配電所綜合自動化系統研究

摘 要：介紹了配電所綜合自動化系統特點和功能，探討了配電綜合自動化的各種應用模式特點，針對低電壓等級配電所的結構和實際情況，結合常規應用模式，提出一種面向低電壓等級的無人值守配電所綜合自動化系統結構，該控制系統兼具各家優點，又具有自己的特點。低電壓等級配電所實現綜合自動化系統對于提高供電質量及可靠性和經濟性等具有重要的現實意義。

關鍵詞：配電所；綜合自動化；監控

1 配電所綜合自動化系統的概述

1.1 配電所綜合自動化系統特點

配電所綜合自動化系統是將電力系統中110KV（35KV）/380V 終端用戶的二次設備經過功能的組合和優化設計，利用計算機技術、現代電子技術、通訊技術和信號處理技術，實現對全配電所的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、控制和微機保護，以及和遠方通信的綜合自動化功能系統。

配電所綜合自動化統具有功能綜合化、結構系統微機化、操作監視屏幕化和運行管理智能化等特點。它可通過采集配電網上的狀態量（如開關位置和保護動作情況等）和模擬量（如電壓、電流等）以及電度量，從而對配電網的運行狀況進行監視；也可通過遠程控制開關的合閘或跳閘以及有載調壓設備，以達到預期目的（如無功補償或負荷平衡），并可檢測和判斷故障的區域，并隔離故障區域，并恢復正常區域的供電。

與傳統配電所相比，配電所綜合自動化系統實現可進一步提高供電的可靠性和提高電壓質量及電壓合格率；減少了維護工作量和減少了誤操作可能性，進一步提高配電所的運行水平與管理水平；有效縮小配電所的占地面積，降低造價。

1.2 配電綜合自動化的技術和發展狀況

我國電力行業已經進行多年配電所綜合自動化系統領域的研究，其產品類型比較豐富，各種類型的產品的實現方式和結構有所不同，但都有各自的特點和適用范圍。就目前而言國內現有的配電所自動化系統結構形式主要有三種。

1.2.1 集中式結構形式：“集中”是指把采集、處理配電所數據，完成保護、監控任務等功能集合在一起。這樣使集中式的結構緊湊、體積小、造價低等，但功能過于集中，一旦出現故障，影響面也會增大，調試維護也不方便。目前較少采用，一般在一些老配電所的自動化改造項目中有所應用。

1.2.2 分層分布結構形式：“分層”是指配電所二次設備按功能分為單元層與配電所層。單元層包括各種保護、監控裝置，兩個層次之間通過現場總線或局域網交換信息；配電所層是負責當地監控及通信處理的上位機。“分布”是指將功能分布到不同的單元上去，保護單元是按一次設備設置的，而其他測量、控制、故障錄波等功能單元則是集中設置的。

1.2.3 分層分散式的結構形式：也簡稱分散系統，分散系統的單元層裝置面向安裝在高壓開關設備附近或戶內開關柜上的一次設備或電氣間隔設置，既可以是保護和測控功能合二為一的裝置，也可以是測控和繼電保護功能相對獨立的裝置。

目前國內外開發的配電系統基本都采用分散式結構，這種結構型式接線簡單，可顯著地節省二次電纜，并且便于維護與測試，可靠性高、組態靈活和檢修方便等優點。

2 配電所綜合自動化系統的總體設計

配電所是電力系統面向廣大用戶的一個重要環節，在電力系統中具有負荷回路多、性質復雜、高故障率等特點。隨著對供電可靠性和供電質量要求逐步地提高，電力系統實現運行、控制和管理綜合自動化勢在必行。目前國內配電網綜合自動化主要著眼于在中高壓（35KV 以上）電壓等級研究，并已開始轉向實用化。低電壓等級配電所（10KV）多處于送電終端，事故影響面較小。目前這類配電所的綜合自動化發展相對緩慢，當配電線路由于某種原因跳閘時，運行人員一般通過用戶反映或定期巡檢才能了解情況，又由于城市低壓配電所的地理環境復雜，給快速排除故障增加難度，比較容易造成事故進一步擴大，不利于設備的安全運行，難以保證供電可靠性。

因此為彌補低壓配電所自動化綜合系統開發的不足，開發出一套相應的低壓配電所綜合自動化系統，能及時提供相關信息，便于發現處理故障，減小故障影響，從而有效地提高城市低壓電網的安全運行水平和供電的可靠性及經濟性。該系統還可利用多種通訊方式將多個配電所組合成一個大的監控群，在集控中心實現對多個配電所的遙信、遙測和遙控。

在研究配電所綜合自動化系統三種結構形式的特點和適用領域的基礎上，并結合我國的經濟現狀，研究設計出一種面向無人值守的低壓配電自動化綜合系統，其結構形式如圖1所示。

設備層的各種設備將各自的狀態量、電量通過電纜送到高壓室中，作為單元層數據采集設備的輸入信號。單元層數據采集設備將其采樣信息處理后傳給配電所層的保護與控制主機，為進一步提高了系統可靠性，保護與控制主機配以雙機備份。保護與控制主機在需要保護的時候可經邏輯判斷和故障處理后，將斷路器跳閘或合閘信號發送給設備層，實現對斷路器等設備的自動控制。保護與控制主機還負責與遠方的集控中心聯系。配電所層監控主機和單元層設備之間的數據通信通過CAN 現場總線或光纖的完成的。

