配电自动化终端标准化即插即维护技术研究与应用

国网重庆市区供电公司 肖智超 国网重庆市区供电公司 周 斌

配电自动化除了配电网自动化网的建设，还包括配电网及设备的维护系统的建设。随着配电网不断建设，配电自动化终端由于类型数量众多、分布范围广泛，终端通信规约版本众多、兼容性差、运维工作繁杂等问题渐渐凸显出来。目前对设备开展维修仅能通过事后的现场勘查进行人为判断，主要依靠人员技能水平和维修经验，缺乏一种维修辅助决策技术，提升配电自动化应用维护水平迫在眉睫。

1 技术现状

近年来智能配电网与物联网的概念不断升温，许多与智能配电网相融合的新技术也不断被提出，其中包括面向智能配电网的物联网技术的问世等。智能配电网与物联网的融合作为一种具有极高战略意义的新型产业技术被世界各国高度重视，我国也将物联网、智能配电网列为国家战略，并全面部署了众多重大科技项目、示范工程的建设。

智能配电网的物联网技术首要解决问题是实现电力设备状态在线监测，这是配电网智能化的关键一步。利用物联网技术可实现对智能配电设备的特征量监测，并利用一次设备状态监测与故障分析系统预先判定一次设备的故障征兆，然后由人工根据诊断结果制定检修计划，以便在设备发生故障前就能及时排除隐患，提高设备运行的经济性和稳定性。通过状态监测技术的实施，为后期变电站状态监测改造及状态检修的全面开展积累经验，再逐步探索先进的状态检修管理模式，并通过管理模式的不断完善最终建立科学的状态检修管理体系。

2 配电自动化终端标准化即插即维护技术研究

要提升配电自动化设备运行维护水平，解决终端通信规约版本众多、兼容性差、运维工作繁杂等问题，主要从两方面着手：通信规约标准化，解决兼容性问题；采用即插即用技术。通信连接后配电终端注册及配置信息动匹配，减少人为设备信息管理方面的操作，使维护工具自动适应不同配电自动化终端维护的工作。

目前山东、江苏等地低压配电终端物联网化试点项目正在有序地开展，物联网化配电终端主要采用的技术方案有MQTT 通信+profile的组合方式来实现低压设备的信息与配电主站系统交互，也就是基于物联网技术解决配电设备即插即用的问题。如果全部升级使用物联网的MQTT 通信+profile的组合方案，从现实角度来讲短时内还不可行，短期内主站系统也不支持相应的升级工作。目前各设备生产厂家都具有自己的终端维护软件，主要支持电力101、104协议进行终端维护，所以在101、104标准协议基础上，通过标准化的定义实现配电自动化终端标准化即插即维护，是一个比较现实可行的方案。

2.1 采用IEC-101/104协议方案优点

IEC-101/104协议作为电力系统标准的通信协议在我国应用多年，目前挂网运行的配电自动化终端基本上采用电力101、104协议与配电主站进行数据信息交互，相对而言标准应用成熟，标准化程度高。采用该协议实现标准化即插即维护功能，在网运行的自动化终端都支持现有国家电网成熟的标准化协议及其它实施细则，配电终端升级或改造难度小，开发工作量小，成本低，阻力小，比较容易实现。国家电网2016年发布了最新的101/104协议实施细则，已对配电终端参数及定值有规范化的定义，主要适用现场维护使用的需求，但各终端厂家仍然有部分自定义的参数不是标准化的参数表中，可以说这为标准化维护走出了一大步。

目前一般的维护工具对基本的遥信、遥测采集及遥控操作都不存在问题，配电终端标准化即插即维护工具软件，可选择101、104协议作为标准的通信协议，只要添加合理的配置信息交互方式实现配电终端维护过程中的注册、信息自动匹配功能即可。由于61850标准相对比较复杂，在配电领域试点多年一直没有得到有效推广。61850配置工具操作更为繁琐，相比采用61850标准文件，标准化101/104协议定义的配置数据xml 文件模型相对较为简单，比较容易实现及推广。支持配置信息注册、自动匹配功能的标准化101/104协议+xml 文件与目前物联网采用的MQTT 协议+profile的组合有异曲同工之处，不但可支持现有的主站系统且很容易升级，只需增加一个标准的转换模块，将现在的101/104协议转成MQTT 通信，将有的XML 配置文件转成标准的Profile 文件，即可支持后续配电物联网接入改造。该方案不但可降低成本，还可分阶段实施满足不同地区需求。

2.2 在国家电网标准化协议基础上添加内容

为支持各厂家自定义的参数，标准化维护工作可支持各厂家自定义的参数表或参数文件，通过统一的方式进行配置维护，主要在国家电网标准化协议基础上添加以下内容：

配置信息注册、自动匹配过程依次为：读固有终端标准参数；TI=202，COT=6；参数读取确认；TI=202，COT=7；读取整定值结束；召唤文件目录；TI=210，COT=6，操作标识=1；参数读取确认；TI=210，COT=7，操作标识=2；召唤文件目录结束；读文件激活；TI=210，COT=6，操作标识=3；读文件激活确认；TI=210，COT=7，操作标识=4；TI=210，COT=5，操作标识=5；读文件数据传输；TI=210，COT=5，操作标识=5；读文件数据传输；TI=210，COT=5，操作标识=5；读文件数据确认；TI=210，COT=5，操作标识=6。

