配電自動(dòng)化終端技術(shù)分析

摘 要：配電終端在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，其技術(shù)可靠性直接關(guān)系到整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的使用效果。文章首先對(duì)配電自動(dòng)化終端的功能進(jìn)行分析，然后從其分類和特點(diǎn)以及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀入手，深入分析了當(dāng)前配電自動(dòng)化終端技術(shù)中存在的問題以及未來發(fā)展方向。通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的分析，期望能夠加快對(duì)終端設(shè)備優(yōu)化和升級(jí)、促進(jìn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；終端技術(shù)；功能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM7320 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）30-0073-02

為了提高供電質(zhì)量，供電企業(yè)發(fā)展配電自動(dòng)化系統(tǒng)是必然方向。配電自動(dòng)化終端技術(shù)作為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，它的發(fā)展完善對(duì)于提高電力用戶的用電質(zhì)量具有非常實(shí)際的意義。配電自動(dòng)化終端通常包括配電網(wǎng)饋線監(jiān)控終端、中壓遠(yuǎn)方站控制終端、開閉所遠(yuǎn)方監(jiān)控終端以及配電變壓器終端。這些終端裝置主要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)備監(jiān)控功能和故障檢測(cè)、通信報(bào)警等功能，同時(shí)具有遙信、遙測(cè)、遙控和遙調(diào)的功能特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，配電自動(dòng)化終端技術(shù)也取得了非常迅速的發(fā)展和完善，本文從配電自動(dòng)化終端的功能設(shè)計(jì)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀，分析其存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)。

1 配電自動(dòng)化終端概述

1.1 功能設(shè)計(jì)

配電自動(dòng)化終端在設(shè)計(jì)之初的基本功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)故障的檢測(cè)，然而隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前配電自動(dòng)化終端已經(jīng)發(fā)展出電網(wǎng)狀態(tài)信息檢測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)、故障錄波和監(jiān)控與控制等功能。

1.1.1 信息采集與處理

配電自動(dòng)化終端能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的電壓和有功、無功功率信息實(shí)時(shí)采集和處理，以供配電自動(dòng)化控制核心做出決策。

1.1.2 實(shí)現(xiàn)遙控

通過接收遠(yuǎn)方站點(diǎn)的指令，對(duì)本地?cái)嗦菲靼l(fā)出控制信號(hào)。

1.1.3 配置系統(tǒng)參數(shù)

配電自動(dòng)化終端能夠及時(shí)獲取系統(tǒng)狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)的功能和參數(shù)進(jìn)行修改整定，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)或者遠(yuǎn)方設(shè)備的參數(shù)整定。

1.1.4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

通過配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中斷路器的開關(guān)狀態(tài)以及變壓器工作狀態(tài)等重要信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.1.5 故障反饋與切除

配電自動(dòng)化終端能夠及時(shí)對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警反饋，并且對(duì)于某些具有恢復(fù)功能的設(shè)備，自動(dòng)化終端可以輔助其完成故障后的恢復(fù)功能。

1.1.6 事件記錄

配電自動(dòng)化終端對(duì)于電網(wǎng)狀態(tài)的變化非常敏感，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)切換時(shí)，自動(dòng)化終端能夠準(zhǔn)確記錄變化前后系統(tǒng)的狀態(tài)，便于后續(xù)分析。

1.1.7 實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)功能

通過獲取到的系統(tǒng)狀態(tài)，配合斷路器的操作，配電自動(dòng)化終端可以對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路、過壓以及不對(duì)稱運(yùn)行等故障及時(shí)切除，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)功能。

1.2 配電自動(dòng)化終端的分類

按照配電自動(dòng)化終端的結(jié)構(gòu)，可以將其分為兩類：一類是分散式配電終端，另一類是集中式配電終端。兩者的區(qū)別在于終端單元是否分散安裝。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，可以將配電自動(dòng)化終端分為環(huán)網(wǎng)柜配電終端、變壓器配電終端和開閉所配電終端以及架空線配電終端。同時(shí)需要注意的是，用于不同場(chǎng)合的配電終端實(shí)現(xiàn)的功能也略有差別。另外，根據(jù)自動(dòng)化終端處理故障的判據(jù)類型，可以將其分為電壓型配電終端、電流型配電終端以及電壓/電流兼容型配電終端。

2 配電自動(dòng)化終端技術(shù)

下文將從幾個(gè)方面分析實(shí)現(xiàn)這些功能所采用的常用技術(shù)。

2.1 故障檢測(cè)技術(shù)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)終端通過電流互感器進(jìn)行故障電流的檢測(cè)，為了提高電流互感器的測(cè)量精度，最新研制出的飽和型電流互感器將被廣泛使用。飽和型電流互感器的鐵芯材料是易飽和的，這使得其特性幾乎完全接近測(cè)量型電流互感器，但是卻擁有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。在檢測(cè)電流方面，自動(dòng)化終端可以采用繼電保護(hù)中技術(shù)成熟的故障檢測(cè)方法。在通過電流互感器采集到系統(tǒng)電流后，判斷線路電流是否超過整定值，如果超過則判定為故障發(fā)生。當(dāng)配電線路投入運(yùn)行的情況下，負(fù)荷啟動(dòng)電流過大引起的過電流不是真正的故障狀態(tài)，配電自動(dòng)化終端在配置時(shí)需要能夠避開。

