配電自動化技術是服務於城鄉配電網改造建設的重要技術，配電自動化包括饋線自動化和配電管理系統，通信技術是配電自動化的關鍵。
簡介,技術現狀,傳統的電流保護,發展規劃,
簡介
目前，我國配電自動化進行了較多試點，由配電主站、子站和饋線終端構成的三層結構已得到普遍認可，光纖通信作為主幹網的通信方式也得到共識。饋線自動化的實現也完全能夠建立在光纖通信的基礎上，這使得饋線終端能夠快速地彼此通信，共同實現具有更高性能的饋線自動化功能。
1 概述
我國配電網自動化的發展是電力市場和經濟建設的必然結果，長期以來配電網的建設未得到應有的重視，建設資金短缺，設備技術性能落後，事故頻繁發生，嚴重影響了人民生活和經濟建設的發展，隨著電力的發展和電力市場的建立，配電網的薄弱環節顯得越來越突出，形成了與電網建設不協調的局面。
國家頒布實施的《電力法》的貫徹後，電力作為一種商品進入市場，接受用戶的監督和選擇，甚至於對電力供應中的停電影響追究電力經營者的責任。另一方面，高精密的技術和裝備對電能質量要求，配電網供電可靠性已是電力經營者考慮的主要方面。
隨著市場觀念的轉變和電力發展的需求，配電網的自動化已經作為供電企業十分緊迫的任務，大城市電網，從八十年代就意識到配電網的潛在危險，並竭力呼籲積極努力地致力於城市電網的改造工程，並組織全國性的大會對配電網改造提出了具體實施計畫，各種渠道湊集資金，提出更改計畫，利用高技術、性能好的設備從事電網的改造。例：1990年5月召開了全國城網工作會議，提出了城市配電網在電力系統的重要位置，要求採取性能優良的電力裝備，以提高供電能力、保證供電質量。根據電網供電的要求，供電部門提出了配電系統對用戶供電的可靠性要求，供電可靠性指標達到99.6%，對機場、銀行及計算機網路和服務監控中心是電力質量要求高的場所，沒有可靠的配電網是無法保障的。
配電網改造是實現配電網自動化的前期，沒有好的電網是不可能實現配電網自動化，由於早期的縣級電網已經基本形成，只能在原有配電網的基礎上進行改造，難度大，要力爭達到高自動化的目的，應做好統籌規劃，從裝備上符合現代城市的發展要求，因此，城市配電網電力裝備的基本要求是：技術上先進、運行安全可靠、操作維護簡單、經濟合理、節約能源及符合環境保護要求。
配電網的套用是經濟建設所決定的，因此，無論是大城市配電網還是小型城市、縣級城市甚至農村配電網，在配電網改造及配電網自動化應立足於以下幾方面：
(1) 立足於國情，城市電網的實際要求，以真正解決配電網的實際問題，以符合供電可靠性及用戶供電的要求，不搞形式、不追潮流，將有限的資金投入到較為實際有效的電網改造中去。
(2) 以保證供電可靠性為前提，確保電力用戶用電的時效性，滿足電力用戶的供電需求。較長一段時間以來，電力能源緊缺，限制供電現象較為普遍，但如何確保用戶在不限電時避免其它事故所造成供電的影響，應從用戶用電的實際要求為出發點，做好用戶用電的服務工作，體現用戶是上帝的精神，在電力經營部門也應得到體現。
① 從用戶用電的實際要求出發，保證用電的需求，滿足用電要求； ② 提高網路的輸送能力，做好網路結構的調整； ③ 提高技術裝備的可靠性及運行部門的免維護要求； ④ 完善設備的自動化程度及故障的判斷能力。
(3) 滿足和確保供電的質量，隨著城市高新技術用裝備和居民家用電器的要求，高峰低谷現象對電能質量是相對應的，除電壓幅值，頻率以及諧波對用戶都將產生不良的影響外，甚至會影響電能的計量，因此要採用調峰、調壓來保證電能質量。
(4) 降低電網的損耗、電能損耗往往作為電力經營和運行不可避免的事，但是損耗決定於電網結構和輸送電負荷的條件來決定，城市電網改造之一是改進導線截面，降低線路的電阻率，採用新的輸送電金具，減少線路電能損失。採取無功就地補償，提高功率因素，合理調度和負荷分配，最佳化網路潮流，做到經濟運行。
(5) 提高網路的供電能力，減少用戶的停電機率，網路的互供能力主要反應網路接線、負荷的合理調整。