以上过程参考：配电自动化系统应用DL/T634.5101-2002实施细则（试行）；配电自动化系统应用DL/T634.5104 -2009实施细则（试行）。文件读取过程会有多个文件的读取，维护工具软件自动完成多个文件的读取。读取固有的终端标准参数，主要用于与配置文件信息对应（表1），配置数据文件名全部采用字符串进行标识，每种类型文件拥有唯一的名称标识（表2）。下面主要列出遥信及参数配置文件格式，其它配置文件格式就不全部列出。

相比配电终端物联网化采用的MQTT 通信+profile 方式，采用本技术方案支持国家电网现有成熟的协议体系，终端升级或改造难度小，开发工作量小，成本低，比较容易实现，但101/104协议比MQTT 通信在文件读取速率上相对较为逊色，标准化维护工具在配置信息注册、自动匹配过程中时间可能会稍长一些。针对这个问题，在配置信息读取之前，读取终端固有的参数信息，如果参数数据与终端保存的数据能够完全匹配，说明配置信息已全部读取并保存，则可以不必读取详细的配置文件信息。

表1 终端固有参数信息体地址分配表

表2 文件传输类型及目录/文件命名规范表

图1 遥信量配置文件内容及格式

图2 参数配置文件内容及格式

配电终端标准即插即维护技术的原理：通过配电终端通信协议及维护参数研究，制定出统一的、开放的标准通信协议规范以及终端关键参数的维护原则。通过灵活的计算机数据生成及显示技术，达到配电自动化终端维护统一化、规范化、标准化的目的。然后在标准规范的约束下开发出标准化的参数配置工具软件，通过即插即用技术连接即完成维护终端注册、配置信息自动匹配，减少维护人员繁杂操作，实现不同厂家、不同类型配电终端现场维护工作的标准化统一维护，从而提升配电自动化应用维护水平。

3 应用设计方案

3.1 功能介绍

配电终端通用维护软件设计是为适用于国内主要配电终端生产厂家的DTU系列、FTU系列、故障指示器系列等配电终端进行三遥数据采集、关键参数配置、常规数据读取等功能，主要在配电终端现场维护调试，供电公司日常维护过程中使用。软件要求操作方便、运行稳定可靠、还具有避免维护人员设置参数时出错的功能。配电终端通用维护软件主要具有配电终端选择、终端配置管理、实时数据采集、参数、定值配置、历史数据读取/存储等功能。

系统管理：主要是软件使用后的安全退出操作，为以后的系统管理扩展预留；终端管理：主要对所测试的FDR、RTU 类型的终端进行管理，自动读取或设置各终端的相关维护配置数据信息。维护软件与终端通讯联接后对终端配置参数验证，首先读取终端基本信息，在完全合的情况下不用进行其它信息的召唤，在终端配置信息没有的时候进行配置信息初始化召唤；通讯及管理：配电终端通用维护软件具有能与远方遥控终端单元通讯的功能，采用电力系统101/104通讯规约，能与多个监控终端站点同时通讯。由于与多终端通讯，需对各通讯站点的设置进行管理以保证各站点正常通讯；终端参数设置：配电终端通用维护软件具有对一体化遥控终端单元的内部参数进行设置的功能，在系统需要的情况下对DTU、FDR的参数进行修改，保证终端正常运行。

实时数据监控：配电终端通用维护软件的基本功能就是对一体化遥控终端单元的数据实时采集、分析、显示，使操作人员实时了解配电网运行情况，及早对可能发生的异常情况提示处理，保证电网正常有效的运行；历史数据管理：软件具有读取、分析、存储系统历史数据的功能。根据配电网自动化系统的特点，要求一体化遥控终端单元本身存储一定量的历史数据，中心监控计算机就不必存储大量的数据，保证系统稳定、快速的运行。当操作人员需察看历史数据时可直接从监控终端中直接读取；数据库维护功能：软件除了具有实时数据，还具有一定量的历史数据，当系统需要时可对实时数据的一些参数进行修改。

3.2 系统整体架构

整个维护工具软件主要分为四大功能模块：应用服务功能模块、公用组件模块、数据管理模块、通讯模块。公用组件模块主要是出于设计层次结构考虑，将应用服务功能的公用资源抽象化、组件化，减少软件开发维护成本；数据管理模块主要实现维护软件各种数据、文件的定义、管理，是软件应用服务功能的数据基础，也是系统各主要功能模块的主要接口定义；通讯管理模块主要实现软件的通信服务功能，包括各通信通道的控制，通信协议及报文的处理，通信数据分析、加密等。