电网配电自动化系统改造技术经济管理分析
引言
随着社会经济的快速发展以及人民生活水平的逐步提高，对电网安全稳定运行、电能质量及供电优质服务工作的要求越来越高。作为完成电力输送和分配的最后一个步骤，配电网的自动化水平越高，电能质量、供电可靠性以及电网运行的效率也就越高。作为实现这一目标的重要手段，配电自动化日益受到广泛重视与认可。2010年，国家电网公司提出了要建设坚强智能电网，其战略发展目标是：要以特高压电网为骨干网架，要实现各级电网协调发展，通信、信息和控制技术必须要先进，要具备信息化、自动化、互动化的特征，要做到自主创新、国际领先。
配电网自动化建设的核心是配电自动化系统，基础是一次网架和设备，将多种通信方式综合运用，使控制和检测配电系统得以实现，此外，通过集成有关应用系统的信息，使科学管理配电系统得以实现。控制和监视配电网的自动化系统就是配电自动化系统，其组成部分包括通信通道以及配电主站、子站和终端等，其功能包括馈线自动化、分析应用电网、SCADA 以及互联有关应用系统等。配电自动化的实施可有效改善供电质量，提高供电可靠率，并通过与用户建立更密切的联系，提高配电网调度、生产、运行的管理水平，从而为供电企业带来显著的经济和社会效益。
配电自动化建设是一个技术含量高、涉及专业广、标准规范不齐全的系统工程，需要一系列的技术和管理手段做保障。本文从项目管理的角度论述如何保证项目建设的质量。
项目的前期准备工作做得是否充分，对项目最终的建设质量来说至关重要。而可行性研究开展的是否深入，由直接影响到项目前期工作的质量。具体到配电自动化系统升级改造来说，至关重要的环节就是要在项目前期做好可行性研究。目前，电力系统在配电自动化系统升级改造过程中，存在的最突出的问题就是可行性研究工作做得不够规范，研究的不够深也不够透，这就不可避免的使一些问题在项目建设完成后遗留了下来，不利于系统的使用和维护。
如果投入运行的是带有问题的系统，就必然会造成人力、物力、财力的巨大浪费和时间的延误。为避免这种现象出现，就要下大力气把项目前期做好，将可行性研究报告做的更加深入、透彻和详细。
1、电网配电自动化系统改造可行性研究架构
针对不同的行业和具体的项目，其可行性研究框架也应该有所区别。配电自动化系统改造项目与一般的投资项目差异较大，因此，为其设定的可行性研究框架也较为独特。
1.1 一般投资项目的可行性研究架构
针对一般性投资项目，其可行性研究的基本内容应该包括：项目实施的原因、项目所提供的产品或服务的市场需求情况、项目选址、项目规模、项目所需资源的供应情况、项目筹资和融资的具体方式、项目的赢利情况、项目使用的技术的先进性和可靠性、项目可能面临的风险状况等。
项目从立项、建设直至生产经营的全过程，形成了一个圈状结构，在项目的可行性研究的过程中要对圈中内容逐一分析。项目的性质和具体需求因项目所属
的行业以及项目本身在行业中所属层面的不同而存在不同，进而产生了各式各样的项目可行性研究架构。下图为一般投资项目的可行性研究架构示意图：
在项目可行性研究的过程中，要逐一分析上图中的内容，从而对项目做出最终评价，对项目是否可行进行明确并提出相关建议，后续工作都要以此为依据开展。
1.2 配电自动化系统改造项目的特点
作为电网监控的应用系统，配电自动化系统改造项目不存在一般投资项目中的市场因素，所以也就没必要进行市场预测。