(6) 採用自動化裝備，提高設備的故障判斷能力和自動隔離故障，恢復非故障線路的供電條件，選擇自動化程度較高的自動化設備。
(7) 解決配電網用設備的技術性能，提高設備的自身可靠性運行能力，尤其是配電網開關設備的操動機構及內部結構適應於戶外(戶內)運行條件，做到不檢修周期長，設備運行可靠。大大地減輕運行人員的勞動強度和維護費用。
(8) 便於系統的監控，實行配電網的經濟調度，實時的網路經濟分析，歷史數據的記錄和查備，事件記錄的查詢規劃。
2 .當前我國配電網存在的問題
配電網的發展主要是隨城市建設規模及用電負荷迅速增長和供電可靠性要求而提出的，由於城市規劃與電力的條塊分割，形成了不相適應配電網結構，使配電網規劃及發展不適應城市發展的需求，突出反映在如下幾點：
(1) 配電網路電源點落後於城市建設的發展，由於城市規模和商業的建立，電源點容量及電能輸出受到限制，尤其是電力線的傳輸通道。
(2) 瓶頸效應比較突出，出現卡脖子現象嚴重，電能輸不出去，往往因此而引起停電事故。改革開放以來，城市建設速度加快，負荷增長率高，但電力建設不及時，輸出線半徑小，線路長。
(3) 出線通道影響與城市規劃不相適應，有的地方改用地下電纜，施工及投資不允許，採用架空導線環境條件受限，有的採用絕緣導線，網路複雜的情況較為普遍。
(4) 早期建設的線路導線細、年久失修，高能耗設備多，線損率高，由於導線半徑小及無功缺額較大，綜合線損損耗大，個別地區配電網損耗達到30%，一般地區在15%～20%，造成能源大量浪費和環境污染。
(5) 供電不可靠因素增大，由於配電網投資不足，設備老化和技術性能低劣，供電事故頻繁，往往是一點故障引發全線甚至大面積停電事故。城市繁華地段，往往是局部故障引進重要場所、用戶停電，影響社會治安及經濟市場。早期設備技術性能差，設備動作頻繁，引發事故多，對機構的可靠性要求高。
(6) 電網結構複雜，環網聯絡接點較多。
(7) 城市電網改造涉及面廣，要求較高，停電難度大。
因此，對於城市配電網實現配電網自動化是一項綜合性的工程，最基本的條件是應具有較為完整的多路電源的配電網點，具有較好的城市規劃及電源路徑的分布，利用各種較為先進的設備，當前城市建設的規模和經濟的發展對配電網提出了較高的要求，各級部門都給予充分的重視，在資金上給以投入，形成了一種較好的外部環境。
3 配電網系統的接線方案
由於配電網的複雜性，不是單一方案就可以實現配網自動化要求，對於不同的供電模式，應具有不同的供電方案，以力求達到較完美的條件。
(1) 環網電纜方案
以電纜作為配電主幹線的配電網自動化方案，主要在城市商業繁華、人口密集地方，以環網開關櫃為主體，負荷開關櫃據所在地域和用戶的數量的要求設定出線保護多少，一般為二進(四出)，當進出線迴路較多，規模更大時可轉變為開閉所，環網櫃和開閉所中設計量櫃、聯絡等。
環網櫃一般以負荷開關與熔斷器相配合，當一路電源發生故障後，會有另一路電源快速切換到母線，恢復正常的供電。對開閉所監控系統的通訊方式，在放設電纜時一併設定，主要以光纖和市話線為主，以減少干擾。環網櫃的主要特點是運行環境較好、外界影響因素較少，也是城市主幹道的較好的方案，見圖1。
(2) 市區架空配網方式
市區架空配網方式一般在城市道路規模較好，兩側路幅較為寬敞的條件下，以裸線架空導線和架空絕緣導線為主，一般情況下是雙迴路架設，在配電線路上根據用戶要求設配電變壓器或設雙電源，架空線路通常是雙電源環網供電方式。見圖2
這種配電方式結構簡單，布置形式靈活，設備都集中在戶外式安裝，受環境條件的影響較深，正常條件下R0為開路運行，B1、B2分別供電。當異常情況下向另一端自動供電，採用柱上重合器或自動開關來實現。分支線採用分段器與主幹線的配電開關相配合。用來隔離支線上的永久性故障。這種方案在一次和二次設備配合上，完成自動隔離故障功能。
(3) 輻射型配電網
