業(yè)單位及民航、醫(yī)院、地鐵等重要用戶供電任務(wù)，供電支撐能力和應(yīng)急管控水平要求高。
特定歷史條件下，城市配電網(wǎng)建設(shè)長期處于較低水平，欠賬較多。在“萬億級”特大型中心城市之下，成都高速發(fā)展多年，其間存在較大電力需求缺口，加上配電網(wǎng)支撐技術(shù)手段不足，電網(wǎng)安全運行壓力大。
在電力配套不足的情況下，多年來城市大量且頻繁的改造增添了主城區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，外力破壞事件亦難以避免，配電網(wǎng)故障查找和檢修難度很大。
2.2 城區(qū)供電規(guī)模及其網(wǎng)架特點
截至2014年12月，主城區(qū)公用配電網(wǎng)開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、柱上開關(guān)、分界隔離裝置等配電站點逾3000個，其中已經(jīng)覆蓋配電終端的站點2041個，包括開關(guān)站（含）環(huán)網(wǎng)柜1199個、柱上開關(guān)1094臺及電纜分支箱108個。架空線路944km，電纜1954km，電纜化率67.4%。主城區(qū)配電一次網(wǎng)架由架空線路和電纜網(wǎng)組成，以電纜網(wǎng)為主。公用架空線路主要采用單輻射、多分段單聯(lián)絡(luò)和多分段多聯(lián)絡(luò)接線方式；公用電纜線路接線方式以單環(huán)網(wǎng)為主。其中純電纜單環(huán)網(wǎng)73條，混合線路中手拉手189條、多分段多聯(lián)絡(luò)169條，單射線路9條，線路平均聯(lián)絡(luò)數(shù)2.13。
城區(qū)中壓公用配電網(wǎng)線路架空全部絕緣化；主干線及較大支線線徑240mm2，支線線徑120~180mm2；電纜出線線徑400mm2，主干線電纜線徑300mm2。柱上開關(guān)（斷路器）、環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)（主要為負荷開關(guān)）合資設(shè)備占80%，其中電操機構(gòu)和輔助接點配件主要采用國內(nèi)生產(chǎn)配套。
主城區(qū)配電網(wǎng)公用線路和專用線路并存，且專用線路占比超過50%，重要用戶多，聯(lián)絡(luò)關(guān)系較復(fù)雜。
2.3 運行方式與故障特點
電纜線路主要分布在城市中心繁華商業(yè)區(qū)和城市主要干道等區(qū)域。架空單輻射線路和電纜單射線路主要集中在區(qū)域內(nèi)站點資源有限和負荷密度較低、供電可靠性要求較低的城郊區(qū)域。架空多分段單聯(lián)絡(luò)、多分段多聯(lián)絡(luò)線路和電纜單環(huán)網(wǎng)線路主要集中在府河以內(nèi)城市核心區(qū)和主城區(qū)負荷密度較高、供電可靠性要求較高的區(qū)域。根據(jù)成都城市高壓電網(wǎng)運行方式要求，正常情況下10kv配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路采用開環(huán)運行方式，開環(huán)點為柱上聯(lián)絡(luò)開關(guān)或聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)。負荷轉(zhuǎn)移時，在滿足閉環(huán)運行條件下，允許短時間閉環(huán)運行。合理設(shè)置10kv配電網(wǎng)分段和聯(lián)絡(luò)開關(guān)開合狀態(tài)，避免線路重載和過負荷運行。雙電源開關(guān)站10kvⅰ、ⅱ段母線母聯(lián)開關(guān)斷開，兩段母線獨立運行。
以電纜為主的一次配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)仍然存在較大的運行風(fēng)險，尤其是快速發(fā)展中的城市主城區(qū)?？赡芤鹋潆娋W(wǎng)故障的原因主要集中在城市施工破壞、小動物損毀事件、配電網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量等方面。實際配電網(wǎng)故障具有點多、分散、隱蔽、突發(fā)性、季節(jié)性等特點。成都城區(qū)配電網(wǎng)故障特點見表1。
以成都2014年1~8月主城區(qū)為例，配電網(wǎng)故障及其原因統(tǒng)計見表2.