配电自动化系统改造项目竣工后，将有专门的调度自动化机房安装配电主站。作为调度大楼的一个功能区，调度自动化机房的建设工作将会随着调度大楼的竣工同时完工。终端安装在现有的一次设备旁，因此，无需再考虑配电自动化系统改造项目的选址问题，这就使得公共辅助工程在该项目中也不存在。此外，自动化系统在调度大楼的调度自动化机房中运行，不会影响到周围的环境，所以，环境影响评价、劳动安全卫生与消防这两个环节也可在对配电自动化系统改造项目的可行性研究中省去。
对电网运行来说，配电自动化系统起着至关重要的作用，所以，对该系统进行改造是工作的需要，不存在要不要投资的疑问。配电自动化系统改造是为了满足建设智能电网的需要，按照国家电网公司统一要求和部署而建设的。十几年前就开始有城市对实施了配电自动化系统项目。随着技术的发展和长期探索，积累了宝贵经验和教训。国家电网公司经过了长期试验和论证后做出的战略决策，因此在对配电自动化系统改造项目的可行性研究中不必进行投资分析。
企业的项目管理人员、配电自动化系统的实际应用人员、维护人员等均是配电自动化系统改造项目的具体实施人员。尽管他们已经非常熟悉现有的自动化系统的功能、技术、工艺以及相关的规范标准等，但作为如此庞大的系统工程，对现有的人力资源还是一大考验。因此，人力资源虽不是可行性研究的重点，但是需要对各专业已有的人员进行合理管理、组织、和培训。
对本地电网的运行是否有利，是实施配电自动化系统改造项目的基本原则。从电网运行实际需求的角度出发思考问题，首先对系统的安全性和可靠性、系统功能的实用性和完善程度、所采用技术的成熟度及可靠性等做重点思考，然后再进一步考虑系统操作是否符合人性化要求，对系统的维护是否便利，是否采用更加先进的技术等。作为电网企业生产运行的工具，配电自动化系统改造项目所要实现的效益就是电网的安全、稳定和经济运行。配电自动化与一般投资项目相比所不同的是社会效益更为重要。对于一般投资项目来讲，要将环境、融资方式等因素考虑在内，对其的产品或服务做出市场预测，尤其是对项目的投入产出比、赢利水平等进行分析，从而明确对该项目投资值得与否。而上述这些因素在配电自动化系统改造项目中则不需要考虑，因此，该项目的可行性研究框架也较为独特。
项目产品的市场需求情况、项目的融资和赢利水平等在配电自动化系统改造项目中是无需考虑的，所以，该项目不属于风险投资项目。其所面临的风险主要在于项目实施的工期和质量等，具体来讲，系统预先设置的目标可能会因所应用的技术不够成熟而无法实现，进而造成系统的生命期比预计缩短，出现投资浪费现象。
项目可行性研究的重点由项目本身的特点所决定。建成何种项目、项目所需资源的供应情况、可能遇到的风险、项目中所使用的技术的可靠与否、先进与否等方面内容，均是对配电自动化系统改造项目进行可行性研究的需要解决的几个主要问题，也就是要对系统改造项目实施的可行性和必要性做出说明。
2、配电自动化技术方案确定
本项目的总体目标是通过实施配电自动化试点工程，在试点区域内建成对全省配电自动化建设具有示范意义的、以配电调度和配电网生产指挥为应用主体的集成型配电自动化系统，建立完善的配电通信网络，实现对配电一次设备的远方监控及配电 SCADA 功能；实现配电网信息的整合与共享；实现馈线自动化；结合智能用电小区项目，建设着眼于用户互动化的智能型通信系统与信息平台；分步骤建设坚强智能配电网络，最终实现信息化、自动化、互动化。项目建设完毕，达到扩大供电能力，提高供电可靠性，提升服务质量，为企业创造良好经济效益与社会效益的目的。
试点区域配电自动化建设取得经验后，逐步推广至全市区范围。“十二五”期间完成一环内配电自动化建设，城市中心区配电自动化覆盖率达到 100%，全市配电自动化覆盖率达到 40%。2020 年完成覆盖整个城区的配电自动化建设。
2.1 配电一次网架线路改造方案
