配電自動化終端技術(shù)探討

李肖軍

摘 要：配電自動化終端裝置作為配電自動化系統(tǒng)底層的基本單元，其功能和可靠性直接影響到整個系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮。本文對配電自動化終端的分類、原理結(jié)構(gòu)、功能、通信技術(shù)等進行了系統(tǒng)闡述和探討。

關(guān)鍵詞：配電自動化 終端裝置 通信系統(tǒng)

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0120-02

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對供電質(zhì)量和可靠性的要求越來越高。配電自動化系統(tǒng)利用現(xiàn)代計算機、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)中壓配電網(wǎng)運行的自動化，有效地提高供電質(zhì)量和生產(chǎn)管理效率。因此，配電自動化受到國家電網(wǎng)和科研生產(chǎn)單位的廣泛重視，成為是當(dāng)今配網(wǎng)建設(shè)的熱點。

配電自動化系統(tǒng)由主站、通信網(wǎng)絡(luò)、終端裝置三部分組成。配電自動化終端主要用于中壓配電網(wǎng)中的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、重合器、柱上分段開關(guān)、配電變壓器等的監(jiān)視與控制，與配電自動化主站通信，提供配電運行控制及管理所需的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站發(fā)出的對配電設(shè)備的控制指令，其性能和可靠性直接影響到整個系統(tǒng)能否有效地發(fā)揮作用[1]。

與作為現(xiàn)場裝置進行“上傳數(shù)據(jù)、下達命令”的傳統(tǒng)調(diào)度自動化或遠動系統(tǒng)的終端（RTU）不同，配電自動化終端，除了完成傳統(tǒng)的“三遙”（遙測、遙信、遙控）外，還能夠檢測故障、完成一些就地自動控制功能，如分段開關(guān)重合控制、開閉所備用電源自投等。此外，安裝在戶外線路上的配電終端還要能夠適應(yīng)惡劣的運行環(huán)境、在線路停電時能夠利用蓄電池實現(xiàn)不間斷供電等。本文對配電自動化終端的分類、原理結(jié)構(gòu)、功能、通信技術(shù)等進行了系統(tǒng)闡述和探討。

1 配電自動化終端的種類

配電自動化終端主要用于配電設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集與調(diào)節(jié)控制，不同配電設(shè)備對終端的功能、運行環(huán)境、安裝結(jié)構(gòu)有不同的要求。因此，配電終端可分為4大類。

（1）DTU：開閉所、公用及用戶配電所監(jiān)控終端，一般稱為站控終端DTU（ Distribution Terminal Unit）。DTU的構(gòu)成與傳統(tǒng)的遠動 RTU 類似，但在功能上與常規(guī) RTU 有很大不同，主要增加了故障檢測與就地可編輯邏輯控制（PLC）功能。PLC 用于不依賴于主站對母線或線路故障的自動隔離。

（2）FTU：線路分段開關(guān)監(jiān)控終端，包括柱上分段開關(guān)與環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)控終端，稱為線路終端FTU （Feeder terminal Unit）。 FTU 運行在戶外環(huán)境中，其功能要求、結(jié)構(gòu)、供電方式、安裝形式上都與常規(guī) RTU 有很大的區(qū)別。

（3）TTU：配電變壓器監(jiān)測終端，一般稱為配變終端 TTU（Transformer Terminal Unit）。TTU 主要用于配電變壓器負荷情況的監(jiān)視與紀錄，個別情況下要求其能夠根據(jù)電壓與無功功率情況，就地進行無功補償電容器投切控制。

（4）用戶用電設(shè)備監(jiān)控終端：簡稱用電終端，采集高壓側(cè)電流和開關(guān)狀態(tài)量以及低壓側(cè)電壓、電流、有功、無功、電能表脈沖計數(shù)量等，并結(jié)合需方管理（DSM），對用戶設(shè)備進行控制。一般在大用戶裝設(shè)該設(shè)備，設(shè)計技術(shù)與構(gòu)成與 DTU 或 FTU 類似。