2.2 通信技術(shù)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)中所涉及的終端裝置數(shù)量龐大且比較分散，為了做到不同裝置的高效互聯(lián)，必須采用開發(fā)的通信協(xié)議。目前較為流行的通信協(xié)議為IEC870-5以及北美地區(qū)廣泛使用的DNP3.0，兩者均能實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)通信傳輸。另外，局域網(wǎng)通信技術(shù)也被廣泛使用于配電自動(dòng)化終端系統(tǒng)中，具體的實(shí)現(xiàn)方式包括RS232或者RS485串口通信接口，或者CAN和LonWorks等現(xiàn)場(chǎng)總線方式的接口。局域網(wǎng)通信主要用于連接數(shù)個(gè)不同類型的設(shè)備，構(gòu)成分散式結(jié)構(gòu)。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)接口也是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中較常用的通信模式，相比串口通信它們具有通信速率高、互操作性強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，兩者均是解決配電終端通信問題的較好方案。

2.3 分布式設(shè)計(jì)技術(shù)

分布式設(shè)計(jì)技術(shù)是應(yīng)對(duì)電網(wǎng)大范圍信息采集問題所產(chǎn)生的。隨著配電系統(tǒng)的壯大和復(fù)雜化，配電自動(dòng)化終端需要檢測(cè)和采集的信息已不再是一條線路或者幾條線路所組成的環(huán)網(wǎng)，而可能是需要采集數(shù)十條線路上的多達(dá)幾百個(gè)輸入和輸出狀態(tài)量。這種情況下，傳統(tǒng)采用的集中式設(shè)計(jì)很難適應(yīng)要求。配電自動(dòng)化終端的分布式設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)際上是依靠更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將多個(gè)信息的高效整合和傳輸。通過分布式設(shè)計(jì)，任何一個(gè)自動(dòng)化終端均可與主站建立高效的連接。

2.4 配電終端和一次設(shè)備集成設(shè)計(jì)技術(shù)

通常情況下，配電自動(dòng)化終端是和一次設(shè)備在空間上是相互獨(dú)立分開的。為了達(dá)到數(shù)據(jù)采集和指令控制功能，兩者通過特定接口相連接，這就使得整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)分散，體積大。集成設(shè)計(jì)技術(shù)就是將配電自動(dòng)化終端一體化設(shè)計(jì)在一次設(shè)備中，這樣就會(huì)達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、體積大大減小的效果，提高了系統(tǒng)的整體性能并且減低了成本。同時(shí)需要注意的是，集成化設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮通信、溫度和壓力等機(jī)電一體化設(shè)計(jì)因素，最可能做到高可靠性、高性能的一體化系統(tǒng)。

3 技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

通過上文對(duì)配電自動(dòng)化終端技術(shù)的闡述，將其技術(shù)現(xiàn)狀作如下分析總結(jié)。

3.1 集中處理故障信息

由于通信系統(tǒng)硬件升級(jí)改造需要較長時(shí)間，當(dāng)前配電自動(dòng)化終端系統(tǒng)中的控制模式仍為集中處理方式。這種模式的工作方式是將系統(tǒng)獲取到的信息統(tǒng)一收集、統(tǒng)一處理，通過主站發(fā)出控制指令控制遠(yuǎn)方系統(tǒng)。

3.2 DSP處理技術(shù)被廣泛利用

DSP是數(shù)字信號(hào)處理器的簡(jiǎn)稱，它具有較快的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)于配電自動(dòng)化終端系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)采樣以及數(shù)據(jù)分析具有很好的適應(yīng)性。DSP的廣泛使用，對(duì)于配電自動(dòng)化終端系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性起到了很好的保障作用。

3.3 配電終端的網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)化是配電自動(dòng)化終端當(dāng)前的布局方式，主要采用工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛使用的以太網(wǎng)技術(shù)完成終端的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)。

3.4 采用面保護(hù)方式

在配電自動(dòng)化終端的一些實(shí)際應(yīng)用中，面保護(hù)方式以及被采用。所謂面保護(hù)方式，即終端不僅采集裝置本身的信息，而且還通過通信的方式獲取本線路相鄰的設(shè)備的有用信息，這些信息共同被用于判斷故障的發(fā)生。

3.5 廣泛支持多種系統(tǒng)通信方式

串行接口、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線以及以太網(wǎng)等通信方式在配電自動(dòng)化終端系統(tǒng)中廣泛利用，各種通信方式具有不同的優(yōu)勢(shì)以及適用場(chǎng)合。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，各種通信方式必須滿足通信可靠性和通信速度的要求，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

基于上述分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前配電自動(dòng)化終端技術(shù)主要存在以下問題：

①配電終端長時(shí)間可靠運(yùn)行技術(shù)還有待改進(jìn)。

②配電自動(dòng)化終端采用的備用蓄電池由于壽命短給系統(tǒng)長期工作帶來挑戰(zhàn)。

③配電自動(dòng)化終端由于廣泛采用集中式控制方式，不利于做到分布式系統(tǒng)的最佳控制效果。

④通信技術(shù)尚需統(tǒng)一改進(jìn)，做到不同傳輸協(xié)議下的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)進(jìn)行傳遞和運(yùn)算。

配電自動(dòng)化終端技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間，下一步的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：發(fā)展具有光傳感器器件的全數(shù)字化配電自動(dòng)化終端，開發(fā)一次設(shè)備和配電終端一體化的集成化技術(shù)方案，開發(fā)具有IEC61850接口的面向?qū)ο蟮淖詣?dòng)化系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

配電自動(dòng)化終端作為配電自動(dòng)化系統(tǒng)基本的檢測(cè)和控制單元，其技術(shù)可靠性具有非常重要的意義。近年來我國的配電終端技術(shù)已經(jīng)取得了較大程度的提升，但是仍存在一些問題，文章深入分析了配電自動(dòng)化終端技術(shù)的現(xiàn)狀并分析了其未來發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于推進(jìn)終端技術(shù)乃至配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

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