中低壓配電網自動化及PLC的實現方案

魏雪蓮

摘 要：隨著科學技術的發展，實現中低壓配電網的自動化已成為電力系統發展的趨勢。中低壓配電網作為輸配電系統的最后一個環節，其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。為此，本文特對中低壓配電網自動化的必要性及其實現方案作簡單的討論。

關鍵詞：中低壓自動化；PLC實現方案；PTU功能；

中圖分類號：T M 7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-02-00-02

一、中低壓配電網自動化建設的意義

對于這個問題，我們可以從提高供電質量及其可靠性、提高電網管理水平、提高電力企業經濟效益等角度進行解釋。

（一）提高供電質量及其可靠性。我們已經知道，中低壓配電網自動化實現程度的高低直接決定著其所提供電的質量與可靠性。所以，為了提高供電的質量及其可靠性，首先就必須提高中低壓配電網的自動化實現程度，盡量減少其在工作運行過程中的故障發生次數，同時還必須為事故的診斷和解決提供有效的數據支持。

（二）提高電網管理水平。中低壓配電網自動化的實現，不僅能夠對電力系統的運行情況進行全程監測，而且還能及時發現問題，為事故的發現與解決提供有效保障。這對電網管理水平來說，是一個極大的提高。

（三）提高電力企業經濟效益。中低壓配電網實現自動化之后，可以有效減少操作人員的數量和對其進行的很多維護措施，這對電力企業來說可以減少不少的開支，從而提高其自身的經濟效益。

二、實現中低壓配電網自動化的必要性

（一）實現中低壓配電網自動化是提高人們生活質量、發展國民經濟的要求。在現代社會中，供電質量的好壞，不僅反映一個國家或地區人們的生活質量、水平和投資環境的好壞，更是影響經濟發展的重要因素，它決定著工業發展的方向、規模。實際上，信息時代的到來，要求不間斷供電的計算機設備越來越多，給供電提出了更高的要求。停電或限電會導致減產，而忽然的停電則會危害工廠的重要設備。只有實現中低壓配電網的自動化，才可能最大限度地提高供電質量，滿足人們日常生活工作與生產的需要。

（二）實現中低壓配電網自動化是電力企業自身發展的需要。首先實現中低壓配電網自動化，可提高供電的質量和可靠性，減少故障次數，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據。其次，實現中低壓配電網自動化，可以提高整個電力系統的經濟效益，減輕維護人員的勞動強度；減少操作人員；增強電力系統的免維護性；有利于提高設備的安全和健康水平，延長使用壽命。最后，實現中低壓配電網自動化，可以提高整個電網的管理水平。主要包括：為電力系統計算機管理自動、準確、及時地提供更為詳盡、豐富的數據和任何用戶的計劃停電、供電；可以方便、直觀地監控全局內各個用戶的用電、供電情況并實現總體控制。

（三）中低壓配電網是我國配電網自動化的薄弱環節。配電網自動化建設，在我國盡管起步較晚，但也已經進行了近20年的研究和實踐，已取得初步成效。但是研究與實踐成果大多數都是在高壓配電網（35kV以上）層次上進行的，而在中低壓配電網（配電房這一層次）的自動化問題上，既沒有總體的規劃，也沒有一個統一的技術原則。不僅如此，目前的縱向監控一般只限于變電站的出線以前，對于從變電站饋線到終端用戶等屬于用電管理范疇的監控，除少數大用戶的負荷控制外，尚無其他監控手段。

三、中低壓配電網自動化方案

（一）電力系統自動化現有方案的比較。中低壓配電網（主要指開關站、開關房、開閉所）的自動化和變電站的自動化具有一定的相似性。因此，分析一下變電站自動化的實現方法，對于正確確定中低壓配電網自動化方案具有重要意義。

變電站自動化系統由5個部分組成：主站、遠方終端單元（remoteterminalunits，RTU）、線路傳感器、遠方控制SF6或真空開關、通信電纜。其中，RTU裝置位于變電站現場，可以自動采集各種開關狀態量（遙信）、模擬量（遙測），并經專用通道傳遞到監控中心的主站系統；有的RTU還可以按監控人員的意圖和指令執行特定的遙控操作，并將操作結果返送監控中心主站系統。

從變電站RTU可以實現的功能來看，變電站的自動化包括3個方面的內容：遙信、遙測、遙控。除此之外，有的系統還可以根據遙測的結果實現電能量總加功能。與此相應，變電站自動化系統可以分為兩類：一類只實現了遙信、遙測的功能，即傳統的SCADA系統；而最新的SCADA系統則屬于另外一類，它應該可以實現所有“三遙”功能。這兩類系統對應著電力系統自動化的不同階段和水平。

（二）中低壓配網自動化的應用特點。中低壓配網自動化系統由主站、遠方終端單元（RTU）、線路傳感器、遠方控制SF6或真空開關、通信電纜等五個部分組成。中低壓配電網自動化的應用有自己不同的特點：

1、傳統的變電站RTU在功能上偏重遙信、遙測，但中低壓配電網的自動化對象（開關房、開閉所和配電房）數目繁多，開關操作頻繁，更注重遙信、遙控功能。2、中低壓配電網的自動化對象遍布城市、農村等各種不同環境，被不同層次的用電管理人員（包括農村電工）所操作。更要求其具有安裝靈活、易操作、免專業維護、抗惡劣環境等特點。3、應用于中低壓配電網的RTU，在功能上應具有模塊化結構，在硬件上要越簡單、越可靠越好。最好是同一套簡單硬件，只要簡單進行一下設置，就可以滿足不同場合、不同規模的要求。

