配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究

摘 要：介紹了配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)和功能，探討了配電綜合自動(dòng)化的各種應(yīng)用模式特點(diǎn)，針對(duì)低電壓等級(jí)配電所的結(jié)構(gòu)和實(shí)際情況，結(jié)合常規(guī)應(yīng)用模式，提出一種面向低電壓等級(jí)的無(wú)人值守配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該控制系統(tǒng)兼具各家優(yōu)點(diǎn)，又具有自己的特點(diǎn)。低電壓等級(jí)配電所實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于提高供電質(zhì)量及可靠性和經(jīng)濟(jì)性等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：配電所；綜合自動(dòng)化；監(jiān)控

1 配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的概述

1.1 配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)

配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將電力系統(tǒng)中110KV（35KV）/380V 終端用戶的二次設(shè)備經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全配電所的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和微機(jī)保護(hù)，以及和遠(yuǎn)方通信的綜合自動(dòng)化功能系統(tǒng)。

配電所綜合自動(dòng)化統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化和運(yùn)行管理智能化等特點(diǎn)。它可通過(guò)采集配電網(wǎng)上的狀態(tài)量（如開關(guān)位置和保護(hù)動(dòng)作情況等）和模擬量（如電壓、電流等）以及電度量，從而對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視；也可通過(guò)遠(yuǎn)程控制開關(guān)的合閘或跳閘以及有載調(diào)壓設(shè)備，以達(dá)到預(yù)期目的（如無(wú)功補(bǔ)償或負(fù)荷平衡），并可檢測(cè)和判斷故障的區(qū)域，并隔離故障區(qū)域，并恢復(fù)正常區(qū)域的供電。

與傳統(tǒng)配電所相比，配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可進(jìn)一步提高供電的可靠性和提高電壓質(zhì)量及電壓合格率；減少了維護(hù)工作量和減少了誤操作可能性，進(jìn)一步提高配電所的運(yùn)行水平與管理水平；有效縮小配電所的占地面積，降低造價(jià)。

1.2 配電綜合自動(dòng)化的技術(shù)和發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)電力行業(yè)已經(jīng)進(jìn)行多年配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域的研究，其產(chǎn)品類型比較豐富，各種類型的產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)方式和結(jié)構(gòu)有所不同，但都有各自的特點(diǎn)和適用范圍。就目前而言國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的配電所自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式主要有三種。

1.2.1 集中式結(jié)構(gòu)形式：“集中”是指把采集、處理配電所數(shù)據(jù)，完成保護(hù)、監(jiān)控任務(wù)等功能集合在一起。這樣使集中式的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、造價(jià)低等，但功能過(guò)于集中，一旦出現(xiàn)故障，影響面也會(huì)增大，調(diào)試維護(hù)也不方便。目前較少采用，一般在一些老配電所的自動(dòng)化改造項(xiàng)目中有所應(yīng)用。

1.2.2 分層分布結(jié)構(gòu)形式：“分層”是指配電所二次設(shè)備按功能分為單元層與配電所層。單元層包括各種保護(hù)、監(jiān)控裝置，兩個(gè)層次之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或局域網(wǎng)交換信息；配電所層是負(fù)責(zé)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控及通信處理的上位機(jī)?！胺植肌笔侵笇⒐δ芊植嫉讲煌膯卧先ィＷo(hù)單元是按一次設(shè)備設(shè)置的，而其他測(cè)量、控制、故障錄波等功能單元?jiǎng)t是集中設(shè)置的。

1.2.3 分層分散式的結(jié)構(gòu)形式：也簡(jiǎn)稱分散系統(tǒng)，分散系統(tǒng)的單元層裝置面向安裝在高壓開關(guān)設(shè)備附近或戶內(nèi)開關(guān)柜上的一次設(shè)備或電氣間隔設(shè)置，既可以是保護(hù)和測(cè)控功能合二為一的裝置，也可以是測(cè)控和繼電保護(hù)功能相對(duì)獨(dú)立的裝置。

目前國(guó)內(nèi)外開發(fā)的配電系統(tǒng)基本都采用分散式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)型式接線簡(jiǎn)單，可顯著地節(jié)省二次電纜，并且便于維護(hù)與測(cè)試，可靠性高、組態(tài)靈活和檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。

2 配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

配電所是電力系統(tǒng)面向廣大用戶的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中具有負(fù)荷回路多、性質(zhì)復(fù)雜、高故障率等特點(diǎn)。隨著對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量要求逐步地提高，電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、控制和管理綜合自動(dòng)化勢(shì)在必行。目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)綜合自動(dòng)化主要著眼于在中高壓（35KV 以上）電壓等級(jí)研究，并已開始轉(zhuǎn)向?qū)嵱没５碗妷旱燃?jí)配電所（10KV）多處于送電終端，事故影響面較小。目前這類配電所的綜合自動(dòng)化發(fā)展相對(duì)緩慢，當(dāng)配電線路由于某種原因跳閘時(shí)，運(yùn)行人員一般通過(guò)用戶反映或定期巡檢才能了解情況，又由于城市低壓配電所的地理環(huán)境復(fù)雜，給快速排除故障增加難度，比較容易造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行，難以保證供電可靠性。

