配電自動化終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護技術(shù)研究與應(yīng)用

國網(wǎng)重慶市區(qū)供電公司 肖智超 國網(wǎng)重慶市區(qū)供電公司 周 斌

配電自動化除了配電網(wǎng)自動化網(wǎng)的建設(shè)，還包括配電網(wǎng)及設(shè)備的維護系統(tǒng)的建設(shè)。隨著配電網(wǎng)不斷建設(shè)，配電自動化終端由于類型數(shù)量眾多、分布范圍廣泛，終端通信規(guī)約版本眾多、兼容性差、運維工作繁雜等問題漸漸凸顯出來。目前對設(shè)備開展維修僅能通過事后的現(xiàn)場勘查進行人為判斷，主要依靠人員技能水平和維修經(jīng)驗，缺乏一種維修輔助決策技術(shù)，提升配電自動化應(yīng)用維護水平迫在眉睫。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

近年來智能配電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的概念不斷升溫，許多與智能配電網(wǎng)相融合的新技術(shù)也不斷被提出，其中包括面向智能配電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的問世等。智能配電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合作為一種具有極高戰(zhàn)略意義的新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)被世界各國高度重視，我國也將物聯(lián)網(wǎng)、智能配電網(wǎng)列為國家戰(zhàn)略，并全面部署了眾多重大科技項目、示范工程的建設(shè)。

智能配電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首要解決問題是實現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測，這是配電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵一步。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)對智能配電設(shè)備的特征量監(jiān)測，并利用一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障分析系統(tǒng)預(yù)先判定一次設(shè)備的故障征兆，然后由人工根據(jù)診斷結(jié)果制定檢修計劃，以便在設(shè)備發(fā)生故障前就能及時排除隱患，提高設(shè)備運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。通過狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的實施，為后期變電站狀態(tài)監(jiān)測改造及狀態(tài)檢修的全面開展積累經(jīng)驗，再逐步探索先進的狀態(tài)檢修管理模式，并通過管理模式的不斷完善最終建立科學(xué)的狀態(tài)檢修管理體系。

2 配電自動化終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護技術(shù)研究

要提升配電自動化設(shè)備運行維護水平，解決終端通信規(guī)約版本眾多、兼容性差、運維工作繁雜等問題，主要從兩方面著手：通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化，解決兼容性問題；采用即插即用技術(shù)。通信連接后配電終端注冊及配置信息動匹配，減少人為設(shè)備信息管理方面的操作，使維護工具自動適應(yīng)不同配電自動化終端維護的工作。

目前山東、江蘇等地低壓配電終端物聯(lián)網(wǎng)化試點項目正在有序地開展，物聯(lián)網(wǎng)化配電終端主要采用的技術(shù)方案有MQTT 通信+profile的組合方式來實現(xiàn)低壓設(shè)備的信息與配電主站系統(tǒng)交互，也就是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決配電設(shè)備即插即用的問題。如果全部升級使用物聯(lián)網(wǎng)的MQTT 通信+profile的組合方案，從現(xiàn)實角度來講短時內(nèi)還不可行，短期內(nèi)主站系統(tǒng)也不支持相應(yīng)的升級工作。目前各設(shè)備生產(chǎn)廠家都具有自己的終端維護軟件，主要支持電力101、104協(xié)議進行終端維護，所以在101、104標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議基礎(chǔ)上，通過標(biāo)準(zhǔn)化的定義實現(xiàn)配電自動化終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護，是一個比較現(xiàn)實可行的方案。

2.1 采用IEC-101/104協(xié)議方案優(yōu)點

IEC-101/104協(xié)議作為電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議在我國應(yīng)用多年，目前掛網(wǎng)運行的配電自動化終端基本上采用電力101、104協(xié)議與配電主站進行數(shù)據(jù)信息交互，相對而言標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。采用該協(xié)議實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護功能，在網(wǎng)運行的自動化終端都支持現(xiàn)有國家電網(wǎng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議及其它實施細則，配電終端升級或改造難度小，開發(fā)工作量小，成本低，阻力小，比較容易實現(xiàn)。國家電網(wǎng)2016年發(fā)布了最新的101/104協(xié)議實施細則，已對配電終端參數(shù)及定值有規(guī)范化的定義，主要適用現(xiàn)場維護使用的需求，但各終端廠家仍然有部分自定義的參數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)表中，可以說這為標(biāo)準(zhǔn)化維護走出了一大步。

