武 林

（國網(wǎng)新疆電力有限公司烏恰縣供電公司）

0 引言

電力配網(wǎng)建設(shè)中自動化終端設(shè)備應(yīng)用愈加廣泛，借助配電自動化終端設(shè)備可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控和實時監(jiān)控，終端設(shè)備是實現(xiàn)電力配網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)，科學(xué)配置自動化終端設(shè)備有助于電網(wǎng)自動化持續(xù)升級。積極投入配電自動化終端設(shè)備能有效提升電網(wǎng)運作效率、提升經(jīng)營效益，還可以遠(yuǎn)程排除故障、標(biāo)定電力故障，讓后期運維檢修更加便捷，強(qiáng)化繼電保護(hù)效應(yīng)。配電自動化終端設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用中，應(yīng)按需選擇終端設(shè)備及其組件，明確故障檢測、自動隔離保護(hù)等技術(shù)指標(biāo)，設(shè)定安全的終端設(shè)備安全運行閾值，自動調(diào)整電力設(shè)備運行參數(shù)，保持系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性。

1 電力配網(wǎng)自動化概論

電力配網(wǎng)自動化是指借助信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)等，以配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)為核心，自動、實時獲取配網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息，從而有效對配電網(wǎng)的自動化監(jiān)控、保護(hù)、控制［1］。

如圖1 所示，配電自動化系統(tǒng)分為總控制中心層、子控制中心層、區(qū)域集結(jié)層、設(shè)備層。設(shè)備層和區(qū)域集結(jié)層是實現(xiàn)電力配網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)，通過TTU、FTU、DTU 和通信系統(tǒng)系統(tǒng)可以對配電網(wǎng)進(jìn)行全天候?qū)崟r監(jiān)控，有助于工作人員對配電網(wǎng)的統(tǒng)一管理。自動化系統(tǒng)可以第一時間找出配電網(wǎng)的隱藏故障、故障點，自動切斷故障區(qū)域供電，并且保證非故障區(qū)域不受或較少受到負(fù)面影響，最大程度上降低故障影響范圍。對于硬件故障問題，工作人員可以根據(jù)自動化系統(tǒng)提示快速進(jìn)行搶修，縮短配電網(wǎng)故障運行時間，及時恢復(fù)配電網(wǎng)功能，從而保障整體供電的平穩(wěn)性。

圖1 配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 配電自動化終端設(shè)備相關(guān)闡述

2.1 配電自動化終端設(shè)備概述

配電自動化終端設(shè)備主要應(yīng)用于配電系統(tǒng)當(dāng)中，更是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)中不可或缺的設(shè)備種類。終端設(shè)備特性、功能會直接影響配網(wǎng)自動化系統(tǒng)運行性能和相關(guān)功能。正確應(yīng)用自動化終端設(shè)備可以實時監(jiān)控開閉所、分段開關(guān)、配電變壓器、條路調(diào)壓器等，還可以保持與主站的實時通信，主站可為供配電終端設(shè)備運行提供數(shù)據(jù)支持，結(jié)合主站下達(dá)的運行指令調(diào)節(jié)配網(wǎng)設(shè)備。整體來看，主流的配電自動化終端設(shè)備可以分為饋線終端、配變終端、站所終端三個大類。

2.2 配電自動化終端設(shè)備主要組成部分

2.2.1 中心監(jiān)控單元

配電自動化終端設(shè)備自身就配有一套自動化系統(tǒng)，其中，中心監(jiān)控單元作為設(shè)備的核心單元，是由監(jiān)控系統(tǒng)、配網(wǎng)操作系統(tǒng)共同組成。中心監(jiān)控單元可以實現(xiàn)故障檢測、故障診斷功能，如果檢測到配電網(wǎng)運行中出現(xiàn)故障或可能出現(xiàn)故障，可以第一時間檢測到故障分布范圍、故障類型、故障影響程度［2］。同時，中心監(jiān)控單元還具備遠(yuǎn)程通信、輸入模擬量等功能。如今，中心監(jiān)控單元多采用模塊化設(shè)計方案，結(jié)合通信系統(tǒng)、輸入輸出接口從而滿足配網(wǎng)自動化需求。

2.2.2 人機(jī)接口電路

人機(jī)接口電路主要用于運維工作，可以采集終端設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并將信息呈現(xiàn)在顯示終端上，如電流電壓、運行功率等。根據(jù)配電網(wǎng)運行安全管理標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定安全防護(hù)監(jiān)管閾值，通過將實時采集的數(shù)據(jù)與閾值數(shù)據(jù)對比分析，即可判定終端設(shè)備是否處在非正常運行狀態(tài)，并通過警報等形式呈現(xiàn)在顯示終端上，極大地提升了故障掌控速率。人機(jī)接口電路是各類終端互聯(lián)的重要元件，需要同時滿足當(dāng)下和未來配電網(wǎng)使用需求。