因此為彌補(bǔ)低壓配電所自動(dòng)化綜合系統(tǒng)開發(fā)的不足，開發(fā)出一套相應(yīng)的低壓配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，能及時(shí)提供相關(guān)信息，便于發(fā)現(xiàn)處理故障，減小故障影響，從而有效地提高城市低壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和供電的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)還可利用多種通訊方式將多個(gè)配電所組合成一個(gè)大的監(jiān)控群，在集控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)配電所的遙信、遙測(cè)和遙控。

在研究配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)三種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和適用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，并結(jié)合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)出一種面向無(wú)人值守的低壓配電自動(dòng)化綜合系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

設(shè)備層的各種設(shè)備將各自的狀態(tài)量、電量通過(guò)電纜送到高壓室中，作為單元層數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入信號(hào)。單元層數(shù)據(jù)采集設(shè)備將其采樣信息處理后傳給配電所層的保護(hù)與控制主機(jī)，為進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性，保護(hù)與控制主機(jī)配以雙機(jī)備份。保護(hù)與控制主機(jī)在需要保護(hù)的時(shí)候可經(jīng)邏輯判斷和故障處理后，將斷路器跳閘或合閘信號(hào)發(fā)送給設(shè)備層，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器等設(shè)備的自動(dòng)控制。保護(hù)與控制主機(jī)還負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)方的集控中心聯(lián)系。配電所層監(jiān)控主機(jī)和單元層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信通過(guò)CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線或光纖的完成的。

3 配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成

3.1 單元層

單元層主要是各種控制、測(cè)量、通訊和保護(hù)等功能的設(shè)備。系統(tǒng)單元層中DSP控制器或者單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及狀態(tài)的采集，然后對(duì)所采集的模擬量進(jìn)行運(yùn)算，再將運(yùn)算后的數(shù)據(jù)上傳給保護(hù)與控制主機(jī)，可大大減少數(shù)據(jù)通訊量。PLC 實(shí)現(xiàn)CT、PT、斷路器、隔離開關(guān)等開關(guān)量的采集，然后傳給保護(hù)與控制主機(jī)，保護(hù)與控制主機(jī)的邏輯編程在需要保護(hù)時(shí)經(jīng)邏輯判斷和故障處理后，將控制斷路器跳、合閘等信號(hào)發(fā)給設(shè)備層而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電所設(shè)備層的控制。通訊管理單元主要實(shí)現(xiàn)各種電氣回路的數(shù)據(jù)上傳、通訊管理、同時(shí)也通過(guò)通訊接口和其他系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)資源共享。配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)站內(nèi)通訊網(wǎng)采用CAN總線，CAN總線具有高可靠性和完全的開放性，同時(shí)支持分布式控制與實(shí)時(shí)控制。

3.2 配電所層

系統(tǒng)配電所層主要設(shè)備是保護(hù)與控制主機(jī)，通過(guò)保護(hù)與控制主機(jī)完成對(duì)各DSP控制器或PLC及單片機(jī)管理、通信及控制。保護(hù)與控制主機(jī)通過(guò)CAN 總線，接受下方PLC 和通信管理單元送來(lái)的數(shù)據(jù)和開關(guān)狀態(tài)信息，當(dāng)故障發(fā)生，需要采取保護(hù)措施時(shí)經(jīng)邏輯判斷后將相應(yīng)的故障處理信息發(fā)給設(shè)備層，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電所設(shè)備層的控制。保護(hù)與控制主機(jī)與遠(yuǎn)方集控中心的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通訊聯(lián)系，在上傳信息同時(shí)也接受其發(fā)來(lái)的命令。

該系統(tǒng)是面向無(wú)人值守的配電所，保護(hù)與控制主機(jī)的人機(jī)聯(lián)系功能是在遠(yuǎn)方集控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成。保護(hù)與控制主機(jī)平時(shí)是以黑匣子形式運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和巡回檢測(cè)時(shí)，工作人員可利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口瀏覽配電所內(nèi)各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，緊急情況下也可就地手動(dòng)控制的相應(yīng)設(shè)備。

4 配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工作過(guò)程

當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，設(shè)備層各種一次設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)（如斷路器、隔離開關(guān)的位置信號(hào)）和線路上電壓、功率等模擬信號(hào)通過(guò)電纜分別引入PLC和DSP數(shù)據(jù)控制器或單片機(jī)中數(shù)據(jù)采集電路的信號(hào)輸入通道中。PLC和DSP數(shù)據(jù)控制器或單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，通過(guò)總線傳給保護(hù)與控制主機(jī)。保護(hù)與控制主機(jī)中主程序來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)中是否存在突變量。若檢測(cè)出不存在突變量，按照一定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或規(guī)約，依次將狀態(tài)量和數(shù)據(jù)量傳給遠(yuǎn)方的集控中心，集控中心就可以監(jiān)測(cè)配電所的運(yùn)行情況。集控中心也可以將指令發(fā)到保護(hù)與控制主機(jī)上，從而在遠(yuǎn)方對(duì)其進(jìn)行控制。若指令是對(duì)保護(hù)與控制主機(jī)本身的，則其執(zhí)行相應(yīng)的程序；若指令是對(duì)下方單元，如遙調(diào)、遙控等，則保護(hù)與控制主機(jī)會(huì)此指令傳送給相應(yīng)單元，從而完成集控中心對(duì)配電所的遠(yuǎn)方控制功能。