輻射性配電網是在市郊和農村配電網路以單電源供電，控制設備由變電站主開關作保護，配電線路可根據需要設多級重合器和分段器保護，達到自動隔離和恢復供電的條件。在我國現有的經濟能力條件和配電網的實際情況下，大量採用斷路器(重合器)作為配電網線分支線自動開關，尚不具備充足的資金條件，以分段器更為合適。見圖3
註：定值的整定值應IR2〈IR1〈IB1動作次數MR2〈MR2分段器的動作次數由需要定為一或二次
(4) 配電網自動化的系統結構的資料庫能系統全面地反應配電網的信息，用戶的檔案資料、桿型的結構，配電變壓器的型號記錄，歷史檢修記錄、設備技術參數、備品備件、保護定值記錄、線路路徑及桿號記錄，並實時記錄有關參量和對設備進行監控。是配網自動化的核心，高級套用軟體、良好的人機界面，實時量的信息庫是配網自動化的基本要求。
(5) 無功自動補償功能，能準確反映配電系統無功需求狀況，對高低壓無功補償裝置能自動控制和合理調節，對經濟運行調度提供依據。配電網的無功補償，除在10kv母線進行自動補償還要線上路上對無功進行動態補償，實現遙控和自動投切。
(6) 負荷控制不是簡單理解為對用戶的用電量進行控制。對負荷控制並了解負荷的動態平衡狀況，調整各負荷運行環境，合理地投入無功補償，使之能經濟運行。負荷控制是為了更好地指導用戶的經濟運行。
(7) 遠方讀表是電力部門對用電管理的主要手段，定時限地對電網負荷進行平衡，最佳化電網運行的方式，同時可大大地減輕抄表人員的勞動強度。
(8) 設備的基本條件
根據我國城市電網及配網工作特點，對設備的要求是要做到安全可靠性高、技術參數高、效率高、使用壽命長、結構簡單、體積小、便於安裝、維護工作量小、污染小、噪音小、價格合理，並針對城市繁華的特點，要朝著無油化、絕緣化、組合化、機電一體化方向發展。
4 配電網設備基本條件
配電網自動化是近幾年來電力套用技術的新型技術，主要涉及中低級電網，作用對象是電力經營企業和用電企業的結合。目前世界各國對此都表示十分關注，由於該技術尚沒有明確定論，但至少可以說明配電網自動化不僅僅簡單是配電線路及其所相應的設備，還有通訊、計算機綜合套用、電力(負荷)監控、節能、電網規劃等，可歸納為如下幾個方面：
(1) 可靠安全的供電網路，包括電源點應保證電力輸送線路的經濟運行，開關變壓器等設施的可靠性。
(2) 對故障的自動判斷和隔離，在人工或自動條件下恢復非故障線路的供電，對故障點進行自我隔離和診斷。
(3) 判斷系統的運行狀況進行實時監控，採用分散式的SCADA(遠動)，對配電網所需的信息進行技術處理，對配電網的各種信息的上發下傳，及時反應配電網的運行狀況和事故的處理級分析能力。
(4) 用電管理包括用戶對電能的管理要求，用戶對電能的意見及要求能夠反映到配電管理中心，由配電管理中心對此作出反應和處理。對電能進行調整，對用電負荷的控制和經濟調度。
對用電管理系統可對用戶直接或間接地進行控制，這種控制方式一般由人為進行設定，可由遠動操作也可由現場就地操作，與通常的事故處理有不同的管理方式。
5 配電網自動化通訊的主要技術問題
配電網自動化程度的重要標誌是通訊是否符合自動化的要求，它擔負著設備及用戶與自動化的聯絡，起著紐帶作用。擔負著信息的處理、命令的傳送和返回。所有數據的傳遞，沒有可靠有效的通訊，配電網無法與自動化相聯繫。關於自動化通訊，通常概念有兩種：一是外圍通訊，主要是數據以及語言的通道。採用的方法為有線和無線二大類。有線分光纖通訊、音頻電纜通訊、電力載波通訊；無線通訊分微波通訊、擴頻通訊以及無線電通訊。對於城市配電網應結合城區的特殊情況，以及實際套用效果來決定採取那一種通訊方式。另一種通訊通常是在計算機上的軟體通訊，由統一規約。各種計算機軟體以及資料庫、遠動裝置都是由計算機軟體進行數據交換，在實際計算機運行過程中的某一種規定的方式進行，通訊規約一般是由設備自身來設定的，同一生產單位的產品規約是一致的，當有不同的生產廠家時，通訊規約則發生不一致，導致數據傳遞的失敗。
