配电自动化终端技术探讨

李肖军

摘 要：配电自动化终端装置作为配电自动化系统底层的基本单元，其功能和可靠性直接影响到整个系统功能的有效发挥。本文对配电自动化终端的分类、原理结构、功能、通信技术等进行了系统阐述和探讨。

关键词：配电自动化 终端装置 通信系统

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0120-02

随着经济的快速发展，用户对供电质量和可靠性的要求越来越高。配电自动化系统利用现代计算机、通信技术和网络技术，实现中压配电网运行的自动化，有效地提高供电质量和生产管理效率。因此，配电自动化受到国家电网和科研生产单位的广泛重视，成为是当今配网建设的热点。

配电自动化系统由主站、通信网络、终端装置三部分组成。配电自动化终端主要用于中压配电网中的环网开关柜、重合器、柱上分段开关、配电变压器等的监视与控制，与配电自动化主站通信，提供配电运行控制及管理所需的数据，执行主站发出的对配电设备的控制指令，其性能和可靠性直接影响到整个系统能否有效地发挥作用[1]。

与作为现场装置进行“上传数据、下达命令”的传统调度自动化或远动系统的终端（RTU）不同，配电自动化终端，除了完成传统的“三遥”（遥测、遥信、遥控）外，还能够检测故障、完成一些就地自动控制功能，如分段开关重合控制、开闭所备用电源自投等。此外，安装在户外线路上的配电终端还要能够适应恶劣的运行环境、在线路停电时能够利用蓄电池实现不间断供电等。本文对配电自动化终端的分类、原理结构、功能、通信技术等进行了系统阐述和探讨。

1 配电自动化终端的种类

配电自动化终端主要用于配电设备运行数据的采集与调节控制，不同配电设备对终端的功能、运行环境、安装结构有不同的要求。因此，配电终端可分为4大类。

（1）DTU：开闭所、公用及用户配电所监控终端，一般称为站控终端DTU（ Distribution Terminal Unit）。DTU的构成与传统的远动 RTU 类似，但在功能上与常规 RTU 有很大不同，主要增加了故障检测与就地可编辑逻辑控制（PLC）功能。PLC 用于不依赖于主站对母线或线路故障的自动隔离。

（2）FTU：线路分段开关监控终端，包括柱上分段开关与环网柜监控终端，称为线路终端FTU （Feeder terminal Unit）。 FTU 运行在户外环境中，其功能要求、结构、供电方式、安装形式上都与常规 RTU 有很大的区别。

（3）TTU：配电变压器监测终端，一般称为配变终端 TTU（Transformer Terminal Unit）。TTU 主要用于配电变压器负荷情况的监视与纪录，个别情况下要求其能够根据电压与无功功率情况，就地进行无功补偿电容器投切控制。

（4）用户用电设备监控终端：简称用电终端，采集高压侧电流和开关状态量以及低压侧电压、电流、有功、无功、电能表脉冲计数量等，并结合需方管理（DSM），对用户设备进行控制。一般在大用户装设该设备，设计技术与构成与 DTU 或 FTU 类似。

2 构成与原理

配电自动化终端主要由中心监控单元、人机接口模块、操作控制回路、通信终端、电源模块5部分组成，如图1所示。

配电自动化终端的核心时中心监控单元，像模拟量输入与开关量输入信号的采集，故障检测，电压、电流、有功功率等运行参数的计算，控制量的输出、远程通信等都是其包括的主要功能。配电自动化终端目前的采用的形式是平台化、模块化的输出量和通信接口形式设计，根据实际需要扩展和配置数量。

在简单配置维护配电自动化终端的时候可以使用人机接口，可以整定主要运行参数，可以对电压、电流、功率等测量数据进行显示，其他装置的运行状态信息可以得到反映。为达到设计更简化，装置的可靠性得到提高的目的，有很多没有人机接口模块的配电自动化终端，配置维护的时候就需要维护人员通过便携式PC进行。

通信终端又被叫做通信配适器，可以通过监控单元的以太网接口或者RS232串行接口连接，来达到连接监控单元和配网自动化通信介质的目的。不同的类型的通信设备通道的连接，分有光纤终端、无线终端、调制解调器（用于模拟通道）、载波终端等不同的通信终端。

在FTU可以使用操作控制回路，这样要有人工控制按钮。该装置可以帮助操作人员通过开关位置在回路的显示了解开关状态。

配电终端电路需要的各种直流电源是由电源模块提供。DTU外部输入电源一般取自开闭所内的交流220V自用电源，在自用电源中断时，使用交流不间断电源（UPS）提供备用电源。TTU的电源输入取自配电变压器低压侧输出。对于FTU 来说，因线路上一般不设专用220V交流电源，通常使用电压互感器在提供电压测量取样信号的同时，为FTU 供电。FTU 电源应配备蓄电池，以在线路停电时为自身电路提供不间断供电，同时提供开关操作电源。