（1）现状网架应以目标网架为目的，在插入新电源点和负荷发展时，网架不发生大规模变动。
（2）试点区域主干道路架空线路将结合城市道路改造逐步改为电缆供电。（3）主网架结构清晰可靠，主干线路采用统一的标准进行建设、改造，线路间负荷转供灵活,正常供电方式下能够满足 N-1 准则。
?架空线路按照电网改造原则，将不满足供电可靠性要求的单辐射、单联络线路逐步改造为结构简单、适度联络的线路。
?电缆网络中单射线路逐步建成单环联络接线方式。
?电缆双放射线路有计划的逐步向双环网过渡。
2.2 配电设备设施改造方案
（1）一次设备的改造应立足于设备本身的现状及配电自动化的需要，原则上不进行大规模的一次设备改造；
（2）一次设备改造根据设备现状，实现主干线设备具备“三遥”功能，分支线设备实现“二遥”功能，具体原则如下：
?主干架空线路柱上开关应能达到“三遥”功能；分支线路柱上开关实现“二遥”功能。
?电缆主干线路开闭站、环网柜实现“三遥”功能，电缆分支线路开闭站、环网柜实现“二遥”，架空线路开闭站、环网柜以实现“二遥”为主。
?对主干线路 GG-1A 型开关柜，由于运行时间较长，设备老化情况比较严重，需要进行整体更换改造、改造后实现“三遥”功能；
?分支线路 GG-1A 柜型通过加装电源 PT 和计量 CT 等，实现“二遥”功能。
RM6、SMR6 型充气式环网柜，现场进行设备改造困难，采用整体更换方式，返厂改造后作为轮换备用。
?以断路器为主的开闭站、环网柜，将原电磁型保护装置改造为保护与测控合一的综合自动化装置。通过改造测控单元门板的方式，提高改造速度。
?对于以负荷开关为主的配电室、环网柜，通过加装电动机构，安装外辅CT，实现配电自动化功能。
?对于主干线上开闭站、环网进线开关为负荷开关、刀闸的，本次统一改造为断路器单元。
?配电室、箱变变压器以目前自动化功能为基础,满足一遥要求。
（3）终端电源引入的基本原则
?具备条件的环网及开闭站，应加装电源 PT，为 DTU、测控装置和开关电动操作机构提供电源。
?PT 电源单元中加装以超级电容为核心元件的直流电源单元，保证交流站用电电源失去后，不影响 DTU、通信单元和开关电动操作机构等装置的正常工作；
?户外环网及开闭站也可从邻近的配变引入站用电电源。
（4）箱变以及配电室内开关通过用电信息采集系统实现一遥功能。
2.3配电自动化主站建设方案
配电自动化主站是配电自动化系统的一个重要组成部分，因此，在其建设前，必须进行充分调研分析，充分估计到项目建设规模、改造范围和实施周期等因素的影响。本次建设方案中，主站采用的模型是基于 IEC61970/61968 CIM 的信息交互平台，应用的技术也比较成熟，包括网络技术、数据库中间件等。主站与其他系统完成信息交互依赖信息交互总线，接口标准遵循 IEC 61968-1 中信息交换模型（IEM），同时考虑安全性、可用性、可靠性、经济性等因素，建设的基本原则如下：
（1）主站的硬件采用国际上通用的、标准的、先进的和适合自身系统的设备，同时可以满足部件更换或扩展以使设备性能提升的要求。
（2）主站的软件系统采用模块化设计，具有灵活的扩展性。除了满足配网SCADA
和与上级调度自动化系统进行数据交互的基本功能之外，还需根据配电自动化主站实际需求、相关信息管理系统的应用需求和配电自动化研究开发的需求，在具备数据条件的情况下进行应用软件功能扩展。
（3）系统具有开放性和先进性，操作系统平台采用 Unix 操作系统；数据库系统选用支持标准 SQL 的大型商用数据库 ORACLE ，支持结构化查询语言SQL 及ODBC 接口。
