配电线路自动化系统配置及运行方式

陈球武

（国网湖南省电力有限公司娄底供电分公司）

0 引言

现代工业生产离不开电力系统的稳定供应， 而配电线路作为电力系统中负责将高压电源进行分配和调节的重要环节， 其安全性、 效率以及可靠性对于整个工业生产过程至关重要。然而， 在传统的手动管理模式下， 配电线路存在着很多缺陷， 如潜在的安全隐患、 操作不灵活、 负荷失衡等问题。因此， 采用自动化系统对配电线路进行配置， 成为当前工业生产中的一个必然趋势。配电线路自动化系统配置可以大大提高电力系统运行的安全性和效率， 减少人为误操作，同时也能更好地管理负载平衡和故障监测， 从而避免因电力故障而导致的生产停滞和损失。因此在当前阶段深入研究配电线路自动化系统配置及运行方式具有重要的意义。

1 配电线路自动化系统概述

配电线路自动化系统主要是一种利用先进的控制和监测技术， 使得电力系统运行更加高效、 安全和可靠的技术， 其构成如图1 所示， 该系统通过对电力设备进行实时监测以及对电网负荷的动态调度， 实现了电能在电力系统中的流动和分配的最佳化。该系统通常包括多个子系统， 如数据采集与传输子系统、 监测与诊断子系统、 保护与控制子系统等。其中， 数据采集与传输子系统用于对各个配电变压器、 开关、 保护设备等电力设备的状态进行实时监测， 并将数据传输至监测与诊断子系统； 监测与诊断子系统则会根据所接收到的电力设备状态数据， 进行故障诊断、 数据分析和预测， 最终向保护与控制子系统提供决策支持；而保护与控制子系统则根据监测与诊断子系统提供的决策结果， 对电力设备进行合理的保护和控制， 从而保证电力系统的正常运行[1］。

图1 配电自动化系统构成

配电线路自动化系统的应用可以大幅提高电网的安全性和可靠性， 有效降低电力事故发生的风险； 同时也可以优化电力系统的运行， 并提高能源利用率。此外， 这种系统还可以大幅降低人工操作的人员和时间成本， 减少了出现故障时的响应时间， 保证了人身安全以及设备的完整性和可持续性。

2 配电线路自动化主要功能

配电线路自动化是指通过现代的电力自动化技术， 实现对配电线路的监控、 保护、 控制和管理。其主要功能可以分为以下几个方面：

远程监控。在传统的配电线路管理中， 需要人工巡检或通过手动操作来实现设备状态的监测。而配电线路自动化系统可以实现远程监控， 即通过网络或无线通信等方式将现场设备的运行状态信息及时传输到中心控制室， 使操作员能够随时获得准确的设备运行状态， 以便及时发现问题并采取措施。

故障检测。配电线路自动化系统可以对线路设备进行故障检测和故障诊断， 并能够根据不同类型的故障实现智能处理和预警提示。例如， 当发生过载或短路等电气故障时， 系统可以自动切断故障部位， 并发送报警信号， 以保证线路设备的安全运行[2］。

自动开关控制。配电线路自动化系统可以实现对开关设备的自动化控制。通过对线路的负荷变化进行实时监测和分析， 系统可以根据负荷情况自动调整设备开关状态， 使其在最佳的运行状态下工作， 从而达到节能和降低成本的目的。

数据分析与管理。配电线路自动化系统可以实现对配电设备的数据采集和分析， 并提供相关的数据报表和统计分析结果。这些数据包括电流、 电压、 功率等参数信息， 以及设备运行时间、 故障次数等维修管理信息， 可以帮助企业更好地管理配电系统， 提高设备的正常运行时间和可靠性。

远程控制。配电线路自动化系统支持远程控制功能， 即使操作员不在现场也能通过网络或无线方式灵活地对线路进行调度和控制。例如， 当需要对某个设备进行维修或更换时， 系统可以通过远程控制方式完成该操作， 避免人工前往现场造成的风险和浪费。

3 配电线路自动化系统的结构组成

配电线路自动化系统作为现代配电网络的重要组成部分， 具有信息化、 智能化、 高效节能、 安全可靠等显著特点。其结构组成主要包括配电设备、 主站DMS系统和通信系统三个部分。

