配電自動化終端技術(shù)分析

李宗峰

（珠海許繼電氣有限公司，廣東珠海 519060）

0.引言

智能電網(wǎng)是當(dāng)前社會環(huán)境下電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，其建設(shè)關(guān)鍵在于對輸送電質(zhì)量的提升，這是在新型經(jīng)濟(jì)形勢在，人們對電力系統(tǒng)提出的新要求[1]。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)及其自動化控制程度較低，電力設(shè)備的技術(shù)含量也不高，兩相結(jié)合之下自然難以為民眾提供高質(zhì)量的用電服務(wù)，因此，想要進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)，就必須對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性進(jìn)行提升，提升電力系統(tǒng)的故障處理能力，確保配電網(wǎng)持續(xù)供電，進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。配電自動化終端技術(shù)的應(yīng)用使電力系統(tǒng)的智能程度得到了提升，促進(jìn)了智能電網(wǎng)的形成，配電自動化終端設(shè)備能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運營過程中設(shè)備及線路的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)采集為用電的人們與電力管理部門建立起可靠的信息橋梁。因而在某種程度上，配電自動化終端技術(shù)水平能夠決定當(dāng)前配電自動化控制系統(tǒng)能夠達(dá)到的程度。

1.配電自動化終端設(shè)備

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

配電自動化終端由中央監(jiān)控單元、人機界面模塊、操作控制回路、通信終端和電源模塊組成[2]。其中中央監(jiān)控單元能夠收集電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)參數(shù)并能夠進(jìn)行故障檢測，能夠有效實現(xiàn)控制量輸出的管理及遠(yuǎn)程通信，并通過對通信接口和平臺的新形式設(shè)計來滿足在實際運營過程中對于設(shè)備的功能性需求和配置要求[3]。人機界面主要是針對配電自動化系統(tǒng)的設(shè)計及維護(hù)進(jìn)行設(shè)計的，可以通過記錄電流、電壓及功率等參數(shù)并進(jìn)行反饋，使工作人員能夠了解到設(shè)備在實際工作中的運行狀態(tài)并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。操作控制回路可以幫助工作人員了解到控制回路中的開關(guān)所在位置及開關(guān)的運行狀態(tài)，并且該回路中必須要設(shè)置一個手動控制按鈕，便于人工進(jìn)行干預(yù)。通信終端的主要作用是利用中央監(jiān)管單元的以太網(wǎng)接口和RS 232接口來完成信息傳輸及對配電自動化系統(tǒng)的信息交互，而通信設(shè)備由于制造核心技術(shù)的不同在屬性特征上存在很大的差異，如無線終端與光纖終端。在配電自動終端中通常會有多種電源的存在。如一般情況下，終端都是采用電壓互感器二次側(cè)AC220V電源作為終端的主電源，當(dāng)主電源因為某種不可抗力導(dǎo)致電源斷開時，就會采用備用電源如蓄電池、超級電容等來為終端進(jìn)行供電，多種電源的應(yīng)用能夠保證終端設(shè)備具有持續(xù)的電源供應(yīng)，進(jìn)而提升配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

1.2 功能設(shè)計

配電自動化終端的設(shè)計初衷主要是針對配電系統(tǒng)中的故障檢測，但隨著我國科技水平的提升，終端技術(shù)也在不斷發(fā)展，而新技術(shù)的融入使現(xiàn)階段的配電自動化終端已經(jīng)能夠在故障檢測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對系統(tǒng)電壓、電流及功率的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實時采集，從而為配電自動化系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，也能通過接收配電網(wǎng)中的站點數(shù)據(jù)來對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制；配電自動化終端的應(yīng)用能夠?qū)ο到y(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，并根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)來對設(shè)備進(jìn)行功能和參數(shù)的修改，從而實現(xiàn)對設(shè)備的有效調(diào)控；通過對一次設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，來對系統(tǒng)的異常狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)；通過對系統(tǒng)中存在的故障檢測進(jìn)行示警反饋，便于故障檢修與排除，并能夠?qū)邆浠謴?fù)功能性的設(shè)備，加快其恢復(fù)過程；通過對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控能夠了解到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)異常點采取保護(hù)措施來完成對系統(tǒng)的微機保護(hù)，并對此進(jìn)行記錄，為后續(xù)的改良和優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)分析。