（4）满足电力二次系统安全防护的要求, 保证系统互连安全性、操作安全性、系统配置安全性、数据安全性，防止人为破坏和病毒侵害。
（5）主站在功能方面依据导则的指导性建议，将配电 SCADA 和与地区调度自动化系统的互联作为基本功能来建设，同时开展馈线自动化 FA、配电网的分析和为其他系统提供分析功能和数据接口的相关应用。
配电自动化主站系统功能遵循统一规划、分步建设的原则，进行有序建设。主站技术指标见表 4-13。
3、电网配电自动化施工图
3.1配电自动化系统的具体构成
配电自动化系统，指的是以电力设备为基础，结合现代电子技术、计算机技术、网络技术以及通信技术等，集成配电网的用户、在线离线、地理图形以及电网结构等方面的信息，实行现代化的配电用电管理，使配电网及其设备能够正常运行，在出现故障时能够控制、保护、检测配电网及其设备，通过对供电质量的改进，使更负责更密切的关系在电力企业与用户之间形成，使用户的多样性要求能够在合理的价格条件下得以满足，尽可能使供电经济性达到最佳，实现更有效的企业管理。配电自动化系统所包含的具体内容如下：
馈线自动化系统，即控制和检测馈电线路，对馈电线路的故障进行诊断并隔离，重构网格等。远方控制、状态监测、隔离故障区、转移负荷、就地自主控制、电压调解、无功补偿、供电恢复等是该系统的主要功能。
变电站自动化系统，指的是以自动装置或者计算机的软硬件系统为基础，对信息处理与传输以及自动控制等方面的技术进行运用，从而使对变电站的操作、测量、控制、监督等实现机械化。搜集数据、处理数据、监测越限、和继电保护以及变电站的其它自动化装置进行信息交换、控制开关以及闭锁、配合和协调自动控制等是该系统的主要功能。该技术是配电自动化的一个重要组成部分。
配电管理系统（DMS），指的是以相关设备为基础，通过对计算机技术、网络技术、通信技术、信息处理技术等的运用，管理和监控配电网的运行。监控配电网的运行、管控电力用户、SCADA（搜集和监控数据）、AM/FM/GIS(自动绘图/设备管理/地理信息系统)等是该系统的主要功能。用户自动化系统，即需求侧管理，指的是以一定的技术措施和经济技术为基础，以需方发电管理、用电管理以及负荷管理等为主要内容，由电力供需双方共同进行管理的供用电模式。在需求侧管理中，电力供需双方之间一方面存在买卖电力的关系，一方面还是合作伙伴关系，双方从各自的利益出发达到共赢的目的，如今，该系统已经受到了高度重视。
配电自动化系统中包含的四个系统，在独立运行的同时，又保持着相当紧密的联系，尤其是搜集、传输、保存和处理信息之间，更是关系异常密切。
3.2配电自动化系统层次结构
配电自动化系统的层次结构直接影响配电网监控数据的流向、通信方案以及配电调度管理、系统维护管理和建设成本，因此，对配电自动化系统建设来讲，其核心和基础就是设计出配电自动化系统的层次结构。
在当前实际应用中，配电自动化系统采用最多的就是分层分布式结构，通常会分成三层，第一层是配电主站层，第二层是配电子站层，最后一层是终端层。
为了使整个配电网的管理模式做到最优，最关键的就是实现信息交换。要做到这一点，就必须利用好通信介质，让系统的三个层次之间建立起通信联系。
层次化的 C/Server 结构是该系统经常采用的结构，通过多服务器的这种结构拓展了系统功能，再加上客户端的支持，使系统同时具备搜集和监控数据、配电管理、设备管理等多方面的功能，使自动化系统更加完整。此外，系统中也存在开放接口，通过开放接口可以使与其它系统的互相连接得到实现。