3.1 配电设备

配电设备是配电线路自动化系统的基础和核心组成部分， 其主要包括终端设备、 开关设备、 保护设备和监测设备四个方面。

终端设备： 终端设备是指安装在配电线路上并与主站DMS系统进行通信的设备， 主要由RTU （遥控终端单元） 、 FTU （遥测终端单元） 、 DTU （遥信终端单元） 等三种类型组成。RTU 负责执行主站对线路的遥控操作， FTU 负责获取线路的状态信息， 而DTU 则主要负责向主站传送线路的告警和故障信息。

开关设备： 开关设备是指配电线路中的隔离开关、 负荷开关、 断路器等相关设备， 主要用于实现线路的开关控制、 电气隔离和路由切换。在配电线路自动化系统中， 开关设备需要配备相应的遥控和遥信装置， 以便实现对线路的自动化控制[3］。

保护设备： 配电线路中的保护设备可以为系统提供时刻保护， 在识别出线路的异常情况后， 及时进行断电保护或故障定位。在配电线路自动化系统中， 保护设备主要有过流保护、 接地保护、 继电保护等多种类型的设备， 并采取了智能化技术手段， 提高了保护设备的功能和性能。

监测设备： 监测设备主要负责对线路的电压、 电流、 功率、 频率等参数进行实时监测和统计分析， 并将相应的数据传输给主站DMS 系统， 以便系统实时推送、 报警管控， 降低安全风险。在监测设备的发展中， 人工智能技术和大数据处理技术正在被广泛应用和推广。

3.2 主站DMS系统

主站DMS 系统是配电线路自动化系统的整体枢纽， 它将终端设备、 开关设备、 保护设备和监测设备的数据集中管理， 实现更加准确的数据分析， 优化运行策略， 提高电网安全和可靠性。其主要功能包括终端设备管理、 实时监控、 故障诊断、 人机交互等多方面内容。

终端设备管理： 主站DMS 系统通过网络通信技术将上述终端设备连接到整个配电自动化系统中， 并对其进行统一的管理和控制。包括遥控、 遥调状态查询、 软件升级、 故障告警等方面。

实时监控： 主站DMS系统可通过图形化界面， 实时监测电网设备的运行状态和参数信息， 并实现数据分析。同时还能够实时推送警报， 并根据设定好的策略对异常情况给出应对措施。

故障诊断： 故障发生时， 主站DMS系统可以利用保护与监测设备获取的数据， 快速判断故障原因， 并基于历史数据给出解决方案或建议。

人机交互： 主站DMS 系统的用户界面应具备友好、 易用、 体贴、 高效、 安全等优点， 同时兼容多种开放标准接口， 如ⅠEC61850、 DL/T1647 等规范， 为各厂商提供打通网络的可能性。

3.3 SCADA系统

SCADA 系统是一个可以实现分布式数据采集、控制和监测的自动化系统， 能够为配电管理人员提供高效的线路运行状态监测和报警功能。在配电线路自动化系统中， SCADA 系统通过无线传输设备采集现场监测数据， 并将其传输到位于配电中心的RTU控制台， 实时监测线路电量负载、 电压参数等数据。SCADA 系统可以帮助配电管理人员迅速判断线路状态是否正常， 并在出现异常情况时立即发出警报。此外， SCADA 系统还可以在实现远程控制的同时带来更加精确准确的调度操作， 使得电力配送变得更加安全可靠[4］。SCADA 系统的核心是软件程序和网络设备， 包括了基础的数据处理、 显示和存储功能， 以及远程客户端软件和服务器软件之间的通信接口， 这些都可以帮助配电管理人员方便地完成对于配电线路的管控。

3.4 通信系统

通信系统是每个配电线路自动化系统的重要组成部分之一， 主要负责终端设备和主站DMS 系统之间的数据传输和通讯。根据不同的应用场景和需求， 通信系统采用了多种通信技术和协议， 包括有线通信、无线通信、 光纤通信等。

有线通信： 一般采用RS-232、 RS-485 等通信协议和光电转换器实现终端设备与主站之间的有线通讯。

无线通信： 在无法使用有线通讯的情况下， 可使用移动通讯网络 （如3G/4G、 物联网等） 或专用调频通讯模式， 以便终端设备可以获取到信号并实时传输数据到主站DMS系统中。

