電力企業中輸配電及用電工程的自動化運行研究

郭術明

（國網黑龍江哈爾濱市雙城供電有限公司，黑龍江 哈爾濱 150100）

輸配電及用電工程的自動化可以促進電力企業的不斷發展，但是在發展的過程中始終會遇到不同的問題。從電力企業運營方面可以看出，電力企業的自動化在一定程度上會推進電力行業的發展，自動化技術的發展也決定了電力企業的發展，自動化技術逐漸成為電力企業發展的內動力與發展的方向。因而電力企業要想順利發展，需要解決當前在輸配電及用電工程自動化運行中的突出問題，本文主要研究在解決輸配電及用電工程的自動化問題過程中，如何促進電力系統的穩定運行同時，保障用戶的用電安全。

1 自動化運行在輸配電及用電工程中的優勢

自動化運行可以優化電力企業的輸配電環節，同時還可以減少電力能源損耗問題的出現。自動化運行技術應用在電力行業當中，一方面是改進了輸配電及用電工程在傳統的運行模式中工作效率不高、處理故障效率低且輸配電的參數分析不及時的缺陷，另一方面是將信息化技術與電力企業融合，讓電力系統傳輸變得更加智能化、自動化[1]，并且在輸配電的過程當中會自動優化輸配電的傳輸效率，對傳輸過程實現實時監控等，自動化技術的出現讓電力系統變得更加高效，而且能夠穩定的運行，可以減少因為傳輸操作不當導致的電力能源消耗量過大的問題，既可以滿足社會發展需要的基本電能，也能夠讓電力企業投資效益實現最大化。

自動化實時監控可以幫助工作人員在出現問題的第一時間處理好電力系統的故障問題，維護電力系統運行過程中的穩定性。自動化運行技術應用在電力系統當中，既可以減少電力系統出現故障的次數，也能方便工作人員提高自己的工作效率，實時了解當前供電系統的狀態以及元件的各個參數，方便其在輸配電過程中合理控制每個原件，提升了輸配電的穩定性[2]。

2 輸配電及用電工程自動化面臨的問題

輸配電及用電工程自動化技術制度不健全，管理相對混亂。由于輸電與電力工程自動化的技術需要電力技術的支撐，但在電力自動化技術中，有些電力公司對這些技術缺乏有效的管理，以至于在工作過程中會出現一些對電路情況不了解，或者出現因為技術不當造成電路混亂的情況，電力企業中的一些員工一般會在多個崗位兼職，工作范圍相對較廣，工作強度較大，很難保證電力系統信息的一致性，所以工作人員在業務管理等方面會有一些困難。由于電力企業沒有明確的管理制度，在工作當中容易造成電力資源的浪費。工作人員的工作效率降低，在工作中也更容易出現失誤，造成安全隱患，也對電路安裝造成了很多不便。

電力自動化技術的研發與后期對相關技術維護存在著一些不足之處。目前，自動化技術的后期維護仍然存在著很多的缺點，不能夠滿足輸配電工程的管理控制要求。在研發相關技術的工作期間，技術維護措施的質量特性可能會與當前的研究存在偏差，所以將自動化技術直接應用在輸配電工程的具體施工過程中，可能會出現難以適應自動化技術發展的問題，那樣自動化技術的應用就無法為研發技術的活動提供有效的參考資料[3]。用電與輸配電工程存在著復雜性的特征，根據當前社會的發展，每個領域的用電量都在持續增長，這對輸配技術來講同樣是一個十分艱巨的挑戰，如果想要保證電力系統能夠正常穩定的運行，需要對輸配電技術進行改進。

3 輸配電及用電工程自動化運行的措施

提高自動化技術的第一步是企業應該對員工進行自動化技術的培養，并將其課程設計作為培訓的重點，提高員工對自動化技術價值的認識等。同時，在培養過程中或者培訓過程結束之后，企業的員工之間也應該進行深入的探討，單位同事之間要進行及時的交流，這樣不僅能提升員工的個人素養，也能提升員工的技術水平，更好服務于電力行業。加強對電力自動化運行系統的分層技術管理在眾多的城市中用戶工程自動化都是采用分層技術。電力自動化運行系統的分層技術主要包含以下方面：（1）負責整個城市電力運行調控工作的電力自動化運行終端。（2）要構建一個大的電力網，可以對不同區域的發電站和變電站進行配電設置，將電能輸送到所需的地方。（3）每個鄉鎮之間要有不同的人對相應的區域進行電力調控、設備維護等工作。

我國輸配電技術難以快速發展的原因之一是自動化技術沒有及時的創新，因此我們需要借鑒新的自動化技術，將其更好地應用在輸配電及用電工程自動化的電力行業中，推動自動化的有效運行與發展。因此，可以在配電網的終端使用FTU技術，促進其自動化。配電網自動化終端具有遙控、遙信、故障檢測功能，并與配電自動化主站通信，提供配電系統運行情況和各種參數即監測控制所需信息，包括開關狀態、電能參數、相間故障、接地故障以及故障時的參數，并執行配電主站下發的命令，對配電設備進行調節和控制，實現故障定位、故障隔離和非故障區域快速恢復供電功能。