第一，配电主站层，即调度端。整个综合自动化管理和监控系统的核心即在该层，能够在整体上监控配电网络。为了使配电系统整体能够在最优化的状态下运转，就必须通过对配电网络运行的态势进行研究，制定有效的针对性措施，确保配电调度终端和子网之间的关系得到配合和协调。
配电主站负责对整个配电系统中各个配电子站需要上传的数据进行搜集和管理，对搜集到的数据进行储存和处理、远方控制、故障报警，并对故障进行隔离和恢复等，电脑系统与用户之间的接口具有先进技术水平。此外，开放接口也在配电主站层，使配电系统与用电管理系统、MIS 系统、负荷控制系统等能够互相连接。
下图所示即为配电自动化系统的典型结构：
（2）配电子站层。这是配电自动化系统的中间层，其一方面通过计算机与配电主站中的各系统进行通信，一方面与其所辖的 DTU、TTU、FTU 等终端设备进行通信，集中并转发终端设备的数据，其主要功能包括当地监控、远方控制、远方通信、远方监测和隔离事故等。
（3）配电终端层。这是配电自动化系统的终端层，采用了先进的智能终端技术，同时具备测量、保护以及馈线自动化等功能，其主要作用包括搜集和监控各种现场信息（如配电和箱式变压器、柱上和支线开关），监测、隔离并恢复事故等。
4、电网配电施工安排
4.1人力资源安排
对项目参与人员组成情况进行调研分析，全面掌握人员素质情况，是对人力资源进行有效安排的前提条件。为了能确定项目参与人员适合接受何种培训，以及接受培训后能胜任何种工作，就必须认真分析这些人员的年龄、学历、技能水平、管理理论基础等方面内容。对于维护人员，可以通过了解他们在维护系统方
面曾有过的经历，来掌握他们对哪种系统比较熟悉以及熟练程度。为了能够使培训工作更有效果，效率更高，设定教学内容、教学方式时，必须要做到因材施教、因人而异，不能搞一刀切。
应用人员的分类较多，包括调度管理、运行检修、营销服务等方面人员，因此，人员情况分析起来要比维护人员复杂，难度更大。在对其分析过程中，要充分考虑这些人员的年龄、学历、经验和能力，依据这些信息，就可以大致判断出这些人员的学习能力，哪些人员今后能够对系统改造提出建设性意见。表 4-14 显示了各类人员的基本情况。
4.2项目实施时间
为了确定在什么时段是实施项目改造的“黄金季节”，就必须对电网的运行规律进行认真研究。一般情况而言，由于夏冬两季为用电高峰期不适合检修，所以基建项目大多选择在用电负荷相对较低的春秋两季。根据这个特点，可以把项目建设安排在夏冬两季，而把检验系统安排在春秋两季。按照这个原则，就可以制定项目建设的总体计划，确定项目建设的时间节点进度，见表 4-16。
在很多地方经常要求提前一年申报项目，如果项目实施需要两年时间，以系统竣工投产的时间倒推，申报项目就要提前 3 年，工程前期准备工作需要提前 2年。
5、工程结算分析
工程估算包括设备的购置费用和软件费用，还有考虑工程人工费用等。投资估算情况见表 4-17。本次配电自动化改造的总投资约为 5876.53 万元，主要由一次网架改造、配电自动化现场改造、配电自动化系统建设、通信系统建设四大部分费用组成。其中一次网架改造投资约为 376.16 万元；自动化改造费用为2625.91 万元；通信网建设费用 696.76 万元；配电自动化主站系统投资2177
6、经济社会效益分析
实现配电自动化可以提高供电可靠性，降低线损，改善设备运行环境，降低人员劳动强度，提高工作效率，提升服务质量，从而产生经济、管理和社会等方面的效益。
6.1经济效益