綜上所述，配電自動終端的主要作用及功能在于對系統(tǒng)運行狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)及設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的監(jiān)控及收集來完成對于遠(yuǎn)程設(shè)備的調(diào)控、系統(tǒng)參數(shù)的修改及系統(tǒng)的微機保護(hù)，并能夠?qū)⑹占臄?shù)據(jù)信息作為系統(tǒng)優(yōu)化和終端技術(shù)發(fā)展方向的重要參考資料。

1.3 終端分類

配電自動化終端的分類需要綜合其設(shè)備安裝形式、設(shè)備的使用環(huán)境及設(shè)備發(fā)生故障的類型來對其進(jìn)行分類，在安裝形式上，主要分為集中式和分散式，而對其有直接影響的就是終端單元的安裝集中度；設(shè)備的使用環(huán)境主要有開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜及架空線等，不同的使用環(huán)境對于配電自動化終端的功能需求也有所不同；其故障發(fā)生類型可以將配電自動化終端分為電流型、電壓型及電流/電壓兼容型。

2.配電自動化終端技術(shù)分析

終端技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升配電網(wǎng)自動化程度，使配電網(wǎng)向智能化轉(zhuǎn)變，而想要實現(xiàn)智能配電網(wǎng)建設(shè)，就必須對現(xiàn)有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化并提出要求[4]。為了保證對配電網(wǎng)的優(yōu)化能夠滿足當(dāng)前社會對高質(zhì)量電力資源的需求，在配電控制的過程中，除了終端設(shè)備的自動化控制之外，還要了解終端設(shè)備的自動化控制對當(dāng)前的電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否產(chǎn)生影響，根據(jù)配電終端的信息采集和監(jiān)控能力進(jìn)行獲悉。另外，隨著配電網(wǎng)的覆蓋范圍越來越廣，將會有大量的分布式電源接入配電網(wǎng)，使配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度提升，但為了保證高質(zhì)量的供電服務(wù)，在此環(huán)境下，也必須保證電力系統(tǒng)在實際運營中具備足夠的安全性和靈活性。依然能夠進(jìn)行高質(zhì)量供電?；诖?，配電終端就需要保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的情況下對配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備運行參數(shù)進(jìn)行控制，這一過程需要主站系統(tǒng)或其他通信設(shè)備的配合才能夠有效進(jìn)行，因此配電自動化終端技術(shù)綜合為以下幾種。

2.1 故障檢測技術(shù)

配電終端最初的設(shè)計目的就是為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的故障檢測，因此故障檢測技術(shù)也是配電終端最核心的技術(shù)。利用終端的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能來對系統(tǒng)運行過程中的設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)故障發(fā)生時，故障檢測技術(shù)將故障發(fā)生過程中的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行采集，經(jīng)過終端的數(shù)據(jù)分析后能夠判斷出故障發(fā)生的類型及位置，工作人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)顯示快速找到故障所在并及時采取有效措施進(jìn)行檢修，進(jìn)而有效減少或避免電力事故的發(fā)生。故障檢測技術(shù)的主要難點在于對故障的定位，現(xiàn)階段我國對于電力資源的需求量大幅度提升，為了保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，就需要通過故障檢測系統(tǒng)來完成對故障的快速定位，并且需要保證定位的準(zhǔn)確性，但隨著需求量上升，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在迅速擴(kuò)張，因此配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，這使得故障檢測技術(shù)的故障定位迎來了新的挑戰(zhàn)。