光纤通信： 在较大规模的配电自动化系统中， 人工智能工程师可以采用光纤通讯技术， 通过光缆实现终端与主站之间的高速、 远距离通讯， 提高信号传输的品质和速度。

4 配电线路自动化系统运行方式

4.1 系统工作原理

配电线路自动化系统主要由硬件设备和软件系统组成。其中， 硬件设备包括传感器、 监测装置、 保护装置等； 软件系统则由上位机、 下位机和数据库组成。系统通过采集分布式电力设备的运行状态、 负载状态和故障数据等信息， 实现对电网的远程监控和智能化控制。

4.2 系统运行流程

数据采集： 系统通过分布式的传感器、 监测装置和保护装置等设备采集电力系统的各项数据， 并实时上传至上位机或数据库中， 供后续的数据处理和分析使用。

数据分析： 系统通过特定的算法和模型对采集到的数据进行处理和分析， 比如采用神经网络算法或遗传算法等方法， 来获取更准确和可靠的数据预测和分析结果， 为后续的决策提供依据。

智能控制： 系统根据分析结果， 对电网进行自动化控制， 实现对电路、 变压器等设备的远程控制和管理。例如， 当电路出现故障时， 系统会自动判断故障类型， 并向相关人员发送警报信息。

数据展示： 系统将采集到的各项数据以图形化或表格化的方式呈现出来， 供用户进行容易阅读和理解的数据分析和决策支持。

4.3 系统优势

提高电力系统的可靠性和安全性。配电线路自动化系统采用高精度的电力监测技术和智能化的故障处理系统， 可以及时发现故障和预警问题， 避免因电力系统故障而造成的重大事故和损失。

提高运行效率和节约成本。系统通过实时的数据分析和决策支持， 可以优化电力系统的运行模式， 提高其运行效率， 减少电力资源的浪费， 在一定程度上降低了企业的运行成本。

方便快捷的操作和维护。配电线路自动化系统可以采用远程控制和管理方式， 操作方便快速， 同时也便于进行系统的维护和升级， 大幅度提高了系统的稳定性和可用性。

5 配电线路自动化系统发展趋势

未来， 配电线路自动化系统的发展趋势主要是数字化、 智能化和可视化三个方面。

数字化是实现智能化的基础， 也是配电线路自动化系统未来发展的必然趋势。数字化技术的应用将会使得传统的手工操作变得更加精确、 高效、 准确。未来的配电线路自动化系统将采用互联网技术和物联网技术， 使其具有更高的可扩展性和连接性。同时， 数字化技术还可以通过数据挖掘、 机器学习等方式， 对配电线路自动化系统进行深度的智能优化和精细化管理， 从而大幅提升了供电质量和效率[5］。

智能化是未来配电线路自动化系统的核心特点，因为只有具备一定程度的人工智能才能够实现真正意义上的自动化。未来的配电线路自动化系统将会广泛应用算法、 模型等人工智能技术， 实现精确预测、 自动诊断和优化调度等功能， 从而大大减少了人为因素对供电质量和效率的影响。

可视化是未来配电线路自动化系统重要的发展方向之一。采用可视化技术可以将复杂的供电系统映射成形象直观的图像和数据， 便于管理和操作， 并能够提升操作人员的工作效率和安全性。通过可视化技术还可以实现远程监控和实时预警功能， 快速确诊和解决问题， 保障供电系统的稳定和安全。

6 结束语

配电线路自动化系统是为了优化电力设备运行，提高供电质量而设计的一种智能化控制系统。其配置和运行方式需要考虑多个因素， 如设备类型、 通讯协议、 数据传输方式等。在配置配电线路自动化系统之前， 需要先进行现场勘测， 确定所需设备及相应数量。随后， 需要编写控制策略， 并将之转换成程序代码，最终实现系统的搭建。同时， 还需要考虑与系统数据交互的通讯协议和数据传输方式， 以确保控制信息的快速、 可靠传递。在运行过程中， 配电线路自动化系统可以通过远程监测、 故障诊断等手段对设备运行状态进行实时监控和管理。此外， 通过对系统的数据分析和处理， 还可以获取电网的相关信息， 从而优化电力设备的运行效率， 提高供电质量。