光纖通訊是城市配電網通訊的主要方式，主要特點是可靠性高，干擾小，不受環境條件的影響，可作為語言、數據和圖象的傳輸，是當前較好的通訊方式。但是由於光纖所相關的設施的費用較高，在使用中受到限制。尤其是在配電網中，因配電柱上開關及用戶分布在沿線，對於每一開關及用戶所需的通訊很難從一根多芯的通訊光纜中取出。
音頻有線是城市電網較為經濟和實用的方法，通訊的布設及各通訊端的連線無特殊要求，造價較低，容易實施，但容易受環境的影響，尤其是與高壓配電線路同桿架設，高壓的強電場和強磁場對通訊線的干擾影響較大。
電力載波是電力系統常用的通訊方法，在對於無斷點的線路。例如變電站與變電站之間，已經有成熟的經驗，使用效果好。但對於配電網線路，由於線路多台配電變壓器以及線路，由於柱上開關的斷點，使載波通訊在配電線路中使用受到了較大的影響，有些問題尚待進一步研究。
微波通訊對於配電網多點通訊點是很難採用的，考慮到微波通訊的接收裝置，以及工程投資，對於城市配電網的套用不完全滿足。而擴頻通訊廣泛地被套用到各行各業的通訊，對於電網變電站與調度中心，長距離的通訊能體現出擴頻技術的諸多優點，抗干擾能力強，保真性高，誤碼率低，可實現碼分多址復用，功譜密度低，發射功率小。但對於高樓林立的城市配電網，柱上開關及配電網變壓器的位置很難確定最好的通訊環境時，其放射信號的接收會受到波傳輸的影響(繞射功能差)。往往出現在城市套用效果不佳的現象。
無線通訊主要是音頻，通常作為我國負荷控制的套用領域，在城市套用效果得到充分證實，主要問題是無線通訊裝置的使用效果，早期的無線通訊裝置是產品質量不佳，影響了通訊效果。
計算機通訊，主要是通訊規約問題，對於我國電力系統，採用了標準的通訊規約，由國家和行業遠動、通訊標準來決定，通常的規約為CDT、POLLIG等。
近幾年來，通訊接口以485型式出線，增強了通訊的傳輸能量。因此無論配電網採用何種通訊方式，對遠動(RTU)與主站系統的通訊必須符合某一規定的要求。
6 配電網自動化軟體套用及信息處理
配電網自動化系統套用軟體應建立在較為通用的、符合計算機時代要求的軟體平台上，具有相應的開放式支持環境，有通用的按標準程式編寫的套用軟體和資料庫的接口，具有友好的人機界面和螢幕操作，具有套用化的多層次的地理信息系統，符合運行的實際狀況。
對於配電網系統，計算機的套用平台必須在作業系統、資料庫、用戶界面和通信接口上遵循公認的。
7 發展配電網自動化應注意的問題
(1) 分析地區配電網的實際套用情況，找出本地區配電網存在的技術方案問題，本著實事求是立足國情和網情。當前我國配電網處於高速發展的時期，但又處於方案的探索時期，所以在吸收國外先進技術和設備的基礎上，應廣泛開展中國配電網改造和自動化的研究。
(2) 配電網自動化是一項綜合性工程，涉及的專業多，規劃性強的系統，應根據電網、城市電網的規划進行，避免盲目性。
(3) 配網自動化方案是自動化的核心，在引進國外技術的同時結合國內配電網的實際情況進行分析，國外配電網與國內在很大程度上不盡相同，應有所區別，吸取精華，適合國情、地情、網情。
(4)配電設備的使用面廣、量大、運行環境較為嚴酷，設備選擇應符合當前配電網形勢要求，具有高度可靠性和優越的技術性能。並以真空斷路器為主，免維護周期長，二次保護控制設備具有可靠性，抗干擾能力及適合戶外高溫和低溫等較為嚴酷的運行環境；應具有遠方通訊的接口。自動化程度高，一次開關設備與二次保護裝置能良好地配合，能自動實現配電網自動隔離故障，恢復正常供電的能力，具有就地和遙控的功能。
(5)遠方通訊是自動化的關鍵技術，RTU要適合配電網使用，分布(散)式，單點的特點；通訊方式應選擇合理，通訊功能強，誤碼率小，速度快，符合遠方實時監控的功能。
(6)計算機套用軟體的開發，首先選擇具有開放、兼容的操作平台，對各種標準的資料庫應具有聯接功能，地理信息應實時地反應配電系統的潮流及負荷情況，對事故記錄及信息反饋，可實現負荷控制、遠方抄表、設備資料庫統計及規劃、無功最佳化的理論計算等。計算機軟體功能是配電系統自動化的核心技術，好的軟體可充分體現出技術和自動化的水平，應充分進行比較。