2 構(gòu)成與原理

配電自動化終端主要由中心監(jiān)控單元、人機接口模塊、操作控制回路、通信終端、電源模塊5部分組成，如圖1所示。

配電自動化終端的核心時中心監(jiān)控單元，像模擬量輸入與開關(guān)量輸入信號的采集，故障檢測，電壓、電流、有功功率等運行參數(shù)的計算，控制量的輸出、遠程通信等都是其包括的主要功能。配電自動化終端目前的采用的形式是平臺化、模塊化的輸出量和通信接口形式設(shè)計，根據(jù)實際需要擴展和配置數(shù)量。

在簡單配置維護配電自動化終端的時候可以使用人機接口，可以整定主要運行參數(shù)，可以對電壓、電流、功率等測量數(shù)據(jù)進行顯示，其他裝置的運行狀態(tài)信息可以得到反映。為達到設(shè)計更簡化，裝置的可靠性得到提高的目的，有很多沒有人機接口模塊的配電自動化終端，配置維護的時候就需要維護人員通過便攜式PC進行。

通信終端又被叫做通信配適器，可以通過監(jiān)控單元的以太網(wǎng)接口或者RS232串行接口連接，來達到連接監(jiān)控單元和配網(wǎng)自動化通信介質(zhì)的目的。不同的類型的通信設(shè)備通道的連接，分有光纖終端、無線終端、調(diào)制解調(diào)器（用于模擬通道）、載波終端等不同的通信終端。

在FTU可以使用操作控制回路，這樣要有人工控制按鈕。該裝置可以幫助操作人員通過開關(guān)位置在回路的顯示了解開關(guān)狀態(tài)。

配電終端電路需要的各種直流電源是由電源模塊提供。DTU外部輸入電源一般取自開閉所內(nèi)的交流220V自用電源，在自用電源中斷時，使用交流不間斷電源（UPS）提供備用電源。TTU的電源輸入取自配電變壓器低壓側(cè)輸出。對于FTU 來說，因線路上一般不設(shè)專用220V交流電源，通常使用電壓互感器在提供電壓測量取樣信號的同時，為FTU 供電。FTU 電源應(yīng)配備蓄電池，以在線路停電時為自身電路提供不間斷供電，同時提供開關(guān)操作電源。

3 主要功能

配電自動化終端根據(jù)監(jiān)控對象與應(yīng)用場合不同，對其功能的要求也不同。實際工程中，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用要求對以下功能進行取舍。

（1）SCADA功能。

即傳統(tǒng)RTU的“三遙”（遙測、遙信、遙控）。配電終端要能夠測量正常運行狀態(tài)下的電壓、電流、有功、無功、視在功率、功率因數(shù)等反映系統(tǒng)不平衡程度的電氣量，還要能接入直流輸入量，用于監(jiān)視使用的蓄電池的電壓與供電電流。遙信主要是接入配電開關(guān)輔助接點信號、儲能機構(gòu)儲能正常信號等。遙控包括配電開關(guān)合閘與跳閘輸出，以及開關(guān)量輸出。

（2）故障檢測與記錄。

配電終端采集記錄的故障信息主要包括以下幾點。

①故障電流、電壓值：實際應(yīng)用中，可像故障錄波器一樣，記錄故障電壓、電流的波形，亦可以只記錄幾個關(guān)鍵的故障電流、電壓幅值，如故障發(fā)生及故障切除前、后的值。endprint

②故障發(fā)生時間及故障歷時。

③小電流接地故障電流：能夠檢測小電流接地系統(tǒng)單相接地產(chǎn)生的零序電流，以供配網(wǎng)自動化系統(tǒng)確定接地故障的位置。

④故障方向：有些情況下，如雙電源閉環(huán)供電線路中，配電終端需要測量故障電流方向，以確定故障位置。

（3）負荷監(jiān)測。

負荷監(jiān)測功能主要適用于TTU，用于檢測記錄配電變壓器低壓側(cè)運行數(shù)據(jù)，其功能主要有以下幾點。

①實時運行數(shù)據(jù)采集功能：用于負荷的實時監(jiān)視，采集的運行數(shù)據(jù)與SCADA功能類似。

②負荷記錄功能：用于記錄主要的反映負荷運行特征的參數(shù)，保存在掉電不丟失內(nèi)存里，由主站根據(jù)需要召喚讀取或人工定期在就地利用電腦讀取。

③負荷統(tǒng)計功能：主要是電壓合格率、供電可靠性的統(tǒng)計。

（4）電能質(zhì)量監(jiān)測。

配電自動化終端在保證基本的測控功能的同時，完成電能質(zhì)量數(shù)據(jù)實時采集處理與上傳功能，采集記錄的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)主要是對用戶影響最大的諧波、電壓驟降數(shù)據(jù)，個別場合要求記錄電壓閃變參數(shù)。

