配電自動化終端設備在電力配網(wǎng)自動化的運用

潘照鵬

（國網(wǎng)渭南供電公司，陜西 渭南 714000）

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平日益提高，對電能供應的可靠性需求也越來越高，傳統(tǒng)的人工運維模式已不能滿足現(xiàn)代社會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。因此，推進電力配網(wǎng)向智能化、數(shù)字化發(fā)展已成為必然。配電自動化終端設備是實現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化管理的重要工具。其能夠?qū)崟r采集、處理、分析各類數(shù)據(jù)信息，快速診斷、定位故障問題，并進行修復。此外，該設備可以監(jiān)測和控制電網(wǎng)運行狀態(tài)，提升供電系統(tǒng)運行的可靠性，具有較好的應用價值。

1 配電自動化終端設備在電力配網(wǎng)自動化的運用價值

1.1 提升供電可靠性

配電自動化終端設備可以實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行情況，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理故障問題。該設備具備故障診斷、故障定位、故障修復功能，能夠大幅縮短停電時間，提升供電可靠性。當出現(xiàn)故障或異常情況時，終端設備可以迅速報警并采取相應措施，確保供電系統(tǒng)能夠及時響應和處理問題[1]。

此外，配電自動化終端設備可以實時監(jiān)測和管理負荷，并根據(jù)負荷情況合理分配供電資源，避免系統(tǒng)過載或不平衡，從而降低停電風險。配電自動化終端設備通過精確控制和調(diào)節(jié)供電狀態(tài)，提升了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 提升系統(tǒng)安全性

配電自動化終端設備具有智能保護功能，可以判斷異常情況，并根據(jù)預設的保護策略采取相應措施。該設備能夠?qū)崟r監(jiān)測線路負荷、溫度等參數(shù)，若參數(shù)異常，會及時報警或主動斷開故障部分，避免事故進一步擴大。

借助配電自動化終端設備的智能保護功能，可以有效預防和避免電力系統(tǒng)發(fā)生短路、過載、漏電等問題。同時，終端設備能夠記錄和分析歷史數(shù)據(jù)，為事后的故障排查和系統(tǒng)優(yōu)化提供有力支持[2]。

1.3 降低運維的成本

傳統(tǒng)的人工巡檢需要投入大量的人力物力，且容易出現(xiàn)疏漏和延誤。而配電自動化終端設備可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理，減少人員巡檢頻次，從而降低員工的工作強度和運維成本。

借助配電自動化終端設備的遠程監(jiān)控功能，運維人員可以實時獲取各個節(jié)點的運行狀態(tài)和參數(shù)信息，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。此外，終端設備可以進行遠程操作和設置，降低人力資源投入和巡檢成本，提高運維效率。

2 配電自動化終端設備的組成分析

2.1 智能保護裝置

智能保護裝置是配電自動化終端設備中重要的組成部分之一，具有故障檢測、故障定位、故障隔離等功能，能夠快速響應和處理異常情況，從而確保配電網(wǎng)的安全運行。而配電自動化終端設備作為電力系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，不僅能傳輸和分配電能，還具備監(jiān)控、控制、保護電力系統(tǒng)的能力[3]。

智能保護裝置通過使用先進的技術和算法，可以實時監(jiān)測電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況，并進行快速準確地故障檢測、定位及隔離。其通過與其他設備進行通信和數(shù)據(jù)交換來獲取實時數(shù)據(jù)，并進行分析處理，實現(xiàn)對異常情況的有效響應和妥善處理。

在故障檢測方面，智能保護裝置可以通過監(jiān)測電流、電壓及功率等關鍵參數(shù)，判斷電力系統(tǒng)是否存在故障問題。一旦檢測到異常，智能保護裝置會立即發(fā)出警報，并將相關信息發(fā)送給運維人員，以便他們能夠及時采取措施進行故障處理和修復。在故障隔離方面，智能保護裝置能夠根據(jù)實時數(shù)據(jù)和預設規(guī)則，自動切除受影響的電路或設備，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.2 數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)采集單元的重要性主要體現(xiàn)在4 個方面。首先，數(shù)據(jù)采集單元利用各類傳感器來獲取不同類型的電力參數(shù)，如電流、電壓、功率因數(shù)等，為后續(xù)的電力分析和監(jiān)控提供準確的基礎數(shù)據(jù)。其次，數(shù)據(jù)采集單元能夠?qū)崟r檢測并記錄各個配電設備的運行狀態(tài)，包括開關狀態(tài)、溫度變化等，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障或異常情況。再次，數(shù)據(jù)采集單元能夠自動識別并修復傳輸中的錯誤，確保傳輸數(shù)據(jù)不會因噪聲或干擾而失真或丟失。最后，數(shù)據(jù)采集單元通過專用協(xié)議將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給上級監(jiān)控系統(tǒng)，如Modbus、分布式網(wǎng)絡協(xié)議3（Distributed Network Protocol 3，DNP3）等。通過使用這些協(xié)議，數(shù)據(jù)采集單元能夠與上級監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)可靠通信，及時將采集到的數(shù)據(jù)提供給監(jiān)控系統(tǒng)，順利完成數(shù)據(jù)分析，并做出正確決策[4]。

2.3 通信模塊

在配電自動化終端設備中，通信模塊是實現(xiàn)與上級監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換和通信的關鍵環(huán)節(jié)。其通過建立有線或無線連接方式，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程操作等一系列功能。

