维普资讯 http://www.cqvip.com 中国砚戒黼装备 ２００８年第６期（总第６４期） 中低压配电网的自动化系统 陈亮 广播电视塔 北京 １０００３６ 摘 要：从现代社会对配电的要求、电力企业自身的发展需要、国内外配网自动化发展的状况等方面，论述了中低压配电 网自动化的必要性；对配电网自动化的几种现有方案进行了比较，提出了用可编程序控制器（ＰＬＣ）来实现中低压配电网自 动化的解决方案，并对ＰＬＣ方案的具体实现作了详细的介绍。 关键词：配电网自动化可编程控制器 随着科学技术的发展，实现中低压配电网的自动化 已成为电力系统发展的趋势。中低压配电网作为输配电 和健康水平，延长使用寿命。 实现中低压配电网自动化，可以提高整个电网的管 理水平。主要包括：为电力系统计算机管理自动、准 确、及时地提供更为详尽、丰富的数据和信地方、任何 用户的计划停电、供电；可以方便、直观地监控全局内 系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的 质量和可靠性密切相关。为此，本文特对中低压配电网 自动化的必要性及其实现方案作简单的讨论。 一、实现中低压配电网自动化的必要性 各个用户的用电、供电情况，实现总体控制。 ３．中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节 １．实现中低压配电网自动化是提高人们生活质 量、发展国民经济的要求 在现代社会中，供电质量的好坏，不仅反映一个国 家或地区人们的生活质量、水平和投资环境的好坏，更 是影响经济发展的重要因素，它决定着工业发展的方 配电网自动化建设，在我国尽管起步较晚，但也已 经进行了近２０年的研究和实践，取得初步成效。但是研 究与实践成果大多数都是在高压配电网（３５ｋＶ以上）层 次上进行的，而在中低压配电网（配电房这一层次）的 自动化问题上，还是一片空白，既没有总体的规划，也 向、规模。实际上，信息时代的到来，要求不间断供电 的计算机设备越来越多，给供电提出了更高的要求。停 电或限电会导致减产，而忽然的停电则会危害工厂的重 要设备。只有实现中低压配电网的自动化，才可能最大 限度地提高供电质量，满足人们日常生活工作与生产的 需要。 没有一个统一的技术原则。不仅如此，目前的纵向监控 一般只限于变电站的出线以前，对于从变电站馈线到终 端用户等属于用电管理范畴的监控，除少数大用户的负 荷控制外，尚无其它监控手段。 二、中低压配电网自动化方案 １．电力系统自动化现有方案的比较 中低压配电网（主要指开关站、开关房、开闭所） 的自动化和变电站的自动化具有一定的相似性。因此， ２．实现中低压配电网自动化是电力企业自身发展 的需要 实现中低压配电网自动化，可提高供电的质量和可 靠性。实现中低压配电网自动化，可减少故障次数，缩 小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电、快速分析、 诊断、报告事故原因提供有效的依据。 分析一下变电站自动化的实现方法，对于正确确定中低 压配电网自动化方案具有重要意义。 变电站自动化系统由５个部分组成：主站、远方终 端单元（ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｒｍｉｎａｌＵｌｌｉ ｔＳ，ＲＴＵ）、线路传感 实现中低压配电网自动化，可以提高整个电力系统 的经济效益：减轻维护人员的劳动强度；减少操作人 员；增强电力系统的免维护性：有利于提高设备的安全 收稿日期：２００８－０２－２９ 器、远方控ＮＳＦ６或真空开关、’通信电缆。其中，ＲＴＵ 装置位于变电站现场，可以自动采集各种开关状态量 （遥信）、模拟量（遥测），并经专用通道传递到监控 中心的主站系统；有的ＲＴＵ还可以按监控人员的意图和 指令执行特定的遥控操作，并将操作结果返送监控中心 ＠２ ．耽 作者简介：陈亮，工程师。 ５６ 一 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第６期（总第６４期） 主站系统。 中国现代 装备 （３）应用于中低压配电网的ＲＴＵ，在功能上应具有 从变电站ＲＴＵ可以实现的功能来看，变电站的自动 化包括３个方面的内容：遥信、遥测、遥控。除此之 外，有的系统还可以根据遥测的结果实现电能量总加功 模块化结构，在硬件上要越简单、越可靠越好。最好是 同一套简单硬件，只要简单进行一下设置，就可以满足 不同场合、不同规模的要求。 由此可见，有必要开发新型的、不同于传统结构的 能。