3 配電所綜合自動化系統的基本構成

3.1 單元層

單元層主要是各種控制、測量、通訊和保護等功能的設備。系統單元層中DSP控制器或者單片機實現數據及狀態的采集，然后對所采集的模擬量進行運算，再將運算后的數據上傳給保護與控制主機，可大大減少數據通訊量。PLC 實現CT、PT、斷路器、隔離開關等開關量的采集，然后傳給保護與控制主機，保護與控制主機的邏輯編程在需要保護時經邏輯判斷和故障處理后，將控制斷路器跳、合閘等信號發給設備層而實現對配電所設備層的控制。通訊管理單元主要實現各種電氣回路的數據上傳、通訊管理、同時也通過通訊接口和其他系統接口，實現資源共享。配電所綜合自動化系統站內通訊網采用CAN總線，CAN總線具有高可靠性和完全的開放性，同時支持分布式控制與實時控制。

3.2 配電所層

系統配電所層主要設備是保護與控制主機，通過保護與控制主機完成對各DSP控制器或PLC及單片機管理、通信及控制。保護與控制主機通過CAN 總線，接受下方PLC 和通信管理單元送來的數據和開關狀態信息，當故障發生，需要采取保護措施時經邏輯判斷后將相應的故障處理信息發給設備層，實現對配電所設備層的控制。保護與控制主機與遠方集控中心的監控主機進行通訊聯系，在上傳信息同時也接受其發來的命令。

該系統是面向無人值守的配電所，保護與控制主機的人機聯系功能是在遠方集控中心通過網絡完成。保護與控制主機平時是以黑匣子形式運行，當進行現場維護和巡回檢測時，工作人員可利用相應的數據接口瀏覽配電所內各種數據和狀態信息，緊急情況下也可就地手動控制的相應設備。

4 配電所綜合自動化系統工作過程

當系統正常工作時，設備層各種一次設備的狀態信號（如斷路器、隔離開關的位置信號）和線路上電壓、功率等模擬信號通過電纜分別引入PLC和DSP數據控制器或單片機中數據采集電路的信號輸入通道中。PLC和DSP數據控制器或單片機對信號進行處理后，通過總線傳給保護與控制主機。保護與控制主機中主程序來檢測數據中是否存在突變量。若檢測出不存在突變量，按照一定網絡協議或規約，依次將狀態量和數據量傳給遠方的集控中心，集控中心就可以監測配電所的運行情況。集控中心也可以將指令發到保護與控制主機上，從而在遠方對其進行控制。若指令是對保護與控制主機本身的，則其執行相應的程序；若指令是對下方單元，如遙調、遙控等，則保護與控制主機會此指令傳送給相應單元，從而完成集控中心對配電所的遠方控制功能。

當配電所綜合自動化系統運行正常，而保護與控制主機中主程序檢測出上傳的數據存在突變量，則保護與控制主機讀取相應的保護數據，依據其配置的保護類型，調用相應的保護處理程序，并通過CAN總線向下方發出保護動作信號，并同時將故障信息向集控中心傳遞。

當發生通訊發生故障時，如保護與控制主機間或DSP數據控制器與主機間無法正常工作時，相應的DSP數據控制器將通過軟件起動簡單的后備保護，直接在DSP中完成故障判斷及處理，然后發出跳閘信號，完成保護功能。

如果系統的各種自動化保護功能都失效，在這種緊急情況下，可手動操作配置在現場的控制開關起到一定得保護作用。

5 配電所綜合自動化系統的特點

由于該系統適用無人值守，配電所沒有專用的配電所主控室和無相應的控制、保護屏（柜）等，配電所的各種數據直接通過網絡傳送至遠方的集控中心，在集控中心以表格、數據、圖形等方式動態的顯示。配電所綜合自動化系統中，集控中心通過和配電所管理機的通信，實現對下方配電所設備運行狀況的實時監控，同時在遠方也可對配電所管理機的進行管理，對配電所的保護功能進行配置和維護，如保護定值的設定等等。配電所綜合自動化系統具有可遠程維護性、具有可組態性、具有實時信息共享與交流性、具高可靠性等特點。

PLC和通信管理單元通信管理及控制通過配電所的管理主機統一完成，管理主機集測量、保護、控制為一體，充分體現了分布式結構系統的優點，同時配電所管理主機、PLC、單片機系統和通信管理單元都布置在綜控室內，可以節約電纜，節省投資，造價低，也體現出集中式結構系統優點，尤其適用于電壓等級較低的配電所。

6 結束語

對配電所實現綜合自動化控制，促進了了無人值班配電所的實現，有助于提高配電所的優化控制與管理水平，提高配電所運行的安全性、可靠性及經濟效益等，從而對提高整個電力系統管理水平具有重要的現實意義。

目前我國電市場發展迅速，每年新建低電壓等級配電所的數量很多，鑒于目前強有力的電力監控系統市場需求，對配電所綜合自動化領域進行研究十分必要且迫切，配電所自動化系統 研究立足國內市場，自主開發出適應面廣，水平高，具有組態性和可遠程維護，具有網絡化等特點的配電所監控系統，符合配電所綜合自動化發展的趨勢，實現對配電系統的現代化運行管理。

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作者簡介：陳小梅（1972-）女，湖北廣水人，湖北水利水電職業技術學院，碩士，研究方向：主要從事電氣自動化技術、發電廠及水電站綜合自動化技術研究。