為滿足不同應用場景的通信需求，配電自動化終端設備中的通信模塊可以采用有線或無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸。其中。有線通信方式主要包括以太網(wǎng)、串口等；無線通信方式則包括蜂窩網(wǎng)絡（如4G、5G）、Wi-Fi、藍牙等。通過這些通信方式，配電自動化終端設備可以與上級監(jiān)控系統(tǒng)建立穩(wěn)定的連接，并實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作等功能。在實際應用中，通信模塊還具備數(shù)據(jù)壓縮和加密等功能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院桶踩浴?/p>

3 配電自動化終端設備在電力配網(wǎng)自動化的運用

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3 個方面[5]。其中，遙測是指利用傳感器、感應裝置等設備，遠程實時監(jiān)控、采集、處理及傳輸配電網(wǎng)電壓、電流、功率因數(shù)以及電量等數(shù)據(jù)信息；遙控是指在配電網(wǎng)中借助遙控觸發(fā)器、開關等控制裝置，借助終端設備實現(xiàn)對不同位置設備的遠程控制與操作；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)上傳至終端設備，從而實現(xiàn)故障隔離、報警等功能。不同區(qū)域的“三遙”終端配置標準有所差異，具體如表1 所示。

表1 “三遙”終端配置標準

“三遙”終端配置不僅實現(xiàn)了對配電網(wǎng)的自動化監(jiān)控、控制、保護，還極大地提升了配電系統(tǒng)運行的安全性、效率。同時，借助“三遙”終端設備，可以智能化管理配電網(wǎng)的全過程，從而有效減少因人為誤操作或信息傳遞延遲而引發(fā)的問題。此外，“三遙”終端配置可以實現(xiàn)電源監(jiān)測和一體化遠程調(diào)控，有效提高能源使用率。

3.2 配電系統(tǒng)自動化故障檢測

配電自動化系統(tǒng)中可應用多種故障檢測方案，如短路故障檢測、單相接地故障檢測等。

短路故障檢測主要針對饋線自動化系統(tǒng)檢測工作，涵蓋饋線系統(tǒng)的所有終端。第一，獲取終端運行數(shù)據(jù)，并進行深入分析，從而判斷系統(tǒng)是否存在故障或潛在的故障隱患。第二，將分析結果上傳至配網(wǎng)自動化主站。主站根據(jù)獲取的信息與設定閾值進行對比，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。

當配電自動化系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，安全防護系統(tǒng)會在短時間內(nèi)（通常為2 h）維持供電功能，確保電力供應不受影響。在此期間，系統(tǒng)會嘗試自主修復故障。如果修復失敗，主站顯示屏會顯示故障信息，可派專人到現(xiàn)場進行維修。如果維持供電期間成功修復故障，則無須進行斷電[6]。

3.3 配電自動化終端通信

在通信系統(tǒng)中，通信主干通道主要由主站通道、配電子站通道連接而成。為確保信息收發(fā)的實時性，可采用同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）光纖網(wǎng)絡搭建通道。配電終端和配電子站組成分支通道，由于分支通道的信息承載需求量不高，選擇有線通信作為連接通道，如現(xiàn)場總線、配電載波等。而針對饋線終端單元（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）這種對通信質(zhì)量要求較高的應用場景，采用光纖以太網(wǎng)技術來提高通信通道的可靠性，確保數(shù)據(jù)的準確傳輸和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

隨著光纖技術的不斷發(fā)展，可選用的光纖技術種類愈發(fā)豐富，通信終端購買和應用成本逐漸降低。因此，在條件允許的情況下，建議分支通道同樣選用光纖網(wǎng)絡通信通道。對于大型開閉這種通信數(shù)據(jù)量非常龐大的應用場景，可以將配電終端單元接入SDH光纖通道，通過與主站接口連接實現(xiàn)相應的通信功能，以滿足其高效、穩(wěn)定的通信需求。

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，加強不同電源之間的聯(lián)絡。進線端使用斷路器和相關保護裝置，并在出線側安裝負荷開關。配電終端單元負責開關的安全監(jiān)測，第一時間發(fā)現(xiàn)開關拒動、誤動等故障情況，并上報相應的故障信息。

在開閉所故障處理中，借助配電終端單元系統(tǒng)中的可編程邏輯控制器（Programmable logic Controller，PLC）完成故障數(shù)據(jù)分析、處理。如果PLC 無法自行解決故障，則向主站提供處理方案，以便及時有效地解決故障問題。電源進線故障處理有兩種處理方案。第一種，當某個點存在故障時，系統(tǒng)會自動啟動保護動作。如果進線斷路器檢測到失壓并跳開，系統(tǒng)會自動切換至備用電源，并合上開關，以恢復正常供電功能。第二種，當某個點出現(xiàn)故障時，斷路器會自動跳開。此時，遠程終端控制系統(tǒng)（Remote Terminal Unit，RTU）會獲取并分析故障信息，確定故障線路，并借助遙控系統(tǒng)打開開關，使斷路器合閘，這樣非故障線路即可正常運行。

4 結 論

配電自動化終端設備已經(jīng)成為電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的重要組成部分。目前市場上推出的新型自動化終端設備種類繁多，但性能參差不齊。因此，合理配置自動化終端設備有助于進一步強化電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的性能，提升配電系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟性、安全性，減少后期運維過程中的人力、財力、物力等資源的投入。未來，隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，應用的自動化終端設備也將不斷增加，需要投入先進的終端設備，不斷強化配電網(wǎng)的自動化性能，以實現(xiàn)配電網(wǎng)長期發(fā)展目標。