目前一般的維護工具對基本的遙信、遙測采集及遙控操作都不存在問題，配電終端標(biāo)準(zhǔn)化即插即維護工具軟件，可選擇101、104協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，只要添加合理的配置信息交互方式實現(xiàn)配電終端維護過程中的注冊、信息自動匹配功能即可。由于61850標(biāo)準(zhǔn)相對比較復(fù)雜，在配電領(lǐng)域試點多年一直沒有得到有效推廣。61850配置工具操作更為繁瑣，相比采用61850標(biāo)準(zhǔn)文件，標(biāo)準(zhǔn)化101/104協(xié)議定義的配置數(shù)據(jù)xml 文件模型相對較為簡單，比較容易實現(xiàn)及推廣。支持配置信息注冊、自動匹配功能的標(biāo)準(zhǔn)化101/104協(xié)議+xml 文件與目前物聯(lián)網(wǎng)采用的MQTT 協(xié)議+profile的組合有異曲同工之處，不但可支持現(xiàn)有的主站系統(tǒng)且很容易升級，只需增加一個標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換模塊，將現(xiàn)在的101/104協(xié)議轉(zhuǎn)成MQTT 通信，將有的XML 配置文件轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)的Profile 文件，即可支持后續(xù)配電物聯(lián)網(wǎng)接入改造。該方案不但可降低成本，還可分階段實施滿足不同地區(qū)需求。

2.2 在國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議基礎(chǔ)上添加內(nèi)容

為支持各廠家自定義的參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化維護工作可支持各廠家自定義的參數(shù)表或參數(shù)文件，通過統(tǒng)一的方式進行配置維護，主要在國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議基礎(chǔ)上添加以下內(nèi)容：

配置信息注冊、自動匹配過程依次為：讀固有終端標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；TI=202，COT=6；參數(shù)讀取確認(rèn)；TI=202，COT=7；讀取整定值結(jié)束；召喚文件目錄；TI=210，COT=6，操作標(biāo)識=1；參數(shù)讀取確認(rèn)；TI=210，COT=7，操作標(biāo)識=2；召喚文件目錄結(jié)束；讀文件激活；TI=210，COT=6，操作標(biāo)識=3；讀文件激活確認(rèn)；TI=210，COT=7，操作標(biāo)識=4；TI=210，COT=5，操作標(biāo)識=5；讀文件數(shù)據(jù)傳輸；TI=210，COT=5，操作標(biāo)識=5；讀文件數(shù)據(jù)傳輸；TI=210，COT=5，操作標(biāo)識=5；讀文件數(shù)據(jù)確認(rèn)；TI=210，COT=5，操作標(biāo)識=6。

以上過程參考：配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用DL/T634.5101-2002實施細則（試行）；配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用DL/T634.5104 -2009實施細則（試行）。文件讀取過程會有多個文件的讀取，維護工具軟件自動完成多個文件的讀取。讀取固有的終端標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，主要用于與配置文件信息對應(yīng)（表1），配置數(shù)據(jù)文件名全部采用字符串進行標(biāo)識，每種類型文件擁有唯一的名稱標(biāo)識（表2）。下面主要列出遙信及參數(shù)配置文件格式，其它配置文件格式就不全部列出。

相比配電終端物聯(lián)網(wǎng)化采用的MQTT 通信+profile 方式，采用本技術(shù)方案支持國家電網(wǎng)現(xiàn)有成熟的協(xié)議體系，終端升級或改造難度小，開發(fā)工作量小，成本低，比較容易實現(xiàn)，但101/104協(xié)議比MQTT 通信在文件讀取速率上相對較為遜色，標(biāo)準(zhǔn)化維護工具在配置信息注冊、自動匹配過程中時間可能會稍長一些。針對這個問題，在配置信息讀取之前，讀取終端固有的參數(shù)信息，如果參數(shù)數(shù)據(jù)與終端保存的數(shù)據(jù)能夠完全匹配，說明配置信息已全部讀取并保存，則可以不必讀取詳細的配置文件信息。