2.2.3 操作控制回路

饋線自動化終端中的重要一項就是操作控制回路，操作控制回路會直接影響配電網(wǎng)的自動化性能。操作控制回路可以同時實現(xiàn)自動化操控和人工操控兩種形式，通過操作控制回路工作人員可以及時掌握配網(wǎng)自動化運行參數(shù)信息，除了系統(tǒng)自動操控外，人工也可以更直接地找到操作開關(guān)接入口。

2.2.4 通信終端

通信終端負(fù)責(zé)整個自動化系統(tǒng)的信息傳輸，目前我國主流終端設(shè)備通信終端接口都是采用以太網(wǎng)連接模式，該模式下可以有效實現(xiàn)監(jiān)控單元、通信介質(zhì)間的信息傳遞實時性和有效性。

2.2.5 電源回路

電源回路負(fù)責(zé)為終端設(shè)備提供能源支持，作為配電自動化系統(tǒng)的核心終端，科學(xué)適配電源回路是需要重點考慮的問題。大體上可以分為兩種電源回路，即開關(guān)電源供電、線性電源供電。

2.3 配電自動化終端設(shè)備種類

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，配電系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，如今可選用的自動化終端設(shè)備種類越來越多，主流配電自動化終端設(shè)備包括TTU、FTU、DTU 三個類型。TTU 是指配電變壓器監(jiān)測終端，主要負(fù)責(zé)采集配電變壓器運行參數(shù)，并且可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控的功能。在實際投入使用中，TTU 由于是采用“一對多”的形式（面向多用戶），因此技術(shù)要求更高，需要確保大量信息數(shù)據(jù)的通訊需求，同時要配備相應(yīng)的諧波檢測和過濾裝置。FTU是指配電開關(guān)監(jiān)控終端，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、故障檢測等功能，并且FTU 設(shè)備精細(xì)化程度高、數(shù)據(jù)多、體積小，在環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。DTU 是指終端單元，具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、通信距離長等優(yōu)勢，可實現(xiàn)饋電主站、配電系統(tǒng)的連接，為配電所平穩(wěn)運營提供強(qiáng)有力的支持。

3 配電自動化終端設(shè)備在電力配網(wǎng)自動化的應(yīng)用

3.1 饋線自動化“三遙”終端配置

配電自動化“三遙”是指電力系統(tǒng)中的遙測、遙控、遙信三個方面。其中，遙測是指利用傳感器、感應(yīng)裝置等設(shè)備，遠(yuǎn)程實時監(jiān)控配電網(wǎng)電壓電流、功率因數(shù)、電量等數(shù)據(jù)信息，同時負(fù)責(zé)對這些信息的采集、處理、傳輸；遙控是指在配電網(wǎng)中借助遙控觸發(fā)器、開關(guān)等控制裝置，借助終端設(shè)備實現(xiàn)不同位置設(shè)備的遠(yuǎn)程控制與操作；遙信是指借助遙感裝置，將配電網(wǎng)運行狀態(tài)、變化數(shù)據(jù)上傳到終端設(shè)備中，從而實現(xiàn)故障隔離、報警等功能［3］。不同區(qū)域的“三遙”終端配置標(biāo)準(zhǔn)也有所差異，如表1所示。

表1 “三遙”終端配置標(biāo)準(zhǔn)

“三遙”終端配置實現(xiàn)了配電網(wǎng)自動化監(jiān)控、控制、保護(hù)，極大的提升了配電系統(tǒng)運行安全性、效率性。同時，借助“三遙”終端設(shè)備可以實現(xiàn)配電網(wǎng)全過程智能化管理，有效減少人為誤操作或信息傳遞延遲帶來的問題。并且“三遙”終端配置可以實現(xiàn)電源監(jiān)測以及一體化遠(yuǎn)程調(diào)控，能源使用率有效得到提升。

3.2 配電系統(tǒng)自動化故障檢測

配電自動化系統(tǒng)中可應(yīng)用多種故障檢測方案，主流包括短路故障檢測、單相接地故障檢測。短路故障檢測主要針對饋線自動化系統(tǒng)檢測（包括饋線系統(tǒng)所有終端），通過獲取終端運行數(shù)據(jù)并分析判定是否存在故障或故障隱患，將分析結(jié)果上傳給配網(wǎng)自動化主站，根據(jù)所獲取的信息與設(shè)定閾值對比，判定故障所處區(qū)段范圍和故障情況，同時系統(tǒng)會自動提出故障解決措施。單相接地故障中，系統(tǒng)會通過安全防護(hù)系統(tǒng)在短時間內(nèi)（通常為2h）暫時維持供電功能，在此期間系統(tǒng)自主修復(fù)故障，如果修復(fù)失敗則在主站顯示屏上提示故障信息，可派專人到現(xiàn)場進(jìn)行維修，維持供電期間修復(fù)完畢則后續(xù)無需斷電［3］。單相接地通常不會產(chǎn)生很大的電流，接地電弧可自行熄滅，因此一般情況下系統(tǒng)可以自動修復(fù)故障。但也要對單相接地問題進(jìn)行優(yōu)化，如進(jìn)一步優(yōu)化電路檢測系統(tǒng)從而降低單相接地故障概率。

