配電自動化終端技術分析

李宗峰

（珠海許繼電氣有限公司，廣東珠海 519060）

0.引言

智能電網是當前社會環境下電力系統的發展趨勢，其建設關鍵在于對輸送電質量的提升，這是在新型經濟形勢在，人們對電力系統提出的新要求[1]。傳統的電力系統及其自動化控制程度較低，電力設備的技術含量也不高，兩相結合之下自然難以為民眾提供高質量的用電服務，因此，想要進行智能電網建設，就必須對電力系統的穩定性及安全性進行提升，提升電力系統的故障處理能力，確保配電網持續供電，進而促進經濟發展。配電自動化終端技術的應用使電力系統的智能程度得到了提升，促進了智能電網的形成，配電自動化終端設備能夠對電力系統運營過程中設備及線路的運行狀態進行實時監控，并通過數據采集為用電的人們與電力管理部門建立起可靠的信息橋梁。因而在某種程度上，配電自動化終端技術水平能夠決定當前配電自動化控制系統能夠達到的程度。

1.配電自動化終端設備

1.1 系統構成

配電自動化終端由中央監控單元、人機界面模塊、操作控制回路、通信終端和電源模塊組成[2]。其中中央監控單元能夠收集電壓、電流、功率等數據參數并能夠進行故障檢測，能夠有效實現控制量輸出的管理及遠程通信，并通過對通信接口和平臺的新形式設計來滿足在實際運營過程中對于設備的功能性需求和配置要求[3]。人機界面主要是針對配電自動化系統的設計及維護進行設計的，可以通過記錄電流、電壓及功率等參數并進行反饋，使工作人員能夠了解到設備在實際工作中的運行狀態并進行參數調整，從而保證系統的穩定性與安全性。操作控制回路可以幫助工作人員了解到控制回路中的開關所在位置及開關的運行狀態，并且該回路中必須要設置一個手動控制按鈕，便于人工進行干預。通信終端的主要作用是利用中央監管單元的以太網接口和RS 232接口來完成信息傳輸及對配電自動化系統的信息交互，而通信設備由于制造核心技術的不同在屬性特征上存在很大的差異，如無線終端與光纖終端。在配電自動終端中通常會有多種電源的存在。如一般情況下，終端都是采用電壓互感器二次側AC220V電源作為終端的主電源，當主電源因為某種不可抗力導致電源斷開時，就會采用備用電源如蓄電池、超級電容等來為終端進行供電，多種電源的應用能夠保證終端設備具有持續的電源供應，進而提升配電網自動化系統的穩定性與可靠性。

1.2 功能設計

配電自動化終端的設計初衷主要是針對配電系統中的故障檢測，但隨著我國科技水平的提升，終端技術也在不斷發展，而新技術的融入使現階段的配電自動化終端已經能夠在故障檢測的基礎上實現對系統電壓、電流及功率的相關參數進行實時采集，從而為配電自動化系統提供可靠的數據依據，也能通過接收配電網中的站點數據來對相關設備進行控制；配電自動化終端的應用能夠對系統的運行狀態進行實時監控，并根據系統運行狀態的數據呈現來對設備進行功能和參數的修改，從而實現對設備的有效調控；通過對一次設備的運行狀態進行監測，來對系統的異常狀態進行干預；通過對系統中存在的故障檢測進行示警反饋，便于故障檢修與排除，并能夠對具備恢復功能性的設備，加快其恢復過程；通過對系統運行狀態的監控能夠了解到系統的運行狀態，并根據系統異常點采取保護措施來完成對系統的微機保護，并對此進行記錄，為后續的改良和優化提供可靠的數據分析。

綜上所述，配電自動終端的主要作用及功能在于對系統運行狀態、設備運行狀態及設備產生的數據的監控及收集來完成對于遠程設備的調控、系統參數的修改及系統的微機保護，并能夠將收集的數據信息作為系統優化和終端技術發展方向的重要參考資料。

1.3 終端分類

配電自動化終端的分類需要綜合其設備安裝形式、設備的使用環境及設備發生故障的類型來對其進行分類，在安裝形式上，主要分為集中式和分散式，而對其有直接影響的就是終端單元的安裝集中度；設備的使用環境主要有開關站、環網柜及架空線等，不同的使用環境對于配電自動化終端的功能需求也有所不同；其故障發生類型可以將配電自動化終端分為電流型、電壓型及電流/電壓兼容型。

