配電自動化終端技術分析

摘 要：配電終端在配電自動化系統中占據重要地位，其技術可靠性直接關系到整個配電自動化系統的使用效果。文章首先對配電自動化終端的功能進行分析，然后從其分類和特點以及技術發展現狀入手，深入分析了當前配電自動化終端技術中存在的問題以及未來發展方向。通過對現有技術的分析，期望能夠加快對終端設備優化和升級、促進配電自動化系統的進一步發展。

關鍵詞：配電自動化；終端技術；功能設計

中圖分類號：TM7320 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0073-02

為了提高供電質量，供電企業發展配電自動化系統是必然方向。配電自動化終端技術作為配電自動化系統的重要基礎技術，它的發展完善對于提高電力用戶的用電質量具有非常實際的意義。配電自動化終端通常包括配電網饋線監控終端、中壓遠方站控制終端、開閉所遠方監控終端以及配電變壓器終端。這些終端裝置主要實現配電網系統中設備監控功能和故障檢測、通信報警等功能，同時具有遙信、遙測、遙控和遙調的功能特點。隨著計算機技術和自動化技術的發展，配電自動化終端技術也取得了非常迅速的發展和完善，本文從配電自動化終端的功能設計出發，結合當前的技術現狀，分析其存在的問題及發展趨勢。

1 配電自動化終端概述

1.1 功能設計

配電自動化終端在設計之初的基本功能主要是實現對配電系統故障的檢測，然而隨著自動化技術的發展，當前配電自動化終端已經發展出電網狀態信息檢測、系統保護、故障錄波和監控與控制等功能。

1.1.1 信息采集與處理

配電自動化終端能夠將系統中的電壓和有功、無功功率信息實時采集和處理，以供配電自動化控制核心做出決策。

1.1.2 實現遙控

通過接收遠方站點的指令，對本地斷路器發出控制信號。

1.1.3 配置系統參數

配電自動化終端能夠及時獲取系統狀態，并對系統的功能和參數進行修改整定，實現現場或者遠方設備的參數整定。

1.1.4 狀態監測

通過配電自動化監測終端實現系統中斷路器的開關狀態以及變壓器工作狀態等重要信息進行監測。

1.1.5 故障反饋與切除

配電自動化終端能夠及時對系統中出現的故障進行報警反饋，并且對于某些具有恢復功能的設備，自動化終端可以輔助其完成故障后的恢復功能。

1.1.6 事件記錄

配電自動化終端對于電網狀態的變化非常敏感，當出現系統狀態切換時，自動化終端能夠準確記錄變化前后系統的狀態，便于后續分析。

1.1.7 實現微機保護功能

通過獲取到的系統狀態，配合斷路器的操作，配電自動化終端可以對系統中出現的短路、過壓以及不對稱運行等故障及時切除，實現了微機保護功能。

1.2 配電自動化終端的分類

按照配電自動化終端的結構，可以將其分為兩類：一類是分散式配電終端，另一類是集中式配電終端。兩者的區別在于終端單元是否分散安裝。根據應用場合的不同，可以將配電自動化終端分為環網柜配電終端、變壓器配電終端和開閉所配電終端以及架空線配電終端。同時需要注意的是，用于不同場合的配電終端實現的功能也略有差別。另外，根據自動化終端處理故障的判據類型，可以將其分為電壓型配電終端、電流型配電終端以及電壓/電流兼容型配電終端。

2 配電自動化終端技術

下文將從幾個方面分析實現這些功能所采用的常用技術。

2.1 故障檢測技術

配電自動化系統終端通過電流互感器進行故障電流的檢測，為了提高電流互感器的測量精度，最新研制出的飽和型電流互感器將被廣泛使用。飽和型電流互感器的鐵芯材料是易飽和的，這使得其特性幾乎完全接近測量型電流互感器，但是卻擁有較大的經濟優勢。在檢測電流方面，自動化終端可以采用繼電保護中技術成熟的故障檢測方法。在通過電流互感器采集到系統電流后，判斷線路電流是否超過整定值，如果超過則判定為故障發生。當配電線路投入運行的情況下，負荷啟動電流過大引起的過電流不是真正的故障狀態，配電自動化終端在配置時需要能夠避開。

