配电自动化终端设备在电力配网自动化的运用分析

武 林

（国网新疆电力有限公司乌恰县供电公司）

0 引言

电力配网建设中自动化终端设备应用愈加广泛，借助配电自动化终端设备可以实现电力系统的远程操控和实时监控，终端设备是实现电力配网自动化的基础，科学配置自动化终端设备有助于电网自动化持续升级。积极投入配电自动化终端设备能有效提升电网运作效率、提升经营效益，还可以远程排除故障、标定电力故障，让后期运维检修更加便捷，强化继电保护效应。配电自动化终端设备设计与应用中，应按需选择终端设备及其组件，明确故障检测、自动隔离保护等技术指标，设定安全的终端设备安全运行阈值，自动调整电力设备运行参数，保持系统运行稳定性和安全性。

1 电力配网自动化概论

电力配网自动化是指借助信息技术、通信技术、自动化控制技术等，以配电网自动化系统为核心，自动、实时获取配网的数据信息，从而有效对配电网的自动化监控、保护、控制［1］。

如图1 所示，配电自动化系统分为总控制中心层、子控制中心层、区域集结层、设备层。设备层和区域集结层是实现电力配网自动化的基础，通过TTU、FTU、DTU 和通信系统系统可以对配电网进行全天候实时监控，有助于工作人员对配电网的统一管理。自动化系统可以第一时间找出配电网的隐藏故障、故障点，自动切断故障区域供电，并且保证非故障区域不受或较少受到负面影响，最大程度上降低故障影响范围。对于硬件故障问题，工作人员可以根据自动化系统提示快速进行抢修，缩短配电网故障运行时间，及时恢复配电网功能，从而保障整体供电的平稳性。

图1 配电自动化系统结构

2 配电自动化终端设备相关阐述

2.1 配电自动化终端设备概述

配电自动化终端设备主要应用于配电系统当中，更是配网自动化系统建设中不可或缺的设备种类。终端设备特性、功能会直接影响配网自动化系统运行性能和相关功能。正确应用自动化终端设备可以实时监控开闭所、分段开关、配电变压器、条路调压器等，还可以保持与主站的实时通信，主站可为供配电终端设备运行提供数据支持，结合主站下达的运行指令调节配网设备。整体来看，主流的配电自动化终端设备可以分为馈线终端、配变终端、站所终端三个大类。

2.2 配电自动化终端设备主要组成部分

2.2.1 中心监控单元

配电自动化终端设备自身就配有一套自动化系统，其中，中心监控单元作为设备的核心单元，是由监控系统、配网操作系统共同组成。中心监控单元可以实现故障检测、故障诊断功能，如果检测到配电网运行中出现故障或可能出现故障，可以第一时间检测到故障分布范围、故障类型、故障影响程度［2］。同时，中心监控单元还具备远程通信、输入模拟量等功能。如今，中心监控单元多采用模块化设计方案，结合通信系统、输入输出接口从而满足配网自动化需求。

2.2.2 人机接口电路

人机接口电路主要用于运维工作，可以采集终端设备数据信息，并将信息呈现在显示终端上，如电流电压、运行功率等。根据配电网运行安全管理标准，设定安全防护监管阈值，通过将实时采集的数据与阈值数据对比分析，即可判定终端设备是否处在非正常运行状态，并通过警报等形式呈现在显示终端上，极大地提升了故障掌控速率。人机接口电路是各类终端互联的重要元件，需要同时满足当下和未来配电网使用需求。

2.2.3 操作控制回路

馈线自动化终端中的重要一项就是操作控制回路，操作控制回路会直接影响配电网的自动化性能。操作控制回路可以同时实现自动化操控和人工操控两种形式，通过操作控制回路工作人员可以及时掌握配网自动化运行参数信息，除了系统自动操控外，人工也可以更直接地找到操作开关接入口。

2.2.4 通信终端

通信终端负责整个自动化系统的信息传输，目前我国主流终端设备通信终端接口都是采用以太网连接模式，该模式下可以有效实现监控单元、通信介质间的信息传递实时性和有效性。

2.2.5 电源回路

电源回路负责为终端设备提供能源支持，作为配电自动化系统的核心终端，科学适配电源回路是需要重点考虑的问题。大体上可以分为两种电源回路，即开关电源供电、线性电源供电。

2.3 配电自动化终端设备种类

随着科学技术不断发展，配电系统规模不断增大，如今可选用的自动化终端设备种类越来越多，主流配电自动化终端设备包括TTU、FTU、DTU 三个类型。TTU 是指配电变压器监测终端，主要负责采集配电变压器运行参数，并且可以实现远程操控的功能。在实际投入使用中，TTU 由于是采用“一对多”的形式（面向多用户），因此技术要求更高，需要确保大量信息数据的通讯需求，同时要配备相应的谐波检测和过滤装置。FTU是指配电开关监控终端，可以实现远程遥控、故障检测等功能，并且FTU 设备精细化程度高、数据多、体积小，在环网柜监控领域应用十分广泛。DTU 是指终端单元，具有环境适应性强、通信距离长等优势，可实现馈电主站、配电系统的连接，为配电所平稳运营提供强有力的支持。