2.配電自動化終端技術分析

終端技術的應用能夠有效提升配電網自動化程度，使配電網向智能化轉變，而想要實現智能配電網建設，就必須對現有的配電網結構進行優化并提出要求[4]。為了保證對配電網的優化能夠滿足當前社會對高質量電力資源的需求，在配電控制的過程中，除了終端設備的自動化控制之外，還要了解終端設備的自動化控制對當前的電力系統的運行狀態是否產生影響，根據配電終端的信息采集和監控能力進行獲悉。另外，隨著配電網的覆蓋范圍越來越廣，將會有大量的分布式電源接入配電網，使配電網的結構復雜度提升，但為了保證高質量的供電服務，在此環境下，也必須保證電力系統在實際運營中具備足夠的安全性和靈活性。依然能夠進行高質量供電。基于此，配電終端就需要保證系統安全、穩定、可靠的情況下對配電網結構及設備運行參數進行控制，這一過程需要主站系統或其他通信設備的配合才能夠有效進行，因此配電自動化終端技術綜合為以下幾種。

2.1 故障檢測技術

配電終端最初的設計目的就是為了實現對系統的故障檢測，因此故障檢測技術也是配電終端最核心的技術。利用終端的數據監測功能來對系統運行過程中的設備運行狀態進行監控，當故障發生時，故障檢測技術將故障發生過程中的數據變化進行采集，經過終端的數據分析后能夠判斷出故障發生的類型及位置，工作人員能夠根據數據顯示快速找到故障所在并及時采取有效措施進行檢修，進而有效減少或避免電力事故的發生。故障檢測技術的主要難點在于對故障的定位，現階段我國對于電力資源的需求量大幅度提升，為了保證電力系統運行的穩定性和安全性，就需要通過故障檢測系統來完成對故障的快速定位，并且需要保證定位的準確性，但隨著需求量上升，電力系統的規模也在迅速擴張，因此配電網結構發生了較大的變化，這使得故障檢測技術的故障定位迎來了新的挑戰。

配電終端設備對于故障檢測的準確定位不僅是提升配電網自動化程度的關鍵，也是終端設備在市場競爭中的核心競爭力。隨著經濟的發展，我國對于電力資源有著高需求的地區越來越多，導致配電網的覆蓋范圍越來越廣，結構也越來越復雜，而小電流接地也是當前配電網普遍采用的接地形式。如果小電流接地發生故障，以當前的故障檢測技術，故障選線的準確率能夠達到95%以上，但對于故障線上的故障發生定位，目前仍然是需要研究的問題。另外，隨著配電網的發展，分布式電源系統的接入，想要完成故障發生的準確定位的難度將進一步提升，但故障檢測技術的準確定位是配電終端實現其他功能的基礎，想要提升配電終端技術含量，建設配電自動化系統，就必須對故障檢測技術展開深入探討。

2.2 預判、自愈控制技術

故障檢測技術主要包括了故障選項和故障診斷2個核心內容，故障選項是通過對電力系統故障發生過程中的數據顯示來判斷故障的具體類型及相應的處理措施，而故障主要是對發生故障的元件進行識別，其作用在于對電力系統自愈性的有效實現。即對故障發生點進行隔離，進而實現電力系統自我恢復，這也是完成配電網自動化控制的關鍵之一。想要提升電力系統的自愈性，除了對配電網結構的必要性優化之外，配電自動化控制終端也是必要的設備，其作用在于利用錄波技術來對電力系統的設備及線路的運行狀態進行實時監測，對電網可能出現的狀態進行預判，計算機根據預判的故障類型及故障所在定位來采取相應的故障預防措施及故障發生后的緊急處理方案，盡可能地將配電網故障停電帶來的影響降到最低。

故障預判和故障自愈是配電自動化控制終端設備的核心功能之一。我國當前配電網仍以離線數據運算來保證數據運算的安全穩定性，但離線式的數據并不能夠保證數據的時效性，數據運算結果可能與實際運行狀態存在一定的差異。如果在分布式電源接入配電網的情況下，配電網的結構復雜性必然會大幅度提升，而分布式電源受環境的影響較大，離線數據的計算結果與實際運行狀態必然會產生沖突，如何實時采集電力系統運行過程中的數據并進行分析，從而對故障進行預判和快速診斷，以實現配電網的自愈性控制，是實現配電自動化控制的主要攻克點之一。