FTU功能介紹：

（1）交流量采集，采集三相交流電壓、電流（3U3I）；（2）實現電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率的測量和計算；（3）直流量采集，2路直流輸入；（4）狀態量采集，開關狀態、接地刀閘狀態采集；（5）113次諧波分量計算、三相不平衡度的分析計算；（6）遙信輸入（無源，24 V）和遙控輸出（合、分閘、常開觸點）；（7）事件順序記錄、歷史數據、主站下發信息可當地存儲；（8）支持IEC 608705101、IEC 608705104、CDT92、DNP3.0、MODBUS等多種常用規約（FTU參考設計不包含規約部分）；（9）支持多種通訊方式，提供多路通訊接口，提供2路RS232或2路RS485+2路10M/100M自適應以太網口；（10）配置GPRS模塊；（11）具備故障檢測及故障判別功能，如過流、過負荷；（12）配備后備電源，當主電源供電不足或消失時，能自動無縫投入；（13）具備對時功能，支持SNTP。

目前，市面上很多電力企業采用MCU+MPU雙處理器架構，以利用MCU的實時性和MPU上運行的穩定的網絡協議和文件系統資源。那么，我們可以把MCU+MPU的結構用一個MCU來替代，本文就介紹一種單處理核心的FTU實現方案。常規硬件方案框圖如圖1所示。

圖1 常規硬件方案框圖

本方案的優點是開發簡單，將加密、文件系統、主站通訊協議等裸機開發有難度的部分放到嵌入式Linux系統開發，將有實時性要求的采集、遙控部分放到MCU開發。但是缺點也同樣比較明顯，就是成本的增加，隨著FTU市場的不斷飽和，成本將決定未來產品的走向。

FET1052-C核心板基于NXP公司i.MX RT1052跨界處理器設計，搭載ARM Cortex-M7內核，集微控制器的低功耗、易用性與應用處理器的高性能、高擴展性于一體。主頻600 MHz（工業級528 MHz），SRAM 512 kB（TCM），SDRAM 16 MB（可選32 MB），QSPI-Nor Flash 4MB（可選16 MB）。

FTU參考設計硬件實現圖如圖2所示。采用ADI公司的16bit ADC芯片AD7607-8，通過SPI擴展，做三相電流和三相電壓檢測，支持8通道同步采樣，每個通道均能實現最高200 ksps，內置電壓基準，支持真正±10V和±5V雙極性信號輸入。2路ADC檢測直流量，電流檢測會使用差分AD輸入以提高精度；保留15～16個的GPIO口，作為遙信輸入和遙控輸出，以及狀態檢測和LED顯示等；ARM Cortex-M7處理器最高主頻600 MHz（工業級528 MHz），支持單精度和雙精度浮點單元FPU，可做諧波分量計算；引出4個UART口，其中2路作為RS232，2路作為RS485，其中一路UART可以連接GPRS模塊或者4G模塊，一路可接線損模塊；雙網口支持，一路網口通過i.MX RT1052片上的以太網控制器連接外接的PHY芯片KSZ8081，另一路通過UART外接自動配置以太網控制器w7500包含TCP/IP連接芯片、PHY嵌入式、變壓器和RJ45，內嵌48位全球唯一MAC地址；1路IIC接口，可擴展外部RTC時鐘芯片RX8010SJ，CPU自帶RTC耗電量在mA級別，外擴RTC在nA級別延長電池使用時間；FET1052-C核心板自帶16 MB SDRAM和4 MB的QSPI NorFlash作為程序和數據空間；1路SPI接口外接國網ESAM芯片；CPU自帶兩路CAN2.0B控制器，最高支持1 MB/s速率；溫度檢測通過DS18B20實現，GPIO模擬單總線協議；CPU內置看門狗定時器，支持0.5～128 s超時設置。

圖2 FTU參考設計硬件實現圖

FTU參考設計軟件的實現，使用Linux系統開發。優勢：可以降低開發難度，特別是在網絡協議棧、文件系統存儲方面。因為采用的Linux系統支持網絡全協議棧，TCP/IP、UDP、FTP、Telnet、SNTP等多種網絡協議。支持EXT3、EXT4、FAT32等文件存儲格式，多任務并發處理模式可以多線程多進程方式開發，大大簡化工程師的開發難度，而且移植方便。

4 結束語

綜上所述，電力企業自動化技術的不斷發展，需要引進新的自動化技術，并且要不斷地對現有的自動化技術進行研究創新，保證在電力傳輸穩定的同時，讓現代化電力企業能夠蓬勃發展，并且自動化技術在現有的電力企業中的輸配電及用電工程中具有十分重要的作用，本文僅介紹了一種有關配電的現有的自動化技術，未來還需要電力企業不斷探索并且要深入研究自動化技術。可以培養大量的相關復合型人才，且對相關人員進行培訓工作，在工作中技術層面要有所保障，這樣才能保證企業的穩定和可持續發展。