监控终端在智能配电网自动化项目的应用

近年来我国的电力工业正大力推动智能电网的建设，并在新的“十二五”计划中针对智能电网的发展作了具体实施规划，其中专门针对配电网络自动化的建设做出了重点批示，并提出建设智能化配电网络的目标。

配电网自动化建设的关键是需采用自动化设备，提高设备的故障判断能力和自动隔离故障，恢复非故障线路的供电条件。基于多年来稳定发展的远动技术，馈线终端DTU在配电网自动化建设中，能够实现在馈线基础层的实时监控服务。

1　实现配电网自动化的主要条件

配电网自动化主要涉及中低压级电网，主要有以下建设内容：可靠安全的供电网络，包括电源点应保证电力输送线路的经济运行，开关、变压器等设施；对故障的自动判断和隔离，在人工或自动条件下恢复非故障线路的供电，对故障点进行自我隔离和诊断；实时监控配电网络的运行状况，采用配电管理系统SCADA，对配电网所需的信息进行技术处理，及时反应配电网的运行状况和事故的处理及分析；用电管理包括用户对电能的管理要求，对电能进行调整，对用电负荷的控制和经济调度等。

1.1　配电网系统的馈线方案

a. 环网电缆方案。以电缆作为配电主干线的配电网，一次开关环网柜设备和二次DTU设备配合可完成自动隔离故障功能。

b. 架空配网方式。通常是双电源环网供电方式，一次开关和二次FTU设备配合可完成自动隔离故障功能。

c. 辐射型配电网。多以单电源供电，控制设备由变电站主开关作保护，配电线路可根据需要设多级重合器和分段器保护，达到自动隔离和恢复供电的条件。

1.2　配电网自动化通讯

配电网自动化程度的重要标志是通讯是否符合自动化的要求，馈线自动化的实现必须依赖于良好的通信条件。光纤通讯是城市配电网通讯的主要方式，其特点是可靠性高，干扰小，不受环境条件的影响。基于GPRS、3G等技术的无线通讯也是目前较主流的通信手段，应用于地理分散、负荷较小的配电线路区域。

2　配网自动化典型方案

在智能配网建设中，首先需要建设覆盖面大、实用化程度高的城市配网自动化系统，搭建一个配网智能化建设的大基础平台。其中，由配网自动化管理系统（DMS）、通信子站、终端设备（DTU/FTU）组成的系统成为典型的实现配网自动化的解决方案。

由ABB公司提供的配网自动化整体方案采用三层式结构（如图1所示），每一层（三层一体化）可实现功能如下：控制中心DMS提供全网络完整的配网自动化管理功能；通信服务器SYS600C提供区域配网自动化功能，带监控；终端RTU560（DTU/FTU）提供集成的监控界面，实现开关单体监控。

2.1 　配网自动化管理系统（DMS）

支撑整个配电网络的自动化需要配网自动化管理系统实现配电网络管理的高级应用，主要功能包括：监控SCADA；数据工程，可接入GIS等系统数据源；故障定位、隔离及恢复；故障呼叫系统；网络优化功能应用等。

2.2　通信子站/服务器

通信子站作为接入终端设备的通信前置服务器，提供充裕的通信接口及通信协议，接入数量庞大的DTU等终端设备，为配电网络管理系统提供划定的配电区内统一实时信息。

2.3　终端设备

a. 环境适应性。能适应户外高温、潮湿等恶劣运行环境要求。

b. 三遥。正确监视馈线运行，汇报负荷等实时信息。

c. 故障检测。捕捉由接地、短路等原因引起的故障电流。

d. 通信能力。支持多种通信方式（网络及串口）及通信协议，与主站系统数据交换。

e.  满足EMC电磁兼容性要求。

f.  提供可靠的不间断电源。

3　市场对终端的技术需求

由传统远动控制的技术发展而来，终端产品在功能上得到进一步开发，以适应新的目标应用要求。在配电自动化应用中，终端的功能性可以概括为以下方面。

a. 系统要求软、硬件配置的灵活性和扩展性，便于工程实施过程的升级、改造。

b. 对供电线路进行正确的测量及采集、计算，故障电流的监测及事故报告。

c. 提供集成的HMI监控功能，在终端设备上实现主站系统的后备。

d. 可执行复杂的PLC功能，执行多语言编程。

e. 关键数据的存档，掉电不丢失。

f. 当地及便捷的远程诊断、维护。

g. 网络安全技术。

h. 支持标准数据交换接口的工程、工具。

i. 增强的通信能力、技术改进表现在以下方面：实现灵活、稳定、可靠的数据转发；接入IED/智能设备；标准通信协议，IEC60870-1-1/104，IEC61850支持水平通信等；支持通信协议的区域、地方标准化，以优化数据通信；接入现代传输介质——网络、光纤、无线、卫星；IT技术的运用（用于工程、诊断和维护）。