配電終端設(shè)備對于故障檢測的準(zhǔn)確定位不僅是提升配電網(wǎng)自動化程度的關(guān)鍵，也是終端設(shè)備在市場競爭中的核心競爭力。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對于電力資源有著高需求的地區(qū)越來越多，導(dǎo)致配電網(wǎng)的覆蓋范圍越來越廣，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，而小電流接地也是當(dāng)前配電網(wǎng)普遍采用的接地形式。如果小電流接地發(fā)生故障，以當(dāng)前的故障檢測技術(shù)，故障選線的準(zhǔn)確率能夠達(dá)到95%以上，但對于故障線上的故障發(fā)生定位，目前仍然是需要研究的問題。另外，隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，分布式電源系統(tǒng)的接入，想要完成故障發(fā)生的準(zhǔn)確定位的難度將進(jìn)一步提升，但故障檢測技術(shù)的準(zhǔn)確定位是配電終端實現(xiàn)其他功能的基礎(chǔ)，想要提升配電終端技術(shù)含量，建設(shè)配電自動化系統(tǒng)，就必須對故障檢測技術(shù)展開深入探討。

2.2 預(yù)判、自愈控制技術(shù)

故障檢測技術(shù)主要包括了故障選項和故障診斷2個核心內(nèi)容，故障選項是通過對電力系統(tǒng)故障發(fā)生過程中的數(shù)據(jù)顯示來判斷故障的具體類型及相應(yīng)的處理措施，而故障主要是對發(fā)生故障的元件進(jìn)行識別，其作用在于對電力系統(tǒng)自愈性的有效實現(xiàn)。即對故障發(fā)生點進(jìn)行隔離，進(jìn)而實現(xiàn)電力系統(tǒng)自我恢復(fù)，這也是完成配電網(wǎng)自動化控制的關(guān)鍵之一。想要提升電力系統(tǒng)的自愈性，除了對配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的必要性優(yōu)化之外，配電自動化控制終端也是必要的設(shè)備，其作用在于利用錄波技術(shù)來對電力系統(tǒng)的設(shè)備及線路的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，對電網(wǎng)可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，計算機根據(jù)預(yù)判的故障類型及故障所在定位來采取相應(yīng)的故障預(yù)防措施及故障發(fā)生后的緊急處理方案，盡可能地將配電網(wǎng)故障停電帶來的影響降到最低。

故障預(yù)判和故障自愈是配電自動化控制終端設(shè)備的核心功能之一。我國當(dāng)前配電網(wǎng)仍以離線數(shù)據(jù)運算來保證數(shù)據(jù)運算的安全穩(wěn)定性，但離線式的數(shù)據(jù)并不能夠保證數(shù)據(jù)的時效性，數(shù)據(jù)運算結(jié)果可能與實際運行狀態(tài)存在一定的差異。如果在分布式電源接入配電網(wǎng)的情況下，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性必然會大幅度提升，而分布式電源受環(huán)境的影響較大，離線數(shù)據(jù)的計算結(jié)果與實際運行狀態(tài)必然會產(chǎn)生沖突，如何實時采集電力系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，從而對故障進(jìn)行預(yù)判和快速診斷，以實現(xiàn)配電網(wǎng)的自愈性控制，是實現(xiàn)配電自動化控制的主要攻克點之一。

2.3 極端條件下的電磁兼容性

隨著配電網(wǎng)自動化程度的提升，在電力系統(tǒng)中也有越來越多的電子產(chǎn)品被應(yīng)用。電子產(chǎn)品的發(fā)展使得電子產(chǎn)品的工作電壓和信號電壓隨著集成度提高而下降，集成度的提高使得電子產(chǎn)品的運行速度得到了極大的提升，電磁耦合也越來越緊密，因此當(dāng)前有許多的電子設(shè)備都極易因為外界干擾而受損。基于此，就必須在對配電終端設(shè)備進(jìn)行設(shè)計時就考慮到在極端條件下設(shè)備的電磁兼容性和抗干擾性。而想要令終端設(shè)備在極端條件下?lián)碛休^好的電磁兼容性，其難點在于技術(shù)理論和技術(shù)實現(xiàn)的沖突，如雷擊、過電壓等極端條件下PT、CT在電磁暫態(tài)過程中精確的數(shù)學(xué)模型就難以確立。極端條件下電磁兼容性的提升不僅是配電自動化終端設(shè)備的主要設(shè)計難點之一，同時也是提升終端設(shè)備集中度的攻克難點之一。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