2.2 通信技術

配電自動化系統中所涉及的終端裝置數量龐大且比較分散，為了做到不同裝置的高效互聯，必須采用開發的通信協議。目前較為流行的通信協議為IEC870-5以及北美地區廣泛使用的DNP3.0，兩者均能實現信息的及時通信傳輸。另外，局域網通信技術也被廣泛使用于配電自動化終端系統中，具體的實現方式包括RS232或者RS485串口通信接口，或者CAN和LonWorks等現場總線方式的接口。局域網通信主要用于連接數個不同類型的設備，構成分散式結構。

工業現場總線和以太網接口也是配電自動化系統中較常用的通信模式，相比串口通信它們具有通信速率高、互操作性強和可靠性高等優點，兩者均是解決配電終端通信問題的較好方案。

2.3 分布式設計技術

分布式設計技術是應對電網大范圍信息采集問題所產生的。隨著配電系統的壯大和復雜化，配電自動化終端需要檢測和采集的信息已不再是一條線路或者幾條線路所組成的環網，而可能是需要采集數十條線路上的多達幾百個輸入和輸出狀態量。這種情況下，傳統采用的集中式設計很難適應要求。配電自動化終端的分布式設計技術實際上是依靠更先進的網絡技術，實現將多個信息的高效整合和傳輸。通過分布式設計，任何一個自動化終端均可與主站建立高效的連接。

2.4 配電終端和一次設備集成設計技術

通常情況下，配電自動化終端是和一次設備在空間上是相互獨立分開的。為了達到數據采集和指令控制功能，兩者通過特定接口相連接，這就使得整個系統相對分散，體積大。集成設計技術就是將配電自動化終端一體化設計在一次設備中，這樣就會達到結構緊湊、可靠性高、體積大大減小的效果，提高了系統的整體性能并且減低了成本。同時需要注意的是，集成化設計時必須考慮通信、溫度和壓力等機電一體化設計因素，最可能做到高可靠性、高性能的一體化系統。

3 技術現狀及發展趨勢分析

通過上文對配電自動化終端技術的闡述，將其技術現狀作如下分析總結。

3.1 集中處理故障信息

由于通信系統硬件升級改造需要較長時間，當前配電自動化終端系統中的控制模式仍為集中處理方式。這種模式的工作方式是將系統獲取到的信息統一收集、統一處理，通過主站發出控制指令控制遠方系統。

3.2 DSP處理技術被廣泛利用

DSP是數字信號處理器的簡稱，它具有較快的數據處理能力，對于配電自動化終端系統中高速數據采樣以及數據分析具有很好的適應性。DSP的廣泛使用，對于配電自動化終端系統的實時性起到了很好的保障作用。

3.3 配電終端的網絡化

網絡化是配電自動化終端當前的布局方式，主要采用工業控制領域廣泛使用的以太網技術完成終端的網絡化設計。

3.4 采用面保護方式

在配電自動化終端的一些實際應用中，面保護方式以及被采用。所謂面保護方式，即終端不僅采集裝置本身的信息，而且還通過通信的方式獲取本線路相鄰的設備的有用信息，這些信息共同被用于判斷故障的發生。

3.5 廣泛支持多種系統通信方式

串行接口、工業現場總線以及以太網等通信方式在配電自動化終端系統中廣泛利用，各種通信方式具有不同的優勢以及適用場合。在系統實際運行過程中，各種通信方式必須滿足通信可靠性和通信速度的要求，保證數據的實時傳輸。

基于上述分析，可以發現當前配電自動化終端技術主要存在以下問題：

①配電終端長時間可靠運行技術還有待改進。

②配電自動化終端采用的備用蓄電池由于壽命短給系統長期工作帶來挑戰。

③配電自動化終端由于廣泛采用集中式控制方式，不利于做到分布式系統的最佳控制效果。

④通信技術尚需統一改進，做到不同傳輸協議下的數據能夠準確、及時進行傳遞和運算。

配電自動化終端技術仍有很大的發展空間，下一步的技術發展趨勢具體表現在以下幾個方面：發展具有光傳感器器件的全數字化配電自動化終端，開發一次設備和配電終端一體化的集成化技術方案，開發具有IEC61850接口的面向對象的自動化系統。

4 結 語

配電自動化終端作為配電自動化系統基本的檢測和控制單元，其技術可靠性具有非常重要的意義。近年來我國的配電終端技術已經取得了較大程度的提升，但是仍存在一些問題，文章深入分析了配電自動化終端技術的現狀并分析了其未來發展趨勢，對于推進終端技術乃至配電自動化系統的發展具有重要意義。

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