配電自動化終端標準化即插即維護技術研究與應用

國網重慶市區供電公司 肖智超 國網重慶市區供電公司 周 斌

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

1 技術現狀

近年來智能配電網與物聯網的概念不斷升溫，許多與智能配電網相融合的新技術也不斷被提出，其中包括面向智能配電網的物聯網技術的問世等。智能配電網與物聯網的融合作為一種具有極高戰略意義的新型產業技術被世界各國高度重視，我國也將物聯網、智能配電網列為國家戰略，并全面部署了眾多重大科技項目、示范工程的建設。

智能配電網的物聯網技術首要解決問題是實現電力設備狀態在線監測，這是配電網智能化的關鍵一步。利用物聯網技術可實現對智能配電設備的特征量監測，并利用一次設備狀態監測與故障分析系統預先判定一次設備的故障征兆，然后由人工根據診斷結果制定檢修計劃，以便在設備發生故障前就能及時排除隱患，提高設備運行的經濟性和穩定性。通過狀態監測技術的實施，為后期變電站狀態監測改造及狀態檢修的全面開展積累經驗，再逐步探索先進的狀態檢修管理模式，并通過管理模式的不斷完善最終建立科學的狀態檢修管理體系。

2 配電自動化終端標準化即插即維護技術研究

要提升配電自動化設備運行維護水平，解決終端通信規約版本眾多、兼容性差、運維工作繁雜等問題，主要從兩方面著手：通信規約標準化，解決兼容性問題；采用即插即用技術。通信連接后配電終端注冊及配置信息動匹配，減少人為設備信息管理方面的操作，使維護工具自動適應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網化試點項目正在有序地開展，物聯網化配電終端主要采用的技術方案有MQTT 通信+profile的組合方式來實現低壓設備的信息與配電主站系統交互，也就是基于物聯網技術解決配電設備即插即用的問題。如果全部升級使用物聯網的MQTT 通信+profile的組合方案，從現實角度來講短時內還不可行，短期內主站系統也不支持相應的升級工作。目前各設備生產廠家都具有自己的終端維護軟件，主要支持電力101、104協議進行終端維護，所以在101、104標準協議基礎上，通過標準化的定義實現配電自動化終端標準化即插即維護，是一個比較現實可行的方案。

2.1 采用IEC-101/104協議方案優點

IEC-101/104協議作為電力系統標準的通信協議在我國應用多年，目前掛網運行的配電自動化終端基本上采用電力101、104協議與配電主站進行數據信息交互，相對而言標準應用成熟，標準化程度高。采用該協議實現標準化即插即維護功能，在網運行的自動化終端都支持現有國家電網成熟的標準化協議及其它實施細則，配電終端升級或改造難度小，開發工作量小，成本低，阻力小，比較容易實現。國家電網2016年發布了最新的101/104協議實施細則，已對配電終端參數及定值有規范化的定義，主要適用現場維護使用的需求，但各終端廠家仍然有部分自定義的參數不是標準化的參數表中，可以說這為標準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，配電終端標準化即插即維護工具軟件，可選擇101、104協議作為標準的通信協議，只要添加合理的配置信息交互方式實現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標準相對比較復雜，在配電領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標準文件，標準化101/104協議定義的配置數據xml 文件模型相對較為簡單，比較容易實現及推廣。支持配置信息注冊、自動匹配功能的標準化101/104協議+xml 文件與目前物聯網采用的MQTT 協議+profile的組合有異曲同工之處，不但可支持現有的主站系統且很容易升級，只需增加一個標準的轉換模塊，將現在的101/104協議轉成MQTT 通信，將有的XML 配置文件轉成標準的Profile 文件，即可支持后續配電物聯網接入改造。該方案不但可降低成本，還可分階段實施滿足不同地區需求。

2.2 在國家電網標準化協議基礎上添加內容

為支持各廠家自定義的參數，標準化維護工作可支持各廠家自定義的參數表或參數文件，通過統一的方式進行配置維護，主要在國家電網標準化協議基礎上添加以下內容：

配置信息注冊、自動匹配過程依次為：讀固有終端標準參數；TI=202，COT=6；參數讀取確認；TI=202，COT=7；讀取整定值結束；召喚文件目錄；TI=210，COT=6，操作標識=1；參數讀取確認；TI=210，COT=7，操作標識=2；召喚文件目錄結束；讀文件激活；TI=210，COT=6，操作標識=3；讀文件激活確認；TI=210，COT=7，操作標識=4；TI=210，COT=5，操作標識=5；讀文件數據傳輸；TI=210，COT=5，操作標識=5；讀文件數據傳輸；TI=210，COT=5，操作標識=5；讀文件數據確認；TI=210，COT=5，操作標識=6。