2.3 極端條件下的電磁兼容性

隨著配電網自動化程度的提升，在電力系統中也有越來越多的電子產品被應用。電子產品的發展使得電子產品的工作電壓和信號電壓隨著集成度提高而下降，集成度的提高使得電子產品的運行速度得到了極大的提升，電磁耦合也越來越緊密，因此當前有許多的電子設備都極易因為外界干擾而受損。基于此，就必須在對配電終端設備進行設計時就考慮到在極端條件下設備的電磁兼容性和抗干擾性。而想要令終端設備在極端條件下擁有較好的電磁兼容性，其難點在于技術理論和技術實現的沖突，如雷擊、過電壓等極端條件下PT、CT在電磁暫態過程中精確的數學模型就難以確立。極端條件下電磁兼容性的提升不僅是配電自動化終端設備的主要設計難點之一，同時也是提升終端設備集中度的攻克難點之一。

2.4 網絡通信技術

配電自動化的發展使得網絡通信技術也迎來了質的飛躍，但由于電力系統在發展過程中的諸多歷史原因和技術條件的限制，再加上不同制造商對于核心制造技術存在差異，導致我國許多設備的數據接口和數據傳輸的兼容性存在很大問題，利用網絡通信技術來加強配電自動化控制終端對于不同廠家的設備的兼容性及良好的數據傳輸能力是推動配電網自動化控制的一大助力，必須深入對通信協議的兼容性研究以及標準化建設，進而實現不同規格的設備之間的數據流通。雖然當前配電自動化終端設備中應用的即插即用體系負荷配電網的結構優化需求，但是如何對配電網中的設備邏輯節點進行清晰明了的描述是當前主要面臨的技術難點之一。

2.5 分布式設計技術

隨著用電需求的地區越來越多，配電網的覆蓋范圍越來越廣，配電系統的結構復雜度大幅度提升，因此在數據采集及狀態檢測的問題由原來的一條或者多條的環網檢測轉變為現在需要同時對幾十乃至幾百條線路的輸入輸出量進行同時監控和采集。在此背景下，傳統的集中式設計已經不足以滿足當前配電網系統對于終端設備的數據處理要求，需要利用現代網絡信息技術來完成對于配電自動化終端設備的分布式設計，從而實現對多項數據的高效采集和傳輸。通過對配電自動化終端進行分布式設計能夠讓終端設備與主站系統建立起高效的信息傳輸橋梁，但分布式設計對于通信協議的兼容性與標準化建設、極端條件下的電磁兼容性及故障檢測技術均有一定的要求。

2.6 配電終端和一次設備集成設計技術

為了實現配電自動化終端的數據采集和自動化控制，通常會將配電自動化終端與一次設備通過特定的端口進行連接，而在實際應用中，配電自動化終端與一次設備通常都是出于2個相對獨立的空間內的，因此在整個配電自動化控制系統的設備分布上所占面積較大。通過將配電自動化終端與一次設備進行集成設計，實現配電自動化系統一體化，能夠明顯降低設備所占面積的同時提升系統的可靠性和穩定性，但集成化設計需要將設備之間的干擾、通信、溫度及壓力等多種因素考慮在內，才能在保證不對配電自動化終端功能性產生影響的前提下實現可靠性較強的集成一體化設計[5]。

3.結語

配電自動化控制系統的實現主要在于提升配電終端設備的技術含量，即對終端技術進行深入探討，特別是在分布式電源接入配電網之后，如何進行快速高效的故障檢測及診斷、終端設備在極端條件下是否具備較強的電磁兼容性及保證不同規格的設備之間的數據傳輸和兼容性都是當前配電自動化系統建設中需要深入探討的問題。終端技術的研究能夠提高配電網的智能化程度，而智能配電網建設也是網絡信息時代下的未來趨勢，因此，對配電自動化終端設備設計中的技術難點進行攻克，提升電力系統運行的安全性及穩定性，為人民提供安全可靠的電力輸送對推動社會發展有著積極作用。