3 配电自动化终端设备在电力配网自动化的应用

3.1 馈线自动化“三遥”终端配置

配电自动化“三遥”是指电力系统中的遥测、遥控、遥信三个方面。其中，遥测是指利用传感器、感应装置等设备，远程实时监控配电网电压电流、功率因数、电量等数据信息，同时负责对这些信息的采集、处理、传输；遥控是指在配电网中借助遥控触发器、开关等控制装置，借助终端设备实现不同位置设备的远程控制与操作；遥信是指借助遥感装置，将配电网运行状态、变化数据上传到终端设备中，从而实现故障隔离、报警等功能［3］。不同区域的“三遥”终端配置标准也有所差异，如表1所示。

表1 “三遥”终端配置标准

“三遥”终端配置实现了配电网自动化监控、控制、保护，极大的提升了配电系统运行安全性、效率性。同时，借助“三遥”终端设备可以实现配电网全过程智能化管理，有效减少人为误操作或信息传递延迟带来的问题。并且“三遥”终端配置可以实现电源监测以及一体化远程调控，能源使用率有效得到提升。

3.2 配电系统自动化故障检测

配电自动化系统中可应用多种故障检测方案，主流包括短路故障检测、单相接地故障检测。短路故障检测主要针对馈线自动化系统检测（包括馈线系统所有终端），通过获取终端运行数据并分析判定是否存在故障或故障隐患，将分析结果上传给配网自动化主站，根据所获取的信息与设定阈值对比，判定故障所处区段范围和故障情况，同时系统会自动提出故障解决措施。单相接地故障中，系统会通过安全防护系统在短时间内（通常为2h）暂时维持供电功能，在此期间系统自主修复故障，如果修复失败则在主站显示屏上提示故障信息，可派专人到现场进行维修，维持供电期间修复完毕则后续无需断电［3］。单相接地通常不会产生很大的电流，接地电弧可自行熄灭，因此一般情况下系统可以自动修复故障。但也要对单相接地问题进行优化，如进一步优化电路检测系统从而降低单相接地故障概率。

3.3 配电自动化终端通信

通信系统作为配电自动化系统各层级的连接模块，是实现配网自动化系统功能的核心，通信性能决定了整个系统的响应功能。目前相当一部分配电自动化通信终端都具有分散、多点、单点通信量少等问题，针对这一点可以通过优化通道结构的方式得以解决，如通过增加配电子站转发数据强化区域集结层功能［4］。配电子站除了可以发送本站数据，还可以发送周围区域配电终端数据信息，实现多终端数据转化功能，并且可以根据实际需求增减配电子站。

在通信系统中，由主站通道、陪配电子站通道连接成通信主干通道，为了保证信息收发的实时性，可采用SDH 光纤网络搭建通道。配电终端、配电子站组建成分支通道，考虑到分支通道信息承载需求量不高，因此可以采用有线通信作为连接通道，如现场总线、配电载波等。而针对FTU 这种对通信质量要求较高的情况，则采用光纤以太网提高通信通道的可靠性。随着光纤技术的不断发展，如今可选用的光纤技术也呈多样化发展，通信终端购买和应用成本也随之降低，所以在条件允许下分支通道建议同样选用光纤网络通信通道。大型开闭所由于通信数据量非常庞大，对此可以将DTU 接入到SDH 光纤通道中，通过与主站接口连接实现相应的通信功能。我国主流配电终端接口为RS-232 通信接口，可以实现终端、通信通道的有效连接。在信息承载量不大的情况下，配电终端、配电子站通信采用“一对多”配置方案，这样信息传递和查询可以有效节省时间，并且实现成本得到控制。

3.4 开闭所故障自动隔离

开闭所可以有效提升配电网系统的运行可靠性，加强不同电源间的联络。进线端使用断路器以及相关保护装置，并在出线侧安装负荷开关。由DTU 负责出现开关的安全监测，第一时间发现开关拒动、误动等故障情况，并上报相应的故障信息［5］。在开闭所故障处理中，借助DTU 系统中PLC 对故障数据进行分析、处理，如果自行无法处理则向主站提供处理方案。电源进线故障处理有两个处理方案：（1）如果某个点存在故障，则系统（断路器）会自动开启保护动作。进线断路器检测到失压后跳开问题，则系统会自动调用备用电源，合上开关恢复正常供电功能。（2）某个点出现故障，则断路器自动跳开，RTU 系统获取故障信息并分析，判定故障线路，借助遥控系统打开开关，让断路器合闸，这样非故障线路即可正常运行。

4 结束语

综上所述，如今配电自动化终端设备已经成为电力配网系统化系统的重要组成部分，目前市场所推出的新型自动化终端设备层出不穷，对自动化终端设备合理配置有助于进一步强化电力配网自动化系统性能，提升配电系统运行的可靠性、经济性、安全性，有效减少后期运维中人、财、物等资源投入。未来，随着配电网规模扩大，所应用的自动化终端设备也会增多，通过投入先进终端设备不断强化配电网自动化性能，有助于实现配电网长期发展目标。