与此相应，变电站自动化系统可以分为两类：一类 只实现了遥信、遥测的功能，即传统的ＳＣＡＤＡ系统；而 最新的ＳＣＡＤＡ系统则属于另外一类，它应该可以实现所 有“三遥”功能。这两类系统对应着电力系统自动化的 ＲＴＵ，以适合中低压配电网自动化的特点和需要。 ３．中低压配电网自动化ＲＴＵ的ＰＬＣ实现 可编程序控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌ ｅ ｌｏｇｉ ｃｃ０ｎ— 不同阶段和水平。 从变电站ＲＴＵ实现遥测的方法来看，ＲＴＵ存在两种 实现方案： （１）直流采样方案 这种类型的ＲＴＵ装置在采集模拟量之前，先利用变 送器将交流转化成直流，然后再使用ＲＴＵＡ／Ｄ转换元件 将直流量表示成数字量。其装置以模拟电路为主，辅以 少量的数字电路。其特点在于需要变换器，无需高级的 数字处理单元（ＣＰＵ等），难以反映模拟量的瞬时变 化，无法进行谐波分析，电能量总加功能的实现比较复 杂困难。 （２）交流采样方案 这种类型的ＲＴＵ装置直接使用Ａ／Ｄ转换元件对交流 电量进行采集计算，无需变送器之类的转换设备，但需 要快速的数字处理单元进行配合，以对采集到的数据进 行分析、综合。它不仅可以反映电量的瞬时变化，而且 可以进行谐波分析，计算频率，简单地实现电能量总加 功能。它们多使用微型计算机（￣１８Ｘ８６等）配合多个单 片机（￣ｎ８ｏ５１、８０９８等）、并加上大量的Ａ／Ｄ转换电 路，来实现开关量、模拟量的采集。 当前在数字技术得到充分发展和应用的情况下，交 流采样方案是配网自动化的一个合理选择。它以数字电 路为主，辅以少量的模拟电路，功能强大，扩充容易， 可靠性较直流采样方案有较大提高，综合成本低。 ２．中低压配网自动化的应用特点 中低压配网自动化系统由主站、远方终端单元 （ＲＴＵ）、线路传感器、远方控ＳＪＪＳＦ６或真空开关、通 信电缆等五个部分组成。中低压配电网自动化的应用有 自己不同的特点： （１）传统的变电站ＲＴＵ在功能上偏重遥信、遥测， 但中低压配电网的自动化对象（开关房、开闭所和配电 房）数目繁多，开关操作频繁，更注重遥信、遥控功 能。 （２）中低压配电网的自动化对象遍布城市、农村等 各种不同环境，被不同层次的用电管理人员（包括农村 电工）所操作。更要求其具有安装灵活、易操作、免专 业维护、抗恶劣环境等特点。 者— 一ｅｅ＠ ・ ｔｒｏｌｌｅｒ，ＰＬＣ）技术经过几十年的发展，已经相当成 熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制 的各个领域。用ＰＬＣ来实现中低压配电网自动化的ＲＴＵ 功能，能够很好地满足Ｒ Ｔ Ｕ的特有的要求。在国内市 场，有来自许多著名厂家的ＰＬＣ产品。这些产品从简单 到复杂，都自成系列，可以满足不同应用的特殊要求。 大多数中低档次的ＰＬＣ产品，都包含有离散点输入和输 出（点数的多少可以依据应用情况增减）、模拟采样输 入、时钟、通信等功能。利用这类ＰＬＣ的现成功能，可 以方便地实现中低压配电网自动化的ＲＴＵ功能。使用 ＰＬＣ的离散输入点来实现遥信、用ＰＬＣ的离散输出点来 实现遥控、用ＰＬＣ的模拟采样输入来实现遥测、用ＰＬＣ 的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，都无 需额外的硬件，只需根据开关房的实际情况，对ＰＬＣ进 行简单编程即可。不仅如此，利用Ｐ ＬＣ的模拟输出功 能，甚至还可以实现配电网的遥调。例如调节调压变压 器的变比，调节静止无功补偿设备的电压、电流相角 等。 这样一种基于ＰＬＣ的中低压配电网自动化的ＲＴＵ实 现方案，完全可以满足中低压配网自动化的特殊要求。 它具有以下特点和优势：硬件结构简单，完全免维护； 规模可大可小，只需将ＰＬＣ的扩展模块连接在一起，就 可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；抗恶劣环 境；高可靠性；编程实现各种功能，免硬件调试；费用 低廉。 ＰＬＣ方案在具体设计时，包括以下几个步骤： （１）获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动 化的具体要求，确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、 甚至遥调的设备，统计各处配电房需要这４种信号的具 体点数。 （２）确定通信方案。根据配电网的规模及分布情 况，确定总体设计方案，主要是通信方案的设计和选 择。 （３）ＰＬＣ选型。根据各处各种操作的点数以及所确 定的通信方案，选择恰当型号的ＰＬＣ来实现ＲＴＵ功能。 