2.4 配電網(wǎng)故障應(yīng)急處置
2011年以前，配電網(wǎng)故障與應(yīng)急處理效率更看重一線班組對網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的熟練程度和處理配電網(wǎng)故障經(jīng)驗積累的多寡，屬于全人工運行維護模式。據(jù)2010年上半年統(tǒng)計，調(diào)控值班員從發(fā)現(xiàn)故障到恢復(fù)送電全過程時間平均6~7h，其中運維人員巡線查找故障占據(jù)停電時間約42.9%；故障修復(fù)處理占據(jù)停電時間約42.9%；隔離、恢復(fù)供電操作占據(jù)停電時間約14.3%。而故障查找時間中，當(dāng)城市交通不暢情況下，人工“查找故障時間“實際更長。
綜上，成都城市配電網(wǎng)具有一定的脆弱性。城市發(fā)展生態(tài)多樣、配電網(wǎng)改造和新建頻繁、多方發(fā)展需求強烈，用戶設(shè)備故障、城市建設(shè)等非穩(wěn)定性因素對城區(qū)配電網(wǎng)安全運行影響大，運行方式多變等實情共同構(gòu)成城市配電網(wǎng)主要特征，配電網(wǎng)調(diào)控和運維檢修搶修任務(wù)十分艱巨。這也部分反映出目前國內(nèi)城市發(fā)展與電力供應(yīng)能力的一般特征。
因此，成都對建設(shè)和運用das/scada/fa具有多層次客觀需求，在智能電網(wǎng)和現(xiàn)代城市發(fā)展背景下積聚內(nèi)在動力，必要性強，而作為da的主動實踐者和推動者，也適時順應(yīng)了時代的發(fā)展。
3 深度應(yīng)用饋線自動化
3.1 das實用化基礎(chǔ)
三年來，在193km2主城區(qū)，持續(xù)、常態(tài)運用das各項功能，調(diào)控中心實際總遙控/成功次數(shù)超過8000次，das支撐處理配電網(wǎng)設(shè)備缺陷、運行方式倒換、故障處理與現(xiàn)場搶修等相關(guān)操作三萬余次。遙控成功率和使用率、運行指標(biāo)和實際成效高度相容。das/scada的深度實用化展示了基礎(chǔ)功能的完備性和運用價值。它不僅奠定了具有多源特征的fa數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)，為其提供了穩(wěn)定的運行平臺，更為通往半自動交互模式fa、全自動閉環(huán)控制模式fa以及實用化fa三大應(yīng)用目標(biāo)提供了先決條件。
3.2 深度應(yīng)用饋線自動化
從2011年10月運用至今，fa投運饋線條數(shù)穩(wěn)步增長，常態(tài)投運fa饋線總量一直保持在95%以上，成為快速處理成都城區(qū)配電網(wǎng)故障的關(guān)鍵手段。在策略上，除了全自動和半自動交互兩種fa模式之外，部署了自動轉(zhuǎn)換模式的策略，即允許全自動模式fa在執(zhí)行過程中因故自動暫停并轉(zhuǎn)換為半自動交互模式繼續(xù)執(zhí)行，使全閉環(huán)自動控制模式的執(zhí)行符合fa運用特點和實際操作特點。
截至2014年底，fa共啟動612次，成功啟動并執(zhí)行600次，fa成功率達到98.04%，其中全自動閉環(huán)控制的fa正確動作并執(zhí)行318次，成功率100%。進一步地，從fa執(zhí)行過程的通暢水平來劃分，全自動fa又由兩部分組成：①從故障信息采集研判、正確定位、故障區(qū)域隔離、直至恢復(fù)無故障區(qū)域供電全流程一次性貫通的fa，完成125次；②在執(zhí)行過程中因故轉(zhuǎn)而由交互模式