以上過程參考：配電自動化系統應用DL/T634.5101-2002實施細則（試行）；配電自動化系統應用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。讀取固有的終端標準參數，主要用于與配置文件信息對應（表1），配置數據文件名全部采用字符串進行標識，每種類型文件擁有唯一的名稱標識（表2）。下面主要列出遙信及參數配置文件格式，其它配置文件格式就不全部列出。

相比配電終端物聯網化采用的MQTT 通信+profile 方式，采用本技術方案支持國家電網現有成熟的協議體系，終端升級或改造難度小，開發工作量小，成本低，比較容易實現，但101/104協議比MQTT 通信在文件讀取速率上相對較為遜色，標準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信息，如果參數數據與終端保存的數據能夠完全匹配，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 終端固有參數信息體地址分配表

表2 文件傳輸類型及目錄/文件命名規范表

圖1 遙信量配置文件內容及格式

圖2 參數配置文件內容及格式

配電終端標準即插即維護技術的原理：通過配電終端通信協議及維護參數研究，制定出統一的、開放的標準通信協議規范以及終端關鍵參數的維護原則。通過靈活的計算機數據生成及顯示技術，達到配電自動化終端維護統一化、規范化、標準化的目的。然后在標準規范的約束下開發出標準化的參數配置工具軟件，通過即插即用技術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，實現不同廠家、不同類型配電終端現場維護工作的標準化統一維護，從而提升配電自動化應用維護水平。

3 應用設計方案

3.1 功能介紹

配電終端通用維護軟件設計是為適用于國內主要配電終端生產廠家的DTU系列、FTU系列、故障指示器系列等配電終端進行三遙數據采集、關鍵參數配置、常規數據讀取等功能，主要在配電終端現場維護調試，供電公司日常維護過程中使用。軟件要求操作方便、運行穩定可靠、還具有避免維護人員設置參數時出錯的功能。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、實時數據采集、參數、定值配置、歷史數據讀取/存儲等功能。

系統管理：主要是軟件使用后的安全退出操作，為以后的系統管理擴展預留；終端管理：主要對所測試的FDR、RTU 類型的終端進行管理，自動讀取或設置各終端的相關維護配置數據信息。維護軟件與終端通訊聯接后對終端配置參數驗證，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101/104通訊規約，能與多個監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置進行管理以保證各站點正常通訊；終端參數設置：配電終端通用維護軟件具有對一體化遙控終端單元的內部參數進行設置的功能，在系統需要的情況下對DTU、FDR的參數進行修改，保證終端正常運行。

實時數據監控：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據實時采集、分析、顯示，使操作人員實時了解配電網運行情況，及早對可能發生的異常情況提示處理，保證電網正常有效的運行；歷史數據管理：軟件具有讀取、分析、存儲系統歷史數據的功能。根據配電網自動化系統的特點，要求一體化遙控終端單元本身存儲一定量的歷史數據，中心監控計算機就不必存儲大量的數據，保證系統穩定、快速的運行。當操作人員需察看歷史數據時可直接從監控終端中直接讀取；數據庫維護功能：軟件除了具有實時數據，還具有一定量的歷史數據，當系統需要時可對實時數據的一些參數進行修改。

3.2 系統整體架構

整個維護工具軟件主要分為四大功能模塊：應用服務功能模塊、公用組件模塊、數據管理模塊、通訊模塊。公用組件模塊主要是出于設計層次結構考慮，將應用服務功能的公用資源抽象化、組件化，減少軟件開發維護成本；數據管理模塊主要實現維護軟件各種數據、文件的定義、管理，是軟件應用服務功能的數據基礎，也是系統各主要功能模塊的主要接口定義；通訊管理模塊主要實現軟件的通信服務功能，包括各通信通道的控制，通信協議及報文的處理，通信數據分析、加密等。