由于ＲＴＵ需接受监控中心的指令，并上传配电网、开 关柜的信息，所以通信功能是选择ＰＬＣ的主要考虑因素。 ６７。 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国砚代苏唷装备 由于各开关房、开关柜的操作类型、操作点数往往 ２００８年第６期（总第６４期） 而在ＰＬＣ内部获得一个高电平或低电平。 相差很大，因此，Ｐ Ｌ Ｃ是否具有模块化结构和组态能 力，是否能够灵活、经济地组成输入点、输出点、测量 对于遥测，经互感器出来的信号，必须落在ＰＬＣ的 Ａ／Ｄ转换模块的测量范围之内，才能接入到相应模块的 输入端。此外，在选择ＰＬＣ的Ａ／Ｄ模块时，还要考虑采 样周期问题。周期太长，将无法获得精确数值。 点（Ａ／Ｄ）、调节点（Ｄ／Ａ）的规模可变系统，是选择 ＰＬＣ型号的另一个主要考虑因素。 目前，很多厂家的产品，都可以满足通信以及模块 化的要求。例如，ＳＩＥＭＥＮＳ的Ｓ７～２１４以上系列，三菱的 ＰＬＣ可以实现遥调功能，但因电网中应用很少，这 里不予详述。 Ａ１ｓ系列，松下的较高级别的ＰＬＣ系列等。根据具体情 况，在一个配网自动化工程中，整个配电网系统可以选 用同一个厂家的ＰＬＣ，也可以根据配电房的具体情况， 选用不同厂家的ＰＬＣ，以利用各厂家ＰＬＣ的优势和特 色。 ２．软件实现 在ＰＬＣ软件方面，由于ＰＬＣ以循环扫描和中断两种 方式来执行程序，因此为了完成所有ＲＴＵ功能，ＰＬＣ软 件应包括：循环扫描执行的主程序；通信程序（接收和 发送报文）；收到报文分析程序；上发报文产生程序； 输入点电平中断扫描程序；操作执行程序（遥控、遥 三、ＲＴＵ功能的ＰＬＧ实现 ＲＴＵ功能的ＰＬＣ实现包括硬件实现和软件实现两个 方面。 信、遥测等）。 在上述程序模块的编制中，应重点考虑以下问题： （１）ＰＬＣ的主ＣＰＵ的速度是否足够快？如何编制出执 行时间短的程序？ （２）ＰＬＣ和监控中心的通信要利用一套复杂的通信 规约，ＰＬＣ的程序容量能否容下所有程序？如何编制出 短小精干的程序？ １．硬件实现 在硬件方面，主要存在ＰＬＣ的电源如何提供，ＰＬＣ 如何实现长距离的通信，遥控、遥信、遥测、遥调如何 具体实现等问题。 由于Ｐ Ｌ Ｃ都有配套的专用电源模块，因此在设计 ＲＴＵ时，主要应考虑电网断电后ＰＬＣ的供电问题，通常 以配置充电电池的方式解决。 一（３）ＰＬＣ是通过循环扫描输入点的内存映像以获取 输入点的输入状态的，在配电开关动作时，相应辅助触 点往往存在短暂的抖动。抖动的机械频率虽然很高，但 相对于ＰＬＣ的程序扫描执行的频率却是很低的，因此这 种抖动会在ＰＬＣ的内存映像中反映为多次不相干的开关 动作，如何在程序上消除这种开关动作的假象？ 实践证明，采用恰当的编程技巧，以上各种问题都 可以得到解决。 般ＰＬＣ的通信模块只具有短距离的通信能力，虽 然有些公司为ＰＬＣ提供配套的组网模块，但通信距离也 在若干千米以内。而配电网的特点是点多、面广， 因此，必须借助其它方式以延长ＰＬＣ的通信距离。方法 很多，有电话调制解调器方案、专线调制解调器方案、 无线方案、寻呼台服务方案、光纤方案等。在同一个配 电自动化工程中，可以根据具体情况，采用单一方法， 也可以采用多种方法组合。 四、结论 实现我国中低压配电网自动化，是提高供电质量、 用电可靠性和提高电力企业自身水平的需要。利用ＰＬＣ 来实现中低压配电网的ＲＴＵ功能，具有简单、可靠、易 用等特点，是一个比较有应用前景的实现方案。 在ＲＴＵ的四遥操作方面，由于ＰＬＣ的电平以及功率 容量同操作设备不可能正好一致，加上有电气隔离的要 求，因此，必须增加辅助的电位转换、功率放大、电气 隔离等模块和器件。 对于遥控，当ＰＬＣ收到开关指令时，输出点到内部 电源的通路被接通或关断，如果直接用输出点的输出电 流去操作开关设备，则功率根本不够。因此，可把ＰＬＣ 的输出点作为一个小功率继电器的激磁电源，以控制该 继电器的常开或常闭触点的开合，再由该继电器去控制 参考文献 【１】李健．配电自动化系统【Ｍ】．北京：中国电力 出版社．１ ９ ９ ８ ［２】李仁俊．配电网自动化系统的研发与应用实 配电网的配电开关的操作电源，使配电开关动作，线路 或配电设备被投切。 对于遥信，则是将被测开关的辅助触点两端引线接 ＮＰＬＣ的输入点和地，当配电开关动作时，辅助触点相 应开闭，ＰＬＣ的相应输入点与地之间被断开或短接，从 践【Ｊ】．全国配电网自动化高级论坛，２ ０ ０ ０，８ ［３】陈堂，赵祖康，陈星莺，等．配电系统及其自 动化Ｍ】．北京：中国电力出版社，２ ０ ０ ２ 【４】徐丙垠．配电自动化远方终端技术【Ｊ】．电力 系统自动化，２ ０ ０１，３ ５８ 一 勘 … ’