3 主要功能

配电自动化终端根据监控对象与应用场合不同，对其功能的要求也不同。实际工程中，应根据具体的应用要求对以下功能进行取舍。

（1）SCADA功能。

即传统RTU的“三遥”（遥测、遥信、遥控）。配电终端要能够测量正常运行状态下的电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数等反映系统不平衡程度的电气量，还要能接入直流输入量，用于监视使用的蓄电池的电压与供电电流。遥信主要是接入配电开关辅助接点信号、储能机构储能正常信号等。遥控包括配电开关合闸与跳闸输出，以及开关量输出。

（2）故障检测与记录。

配电终端采集记录的故障信息主要包括以下几点。

①故障电流、电压值：实际应用中，可像故障录波器一样，记录故障电压、电流的波形，亦可以只记录几个关键的故障电流、电压幅值，如故障发生及故障切除前、后的值。endprint

②故障发生时间及故障历时。

③小电流接地故障电流：能够检测小电流接地系统单相接地产生的零序电流，以供配网自动化系统确定接地故障的位置。

④故障方向：有些情况下，如双电源闭环供电线路中，配电终端需要测量故障电流方向，以确定故障位置。

（3）负荷监测。

负荷监测功能主要适用于TTU，用于检测记录配电变压器低压侧运行数据，其功能主要有以下几点。

①实时运行数据采集功能：用于负荷的实时监视，采集的运行数据与SCADA功能类似。

②负荷记录功能：用于记录主要的反映负荷运行特征的参数，保存在掉电不丢失内存里，由主站根据需要召唤读取或人工定期在就地利用电脑读取。

③负荷统计功能：主要是电压合格率、供电可靠性的统计。

（4）电能质量监测。

配电自动化终端在保证基本的测控功能的同时，完成电能质量数据实时采集处理与上传功能，采集记录的电能质量数据主要是对用户影响最大的谐波、电压骤降数据，个别场合要求记录电压闪变参数。

（5）可编程逻辑控制（PLC）。

实际工程应用中，要求配电终端能够不依赖于主站的指令就地完成一些控制功能，如DTU能够进行备用电源自投与线路故障的自动隔离、TTU能够根据电压与无功变化自动控制无功补偿电容器的投切，这就要求配电终端具备可编程逻辑控制（PLC）功能。

（6）断路器在线监测。

配电自动化终端通过监测并记录断路器累计切断故障电流的水平、动作时间、动作次数，可以监视断路器触头受电腐蚀的程度以及断路器的机械性能，为评估断路器运行状态，并实施状态检修提供依据。

（7）数据转发。

为减少投资、优化通信结构，配网自动化系统一般采用主干通道与小区内分支通信网相结合的通道结构。位于主干节点上的DTU或FTU要具备数据转发功能，以转发附近其他现场智能装置的数据。

（8）配置维护功能。

配电自动化终端一般采用标准化、平台化设计，可通过控制方式字及定值配置功能，适应不同的运行方式。用户可通过专用的维护通信口与PC机相连，运行专用程序，在PC机上在线检查、修改装置的配置方式字，监视装置的测量数据及运行状态。

4 通信技术

配电自动化终端与主站系统间的信息交互都是通过通信系统完成的，必须有稳定可靠的通信系统，才能实现配电自动化的功能。由于配电自动化系统的终端设备具有多点、分散，单台设备的数据量小，实时性要求不同的特点，应根据当地环境和经济条件确定合理的通信方式[2]。

为减少投资、优化通道结构，通常采用一个配电子站转发附近一个区域内配电自动化终端的数据，配电子站一般设置在变电所、开闭所内。配电子站与主站的通道是主干通道，一般采用实时性强的光纤网络。配电子站与配电自动化终端之间的通道是分支通道，对通信速率要求比较低，可采用有线电缆、配电载波（DLC）、现场总线、数据电台、电话拨号、移动通信（GPRS/CDMA）等多种形式。实际应用中，对可靠性要求较高的FTU可采用点对多点光纤通道，对于通信数据量比较大的大型开闭所，DTU可接入主干光纤网络与主站直接通信。

5 结语

配电自动化终端作为配电自动化的重要组成部分，其开发和应用能有效地缩小电力线路故障范围，提高配网的供电能力和用电效率，增强电网运行的可靠性和稳定性。配电自动化终端技术伴随着计算机技术和通信技术的发展，将会逐步成熟，并进一步向高可靠性、多功能、组合式、小型化、低功耗、低成本、免维护方向发展，将会在我国配电网络智能化建设中起到举足轻重的作用。

参考文献

[1] 徐腊元.国内配网自动化综述[J].农村电气化，2004，3：5-6.

[2] 寇世磊.配电网自动化技术研究与应用[J].现代物业·新建设，2013，247（2）：75-76.endprint