4　终端应用经验

ABB作为全球技术领先的电力系统与产品供应商，其产品的各项技术指标无一例外地均通过KEMA及欧洲各项技术标准的检测，并获得国家型式认证。ABB终端产品RTU560，已率先在国家电网及南方电网两大电力公司的智能电网配电自动化示范工程得到成功运用。

客户需求：安装于环网柜，监控馈线进、出线；检测短路及相接地等馈线故障；保存并报告馈线的异常负荷数据。

ABB的响应：RTU560导轨安装解决方案；采样相电流，中性线过电流（至少20倍额定电流），识别故障；PLC编程和数据存档功能使RTU560能够判断；故障并保存馈线停电瞬间的负荷数据。

RTU560系列产品以完善的功能性为配电网络馈电线路（35 kV及以下环网柜监控DTU）提供实现自动化的保证，得到已被运行证实的功能性。基于几十年的开发经验，设计理念满足最新、最广的需求：导轨安装设计，适配于各类开关设备的新建、改造工程；高精度监测，运行高可靠性，满足规模化配网自动化建设运行、维护要求；丰富的标准通信协议库，并灵活支持各类特殊通信要求；实现IEC 61850标准的客户端及服务器端功能；集成了HMI功能，实现配网管理系统的后备；灵敏的故障电流检测；执行复杂的PLC逻辑功能，支持多编程语言；集成了网络通信的Cyber安全标准技术，提高网络安全保障；支持远程数据及工程维护、诊断；海量的数据持久保存功能，可供各类生产、事故分析。

针对安装及工程，建议如下：采用不锈钢材质的柜体，尺寸与开关柜一体化设计，通风考量，防潮防锈，防高温；系统运行状态就地指示，现场诊断便捷化；配置电源管理单元，常规电源失电后可不断电转换到电池组侧供电，后备电池组容量足够支撑终端后续运行；实时监视开关柜本体温度，可有效预处理因长时间过负荷运行、设备老化等原因引起的开关高温状态，降低生产损失，避免危害。

5　馈线智能化基础及终端技术展望

目前，我国配电自动化进行了较多试点，由配电主站、子站和馈线终端构成的三层结构已得到普遍认可。针对三层式方案，提出三层一体化的监控保证配电自动化的实现。

光纤通信作为主干网的通信方式也得到共识，光纤通信使得馈线终端能够快速地彼此通信，共同实现具有更高性能的馈线自动化功能，如自愈型自动化方案。

基于更进一步的智能化电网（如自愈）的建设，具备GOOSE水平通信能力的终端可以支持馈线智能化的实现。因此可以认为，水平通信将成为终端通信技术及配网自动化建设的下一个发展方向。ABB公司依托几十年的监控终端产品研发及应用经验，呈现给用户一个高品质的智能配网解决方案：基于水平通信方案的故障定位、隔离及自动恢复功能均不依赖于后台/主站功能，完全由各站DTU通过GOOSE网络的水平通信实现，由相关DTU获取信息并逻辑计算完成馈线的自动网络重构；建议构建基于IEC61850标准的光纤环网结构的通信网络，一旦发生单一节点故障时，环网结构支持网络通信重构，可保证通信系统正常工作；建议添加通信网络监视功能软件，以监视整个网络中的通信情况，不仅能监视到DTU装置的通讯状况，同时监视各以太网交换机及端口状态，及时提示操作人员相关信息；建议配置IEC61850网络报文及GOOSE监视软件以利于调试及维护工作。

6　结束语

配电网络自动化建设刚起步，其建设规模及效果还在发展和成熟中，二次设备作为配电网自动化发展过程中的关键一环，其稳定性、可靠性、降低检修维护压力均为实际问题，因此需选用性价比合适的终端设备。相信在各方努力下，配电网自动化将会不断完善并实现标准化、规范化管理，从而得到更大的社会效益和经济效益。