表1 終端固有參數(shù)信息體地址分配表

表2 文件傳輸類型及目錄/文件命名規(guī)范表

圖1 遙信量配置文件內(nèi)容及格式

圖2 參數(shù)配置文件內(nèi)容及格式

配電終端標(biāo)準(zhǔn)即插即維護技術(shù)的原理：通過配電終端通信協(xié)議及維護參數(shù)研究，制定出統(tǒng)一的、開放的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議規(guī)范以及終端關(guān)鍵參數(shù)的維護原則。通過靈活的計算機數(shù)據(jù)生成及顯示技術(shù)，達到配電自動化終端維護統(tǒng)一化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的目的。然后在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的約束下開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)配置工具軟件，通過即插即用技術(shù)連接即完成維護終端注冊、配置信息自動匹配，減少維護人員繁雜操作，實現(xiàn)不同廠家、不同類型配電終端現(xiàn)場維護工作的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一維護，從而提升配電自動化應(yīng)用維護水平。

3 應(yīng)用設(shè)計方案

3.1 功能介紹

配電終端通用維護軟件設(shè)計是為適用于國內(nèi)主要配電終端生產(chǎn)廠家的DTU系列、FTU系列、故障指示器系列等配電終端進行三遙數(shù)據(jù)采集、關(guān)鍵參數(shù)配置、常規(guī)數(shù)據(jù)讀取等功能，主要在配電終端現(xiàn)場維護調(diào)試，供電公司日常維護過程中使用。軟件要求操作方便、運行穩(wěn)定可靠、還具有避免維護人員設(shè)置參數(shù)時出錯的功能。配電終端通用維護軟件主要具有配電終端選擇、終端配置管理、實時數(shù)據(jù)采集、參數(shù)、定值配置、歷史數(shù)據(jù)讀取/存儲等功能。

系統(tǒng)管理：主要是軟件使用后的安全退出操作，為以后的系統(tǒng)管理擴展預(yù)留；終端管理：主要對所測試的FDR、RTU 類型的終端進行管理，自動讀取或設(shè)置各終端的相關(guān)維護配置數(shù)據(jù)信息。維護軟件與終端通訊聯(lián)接后對終端配置參數(shù)驗證，首先讀取終端基本信息，在完全合的情況下不用進行其它信息的召喚，在終端配置信息沒有的時候進行配置信息初始化召喚；通訊及管理：配電終端通用維護軟件具有能與遠方遙控終端單元通訊的功能，采用電力系統(tǒng)101/104通訊規(guī)約，能與多個監(jiān)控終端站點同時通訊。由于與多終端通訊，需對各通訊站點的設(shè)置進行管理以保證各站點正常通訊；終端參數(shù)設(shè)置：配電終端通用維護軟件具有對一體化遙控終端單元的內(nèi)部參數(shù)進行設(shè)置的功能，在系統(tǒng)需要的情況下對DTU、FDR的參數(shù)進行修改，保證終端正常運行。

實時數(shù)據(jù)監(jiān)控：配電終端通用維護軟件的基本功能就是對一體化遙控終端單元的數(shù)據(jù)實時采集、分析、顯示，使操作人員實時了解配電網(wǎng)運行情況，及早對可能發(fā)生的異常情況提示處理，保證電網(wǎng)正常有效的運行；歷史數(shù)據(jù)管理：軟件具有讀取、分析、存儲系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的功能。根據(jù)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的特點，要求一體化遙控終端單元本身存儲一定量的歷史數(shù)據(jù)，中心監(jiān)控計算機就不必存儲大量的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、快速的運行。當(dāng)操作人員需察看歷史數(shù)據(jù)時可直接從監(jiān)控終端中直接讀?。粩?shù)據(jù)庫維護功能：軟件除了具有實時數(shù)據(jù)，還具有一定量的歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)需要時可對實時數(shù)據(jù)的一些參數(shù)進行修改。

3.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

整個維護工具軟件主要分為四大功能模塊：應(yīng)用服務(wù)功能模塊、公用組件模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、通訊模塊。公用組件模塊主要是出于設(shè)計層次結(jié)構(gòu)考慮，將應(yīng)用服務(wù)功能的公用資源抽象化、組件化，減少軟件開發(fā)維護成本；數(shù)據(jù)管理模塊主要實現(xiàn)維護軟件各種數(shù)據(jù)、文件的定義、管理，是軟件應(yīng)用服務(wù)功能的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)各主要功能模塊的主要接口定義；通訊管理模塊主要實現(xiàn)軟件的通信服務(wù)功能，包括各通信通道的控制，通信協(xié)議及報文的處理，通信數(shù)據(jù)分析、加密等。