（5）可編程邏輯控制（PLC）。

實際工程應(yīng)用中，要求配電終端能夠不依賴于主站的指令就地完成一些控制功能，如DTU能夠進行備用電源自投與線路故障的自動隔離、TTU能夠根據(jù)電壓與無功變化自動控制無功補償電容器的投切，這就要求配電終端具備可編程邏輯控制（PLC）功能。

（6）斷路器在線監(jiān)測。

配電自動化終端通過監(jiān)測并記錄斷路器累計切斷故障電流的水平、動作時間、動作次數(shù)，可以監(jiān)視斷路器觸頭受電腐蝕的程度以及斷路器的機械性能，為評估斷路器運行狀態(tài)，并實施狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

（7）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

為減少投資、優(yōu)化通信結(jié)構(gòu)，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)一般采用主干通道與小區(qū)內(nèi)分支通信網(wǎng)相結(jié)合的通道結(jié)構(gòu)。位于主干節(jié)點上的DTU或FTU要具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，以轉(zhuǎn)發(fā)附近其他現(xiàn)場智能裝置的數(shù)據(jù)。

（8）配置維護功能。

配電自動化終端一般采用標準化、平臺化設(shè)計，可通過控制方式字及定值配置功能，適應(yīng)不同的運行方式。用戶可通過專用的維護通信口與PC機相連，運行專用程序，在PC機上在線檢查、修改裝置的配置方式字，監(jiān)視裝置的測量數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)。

4 通信技術(shù)

配電自動化終端與主站系統(tǒng)間的信息交互都是通過通信系統(tǒng)完成的，必須有穩(wěn)定可靠的通信系統(tǒng)，才能實現(xiàn)配電自動化的功能。由于配電自動化系統(tǒng)的終端設(shè)備具有多點、分散，單臺設(shè)備的數(shù)據(jù)量小，實時性要求不同的特點，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和經(jīng)濟條件確定合理的通信方式[2]。

為減少投資、優(yōu)化通道結(jié)構(gòu)，通常采用一個配電子站轉(zhuǎn)發(fā)附近一個區(qū)域內(nèi)配電自動化終端的數(shù)據(jù)，配電子站一般設(shè)置在變電所、開閉所內(nèi)。配電子站與主站的通道是主干通道，一般采用實時性強的光纖網(wǎng)絡(luò)。配電子站與配電自動化終端之間的通道是分支通道，對通信速率要求比較低，可采用有線電纜、配電載波（DLC）、現(xiàn)場總線、數(shù)據(jù)電臺、電話撥號、移動通信（GPRS/CDMA）等多種形式。實際應(yīng)用中，對可靠性要求較高的FTU可采用點對多點光纖通道，對于通信數(shù)據(jù)量比較大的大型開閉所，DTU可接入主干光纖網(wǎng)絡(luò)與主站直接通信。

5 結(jié)語

配電自動化終端作為配電自動化的重要組成部分，其開發(fā)和應(yīng)用能有效地縮小電力線路故障范圍，提高配網(wǎng)的供電能力和用電效率，增強電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。配電自動化終端技術(shù)伴隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，將會逐步成熟，并進一步向高可靠性、多功能、組合式、小型化、低功耗、低成本、免維護方向發(fā)展，將會在我國配電網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)中起到舉足輕重的作用。

參考文獻

[1] 徐臘元.國內(nèi)配網(wǎng)自動化綜述[J].農(nóng)村電氣化，2004，3：5-6.

[2] 寇世磊.配電網(wǎng)自動化技術(shù)研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)·新建設(shè)，2013，247（2）：75-76.endprint