配電自動化的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也迎來了質(zhì)的飛躍，但由于電力系統(tǒng)在發(fā)展過程中的諸多歷史原因和技術(shù)條件的限制，再加上不同制造商對于核心制造技術(shù)存在差異，導(dǎo)致我國許多設(shè)備的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募嫒菪源嬖诤艽髥栴}，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來加強配電自動化控制終端對于不同廠家的設(shè)備的兼容性及良好的數(shù)據(jù)傳輸能力是推動配電網(wǎng)自動化控制的一大助力，必須深入對通信協(xié)議的兼容性研究以及標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，進(jìn)而實現(xiàn)不同規(guī)格的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流通。雖然當(dāng)前配電自動化終端設(shè)備中應(yīng)用的即插即用體系負(fù)荷配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化需求，但是如何對配電網(wǎng)中的設(shè)備邏輯節(jié)點進(jìn)行清晰明了的描述是當(dāng)前主要面臨的技術(shù)難點之一。

2.5 分布式設(shè)計技術(shù)

隨著用電需求的地區(qū)越來越多，配電網(wǎng)的覆蓋范圍越來越廣，配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度大幅度提升，因此在數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)檢測的問題由原來的一條或者多條的環(huán)網(wǎng)檢測轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在需要同時對幾十乃至幾百條線路的輸入輸出量進(jìn)行同時監(jiān)控和采集。在此背景下，傳統(tǒng)的集中式設(shè)計已經(jīng)不足以滿足當(dāng)前配電網(wǎng)系統(tǒng)對于終端設(shè)備的數(shù)據(jù)處理要求，需要利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)來完成對于配電自動化終端設(shè)備的分布式設(shè)計，從而實現(xiàn)對多項數(shù)據(jù)的高效采集和傳輸。通過對配電自動化終端進(jìn)行分布式設(shè)計能夠讓終端設(shè)備與主站系統(tǒng)建立起高效的信息傳輸橋梁，但分布式設(shè)計對于通信協(xié)議的兼容性與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、極端條件下的電磁兼容性及故障檢測技術(shù)均有一定的要求。

2.6 配電終端和一次設(shè)備集成設(shè)計技術(shù)

為了實現(xiàn)配電自動化終端的數(shù)據(jù)采集和自動化控制，通常會將配電自動化終端與一次設(shè)備通過特定的端口進(jìn)行連接，而在實際應(yīng)用中，配電自動化終端與一次設(shè)備通常都是出于2個相對獨立的空間內(nèi)的，因此在整個配電自動化控制系統(tǒng)的設(shè)備分布上所占面積較大。通過將配電自動化終端與一次設(shè)備進(jìn)行集成設(shè)計，實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)一體化，能夠明顯降低設(shè)備所占面積的同時提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，但集成化設(shè)計需要將設(shè)備之間的干擾、通信、溫度及壓力等多種因素考慮在內(nèi)，才能在保證不對配電自動化終端功能性產(chǎn)生影響的前提下實現(xiàn)可靠性較強的集成一體化設(shè)計[5]。

3.結(jié)語

配電自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)主要在于提升配電終端設(shè)備的技術(shù)含量，即對終端技術(shù)進(jìn)行深入探討，特別是在分布式電源接入配電網(wǎng)之后，如何進(jìn)行快速高效的故障檢測及診斷、終端設(shè)備在極端條件下是否具備較強的電磁兼容性及保證不同規(guī)格的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和兼容性都是當(dāng)前配電自動化系統(tǒng)建設(shè)中需要深入探討的問題。終端技術(shù)的研究能夠提高配電網(wǎng)的智能化程度，而智能配電網(wǎng)建設(shè)也是網(wǎng)絡(luò)信息時代下的未來趨勢，因此，對配電自動化終端設(shè)備設(shè)計中的技術(shù)難點進(jìn)行攻克，提升電力系統(tǒng)運行的安全性及穩(wěn)定性，為人民提供安全可靠的電力輸送對推動社會發(fā)展有著積極作用。