當(dāng)配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行正常，而保護(hù)與控制主機(jī)中主程序檢測(cè)出上傳的數(shù)據(jù)存在突變量，則保護(hù)與控制主機(jī)讀取相應(yīng)的保護(hù)數(shù)據(jù)，依據(jù)其配置的保護(hù)類型，調(diào)用相應(yīng)的保護(hù)處理程序，并通過(guò)CAN總線向下方發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，并同時(shí)將故障信息向集控中心傳遞。

當(dāng)發(fā)生通訊發(fā)生故障時(shí)，如保護(hù)與控制主機(jī)間或DSP數(shù)據(jù)控制器與主機(jī)間無(wú)法正常工作時(shí)，相應(yīng)的DSP數(shù)據(jù)控制器將通過(guò)軟件起動(dòng)簡(jiǎn)單的后備保護(hù)，直接在DSP中完成故障判斷及處理，然后發(fā)出跳閘信號(hào)，完成保護(hù)功能。

如果系統(tǒng)的各種自動(dòng)化保護(hù)功能都失效，在這種緊急情況下，可手動(dòng)操作配置在現(xiàn)場(chǎng)的控制開關(guān)起到一定得保護(hù)作用。

5 配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

由于該系統(tǒng)適用無(wú)人值守，配電所沒(méi)有專用的配電所主控室和無(wú)相應(yīng)的控制、保護(hù)屏（柜）等，配電所的各種數(shù)據(jù)直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)方的集控中心，在集控中心以表格、數(shù)據(jù)、圖形等方式動(dòng)態(tài)的顯示。配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，集控中心通過(guò)和配電所管理機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)下方配電所設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在遠(yuǎn)方也可對(duì)配電所管理機(jī)的進(jìn)行管理，對(duì)配電所的保護(hù)功能進(jìn)行配置和維護(hù)，如保護(hù)定值的設(shè)定等等。配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有可遠(yuǎn)程維護(hù)性、具有可組態(tài)性、具有實(shí)時(shí)信息共享與交流性、具高可靠性等特點(diǎn)。

PLC和通信管理單元通信管理及控制通過(guò)配電所的管理主機(jī)統(tǒng)一完成，管理主機(jī)集測(cè)量、保護(hù)、控制為一體，充分體現(xiàn)了分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)配電所管理主機(jī)、PLC、單片機(jī)系統(tǒng)和通信管理單元都布置在綜控室內(nèi)，可以節(jié)約電纜，節(jié)省投資，造價(jià)低，也體現(xiàn)出集中式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于電壓等級(jí)較低的配電所。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)配電所實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化控制，促進(jìn)了了無(wú)人值班配電所的實(shí)現(xiàn)，有助于提高配電所的優(yōu)化控制與管理水平，提高配電所運(yùn)行的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)效益等，從而對(duì)提高整個(gè)電力系統(tǒng)管理水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前我國(guó)電市場(chǎng)發(fā)展迅速，每年新建低電壓等級(jí)配電所的數(shù)量很多，鑒于目前強(qiáng)有力的電力監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)需求，對(duì)配電所綜合自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)行研究十分必要且迫切，配電所自動(dòng)化系統(tǒng) 研究立足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，自主開發(fā)出適應(yīng)面廣，水平高，具有組態(tài)性和可遠(yuǎn)程維護(hù)，具有網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)的配電所監(jiān)控系統(tǒng)，符合配電所綜合自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化運(yùn)行管理。

參考文獻(xiàn)

[1]黃益莊.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[2]王曉春.配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能探討[J].華北電力技術(shù)，2000.

[3]王明俊.配電系統(tǒng)自動(dòng)化及其發(fā)展[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[4]蔡運(yùn)清.配電管理系統(tǒng)當(dāng)前國(guó)際狀況[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006.

[5]王思國(guó)，李康.微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[6]孟祥忠.變電站微機(jī)監(jiān)控與保護(hù)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[7]丁書文，黃訓(xùn)成，胡起宙.變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用[M]北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[8]錢武，李生明.電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置[M].北京：中國(guó)水利電力出版社，2010.

[9]黑龍江省電力調(diào)度中心.變電所自動(dòng)化實(shí)用技術(shù)及應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[10]程明，金明，李建英.無(wú)人值班變電站監(jiān)控技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：陳小梅（1972-）女，湖北廣水人，湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士，研究方向：主要從事電氣自動(dòng)化技術(shù)、發(fā)電廠及水電站綜合自動(dòng)化技術(shù)研究。