(7) 配電網的工程設施應有計畫地分期、分批實施。應確定配電網路的基本條件，導線截面、輸送容量、線路走向及用戶的基本條件。先採用具有自動化功能的一次開關設備和二次保護監控設備完成自動送電，故障自動分閘和隔離故障功能，能做到隔離和區分故障點。在條件具備時，再投入通訊和計算機網路，可以少走彎路，資金投入可以分批實施。
配電網是當前電網建設的熱點，無論是大型、中小型城市都是把配電網改造建設及自動化的實施列入工作重點，投入大量的資金和人力，將對整個電網建設有重大影響，各地區在改造中應慎重對待，尤其是設備引進的技術問題較多。
相信配電網自動化的實施在各方面的共同努力下，不斷完善並上升為標準化、規範化管理，一定會取得較好的成效，得到更大的社會效益和經濟效益。
技術現狀
電力系統由發電、輸電和配電三部分組成。發電環節的保護集中在元件保護，其主要目的是確保發電廠發生電氣故障時將設備的損失降為最小。輸電網的保護集中在輸電線路的保護，其首要目的是維護電網的穩定。配電環節的保護集中在饋線保護上，配電網不存在穩定問題，一般認為饋線故障的切除並不嚴格要求是快速的。不同的配電網對負荷供電可靠性和供電質量要求不同。許多配電網僅是考慮線路故障對售電量的影響及配電設備壽命的影響，尚未將配電網故障對電力負荷（用戶）的負面影響作為配電網保護的目的。
傳統的電流保護
過電流保護是最基本的繼電保護之一。考慮到經濟原因，配電網饋線保護廣泛採用電流保護。配電線路一般很短，由於配電網不存在穩定問題，為了確保電流保護動作的選擇性，採用時間配合的方式實現全線路的保護。常用的方式有反時限電流保護和三段電流保護，其中反時限電流保護的時間配合特性又分為標準反時限、非常反時限、極端反時限和超反時限，參見式（1）、（2）、（3）和（4）。這類保護整定方便、配合靈活、價格便宜，同時可以包含低電壓閉鎖或方向閉鎖，以提高可靠性；增加重合閘功能、低周減載功能和小電流接地選線功能。
電流保護實現配電網保護的前提是將整條饋線視為一個單元。當饋線故障時，將整條線路切掉，並不考慮對非故障區域的恢復供電，這些不利於提高供電可靠性。另一方面，由於依賴時間延時實現保護的選擇性，導致某些故障的切除時間偏長，影響設備壽命。
發展規劃
在中電聯獲悉，2020年中國將建成以華北、華東、華中特高壓同步電網為中心，東北特高壓電網、西北750千伏電網為送端，聯結各大煤電基地、大水電基地、大核電基地、大可再生能源基地，各級電網協調發展的堅強智慧型電網。華北、華東、華中特高壓同步電網形成“五縱六橫”主網架。
作為重要的送端電網，西北電網“十二五”期間將在已有的750千伏電網結構基礎上，加強省區間聯繫，提高電網交換能力和抵禦嚴重故障能力，保障風電等可再生能源的接入和消納。實現與華北、華東、華中特高壓電網緊密相聯。
“十二五”期間，南方電網將重點建設糯扎渡、溪洛渡等大型電站外送直流工程。2015年西電東送主網架在2010 年“五直八交”的基礎上形成“九直八交”送電通道，各省(區)形成堅強的500千伏骨幹網架，實現海南與南方主網500千伏雙迴路聯網，加強與港澳特區聯網，保障港澳電力可靠供應。
此外，到2015年，全國城市用戶供電可靠率將達到99.943%以上，農村用戶供電可靠率達到99.765%以上。2020年城市用戶供電可靠率達到99.955%以上，農網用戶供電可靠率達到99.810%以上。
中電聯有關負責人透露，中國電網智慧型化發展將以堅強網架為基礎，以通訊信息平台為支撐，以智慧型調控為手段，包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環節，覆蓋所有電壓等級。到“十二五”末，中國智慧型電網技術和關鍵設備將實現重大突破，智慧型化標準體系基本完善，電網智慧型化達到較高水平。