1．通过配电设备运行数据监测，帮助公司更能及时掌握用户负荷真实情况，以便准确进行负荷预测，预计减少投资费用约为 993 万元（以试点区域 2009 年最高负荷为 24.4 万千瓦，减少 1%的负荷预测偏差，每年 10%的负荷增长，3700元/千伏安设备投资造价计）；
2．提高电网监测、保护和控制水平,能够迅速判定故障点，提高对事故的响应速度，提高供电可靠率，减少停电而增收 3.16 万元（以试点区域 2009 年售电量4.76 亿千瓦时，提高供电可靠率 0.051%，平均电价差 0.13 元/ kWh）。
3．降低线损带来的效益。实施配电自动化后，可以优化网架结构，合理控制负荷，调整运行方式，降低线路损耗降；同时，对线路进行实时监测后，可以及时发现窃电行为，使窃电的可能大大降低，这也为降低线损率起到了较大帮助。配电自动化实施完成后，预测线损将从目前的 8.64%降低到 7.83%左右，即线损率降低了 0.81%，而试点范围内 09 年的售电量约为 4.76 亿千瓦时，也就是说，实施配电自动化后，可以减少线损约为 385 万千瓦时，平均电价差 0.13 元/ kWh，通过降低线损增加公司利润 50.12 万元。
4．推迟配网投资带来的效益。实施配电自动化建设带来的最大收益并非是减少停电时间获得的经济收益，而是深入挖掘设备运行潜力，推迟配网投资得到的巨大收益。实现配电自动化后，可以充分利用一次设备资源，降低设备的闲置率，
并使一次设备的运行环境整体得到改善，根据统计数字显示，配电自动化升级改造后，一次设备的寿命可延长至原来的 1.125 倍，而试点范围内的每年投入的电网改造资金约为 1100 万元左右，也就是说配电自动化试点建成后，平均每年约可节省一次设备投资 137.5 万元左右。
5．减少运行维护和管理费用带来效益。随着配网自动化的实施，实现对配电网的实时监控以及设备工况的监视，运行方式调整可通过遥控操作直接执行，大大减少运行人员的巡视次数及测负荷等工作量，节约运行成本。
7、小结
本文首先对配电自动化系统及其改造项目进行了介绍，在认真分析配电自动化系统改造项目可行性研究现状的基础上，对可行性研究之于配电自动化系统改造项目管理的必要性和重要意义进行了分析，明确了可行性研究的目的和宗旨。同时，根据电网生产的实际情况，设计了电网配电自动化系统改造项目可行性研究的框架和结构。
（1）论文提出的配电自动化系统改造项目可行性研究架构符合电网运行实际要求，能够较为有效地解决配电自动化系统改造项目前期工作所需要解决的问题。
该可行性研究架构首先通过对现有系统现状进行调查分析，找出项目改造具备的条件，并对原有系统所存在的弊端进行总结，对当前电网发展的哪些需求得不到满足进行分析。接着确定了预期目标，找到项目的技术方案和存在的有利条件。其次，利用项目考察论证技术方案是否具有可行性，并通过对各个软件和硬件供应商的技术水平、服务质量等要素进行考察，准确了解配电自动化系统应用技术的发展情况，掌握一手信息，来判断项目实施时机是否成熟。再次，对满足条件的项目方案的投资估算以及项目进度情况进行了综合分析。最后形成了项目可行性研究的结论和建议。
针对不同的电网运行管理模式，所遇到的问题也各不相同，设计可行性研究架构时，也要具体问题具体分析，并进行适当调整。
（2）能不能组织到符合条件的人员是项目可行性研究成功的重点可行性研究是项目管理和项目实施的核心环节，是保证项目实施质量和成果的关键，重视可行性研究的重要体现之一则是要保证人员的到位，特别是有能够胜任的人始终参与，需要配电自动化相关专业技术骨干的协调合作。
综上所述，电网配电自动化系统改造项目可行性研究架构符合电网运行
实际要求，通过可行性研究能够为项目实施提供决策依据。