3.3 配電自動化終端通信

通信系統(tǒng)作為配電自動化系統(tǒng)各層級的連接模塊，是實現(xiàn)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能的核心，通信性能決定了整個系統(tǒng)的響應(yīng)功能。目前相當(dāng)一部分配電自動化通信終端都具有分散、多點、單點通信量少等問題，針對這一點可以通過優(yōu)化通道結(jié)構(gòu)的方式得以解決，如通過增加配電子站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)強(qiáng)化區(qū)域集結(jié)層功能［4］。配電子站除了可以發(fā)送本站數(shù)據(jù)，還可以發(fā)送周圍區(qū)域配電終端數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)多終端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化功能，并且可以根據(jù)實際需求增減配電子站。

在通信系統(tǒng)中，由主站通道、陪配電子站通道連接成通信主干通道，為了保證信息收發(fā)的實時性，可采用SDH 光纖網(wǎng)絡(luò)搭建通道。配電終端、配電子站組建成分支通道，考慮到分支通道信息承載需求量不高，因此可以采用有線通信作為連接通道，如現(xiàn)場總線、配電載波等。而針對FTU 這種對通信質(zhì)量要求較高的情況，則采用光纖以太網(wǎng)提高通信通道的可靠性。隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，如今可選用的光纖技術(shù)也呈多樣化發(fā)展，通信終端購買和應(yīng)用成本也隨之降低，所以在條件允許下分支通道建議同樣選用光纖網(wǎng)絡(luò)通信通道。大型開閉所由于通信數(shù)據(jù)量非常龐大，對此可以將DTU 接入到SDH 光纖通道中，通過與主站接口連接實現(xiàn)相應(yīng)的通信功能。我國主流配電終端接口為RS-232 通信接口，可以實現(xiàn)終端、通信通道的有效連接。在信息承載量不大的情況下，配電終端、配電子站通信采用“一對多”配置方案，這樣信息傳遞和查詢可以有效節(jié)省時間，并且實現(xiàn)成本得到控制。

3.4 開閉所故障自動隔離

開閉所可以有效提升配電網(wǎng)系統(tǒng)的運行可靠性，加強(qiáng)不同電源間的聯(lián)絡(luò)。進(jìn)線端使用斷路器以及相關(guān)保護(hù)裝置，并在出線側(cè)安裝負(fù)荷開關(guān)。由DTU 負(fù)責(zé)出現(xiàn)開關(guān)的安全監(jiān)測，第一時間發(fā)現(xiàn)開關(guān)拒動、誤動等故障情況，并上報相應(yīng)的故障信息［5］。在開閉所故障處理中，借助DTU 系統(tǒng)中PLC 對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，如果自行無法處理則向主站提供處理方案。電源進(jìn)線故障處理有兩個處理方案：（1）如果某個點存在故障，則系統(tǒng)（斷路器）會自動開啟保護(hù)動作。進(jìn)線斷路器檢測到失壓后跳開問題，則系統(tǒng)會自動調(diào)用備用電源，合上開關(guān)恢復(fù)正常供電功能。（2）某個點出現(xiàn)故障，則斷路器自動跳開，RTU 系統(tǒng)獲取故障信息并分析，判定故障線路，借助遙控系統(tǒng)打開開關(guān)，讓斷路器合閘，這樣非故障線路即可正常運行。

4 結(jié)束語

綜上所述，如今配電自動化終端設(shè)備已經(jīng)成為電力配網(wǎng)系統(tǒng)化系統(tǒng)的重要組成部分，目前市場所推出的新型自動化終端設(shè)備層出不窮，對自動化終端設(shè)備合理配置有助于進(jìn)一步強(qiáng)化電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)性能，提升配電系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性，有效減少后期運維中人、財、物等資源投入。未來，隨著配電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，所應(yīng)用的自動化終端設(shè)備也會增多，通過投入先進(jìn)終端設(shè)備不斷強(qiáng)化配電網(wǎng)自動化性能，有助于實現(xiàn)配電網(wǎng)長期發(fā)展目標(biāo)。