（三）中低壓配電網自動化RTU的PLC實現。用PLC來實現中低壓配電網自動化的RTU功能，能夠很好地滿足RTU的特有的要求。在國內市場，有來自許多著名廠家的PLC產品。這些產品從簡單到復雜，都自成系列，可以滿足不同應用的特殊要求。大多數中低檔次的PLC產品，都包含有離散點輸入和輸出（點數的多少可以依據應用情況增減）、模擬采樣輸入、時鐘、通信等功能。利用這類PLC的現成功能，可以方便地實現中低壓配電網自動化的RTU功能。使用PLC的離散輸入點來實現遙信、用PLC的離散輸出點來實現遙控、用PLC的模擬采樣輸入來實現遙測、用PLC的通信功能來實現和主機的通信。完成這些功能，都無需額外的硬件，只需根據開關房的實際情況，對PLC進行簡單編程即可。不僅如此，利用PLC的模擬輸出功能，甚至還可以實現配電網的遙調。

四、RTU功能的PLC實現

RTU功能的PLC實現包括硬件實現和軟件實現兩個方面。

（一）硬件實現方面。在硬件方面，主要存在PLC的電源如何提供，PLC如何實現長距離的通信，遙控、遙信、遙測、遙調如何具體實現等問題。由于PLC都有配套的專用電源模塊，因此在設計RTU時，主要應考慮電網斷電后PLC的供電問題，通常以配置充電電池的方式解決。一般PLC的通信模塊只具有短距離的通信能力，雖然有些公司為PLC提供配套的組網模塊，但通信距離也限制在若干千米以內。而配電網的特點是點多、面廣，因此，必須借助其他方式以延長PLC的通信距離。

對于遙控，當PLC收到開關指令時，輸出點到內部電源的通路被接通或關斷，如果直接用輸出點的輸出電流去操作開關設備，則功率根本不夠。因此，可把PLC的輸出點作為一個小功率繼電器的激磁電源，以控制該繼電器的常開或常閉觸點的開合，再由該繼電器去控制配電網的配電開關的操作電源，使配電開關動作，線路或配電設備被投切。

對于遙信，則是將被測開關的輔助觸點兩端引線接到PLC的輸入點和地，當配電開關動作時，輔助觸點相應開閉，PLC的相應輸入點與地之間被斷開或短接，從而在PLC內部獲得一個高電平或低電平。

對于遙測，經互感器出來的信號，必須落在PLC的A/D轉換模塊的測量范圍之內，才能接入到相應模塊的輸入端。此外，在選擇PLC的A/D模塊時，還要考慮采樣周期問題。周期太長，將無法獲得精確數值。PLC可以實現遙調功能，但因電網中應用很少，這里不予詳述。

（二）軟件實現方面。在PLC軟件方面，由于PLC以循環掃描和中斷兩種方式來執行程序，因此，為了完成所有RTU功能，PLC軟件應包括：循環掃描執行的主程序；通信程序（接收和發送報文）；收到報文分析程序；上發報文產生程序；輸入點電平中斷掃描程序；操作執行程序（遙控、遙信、遙測等）。

所謂PLC也即可編程序控制器的英文首字母縮寫，這一技術經過幾十年的發展，已經達到相對成熟的地步，目前在很多工業領域均有廣泛應用。以PLC為基礎，從而實現中低壓配電網自動化的RTU方案，基本可以滿足中低壓配電網自動化的特殊要求。這一實現方案具有以下特點和優勢：首先，其硬件結構比較簡單，維護起來也相對容易；然后，其可靠性比較高，在惡劣環境下也可保持良好的性能；最后，其使用費用相對低廉。不過，在進行PLC方案的設計時，需要特別注意操作點數的獲取、通信方案的確定、PLC的選型等。

從整體上來看，中低壓配電網自動化RTU的PLC實現方案主要包括硬件實現和軟件實現兩個方面。首先，硬件實現方面。硬件方面比較常見的問題有PLC電源的提供方式、PLC長距離通信的實現途徑等。鑒于PLC一般都有專用的電源模塊，所以在設計RTU時，要將其配置成充電式的電池；其次，軟件實現方面。PLC軟件要以中斷和循環掃描兩種方式來執行程序，為了更好地完成RTU的全部功能，PLC軟件還必須包括循環掃描執行主程序、通信程序、收到報文分析程序、操作執行程序以及輸入點電平中斷掃描程序等一系列程序。有不少實踐已經證明，如果采取恰當合理的軟件實現程序，在中低壓配電網自動化實現的過程中出現的一些問題均可以得到比較圓滿的解決，由此可見PLC軟件程序的極端重要性。

五、結語

中低壓配電網自動化實現程度的高低隨著現代科技的發展以及經濟社會發展水平的提高，已經引起越來越多人的重視和關注。鑒于其對人民生活質量的提高、國民經濟的發展水平、企業自身發展以及配電網自動化水平提高的重要影響，我們必須采取有效措施，更好的實現其自動化水平。

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