2022年配电自动化系统中的信息采集与通信规约 .pdf

配电自动化系统中的信息采集与通信规约摘要: - 本文结合工程实际情况， 分析和讨论了配电自动化远方馈线终端应采集的信息量， 并针对 FTu采集信息量的特点和配电综合自动化的基本要求，对国际标准规约870-5-101 （我国的电力行业标准 - 基本远动任务配套标准 (DL/T634 1997) 在配电网综合自动化应用中的一些特殊问题进行了探讨。关键词 配电自功化馈线终端信息采集通信规约1 引言- 随着电力市场的发展， 电力系统对于馈线端的管理越来越受到重视，用户对电力质量和供电可靠性提出越来越高的要求，在这种情况下。配电自动化得到蓬勃发展，馈线远方终端应运而生。馈线远方终端(FTU)主要用于监视与控制配电系统中的变压器、断路器、重合器、分段器、柱上负荷开关、 环网柜、调压器、无功补偿电容器等设备的，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行监视及控制所需的信息，执行主站给出的对配电设备的调节和控制。一般来说，配电自动化远方馈线终端应具有数据采集与处理、监控、保护、远动通信等功能。配电网自动化与输电网自动化(输电网调度自动化系统 ) 的监控信息采集内容相比较， 具有系统规模大， 涉及到的现场自动化设备数量大，种类繁多，从而导致远方馈线终端采集的信息量大，种类繁多，不仅在传统 ?quot; 四遥方面信息内容有所变化，而且还新增加了许多配电网中特有的信息。 配电网信息采集的特殊性决定了传输配电信名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 息的远动通信规约与传统输电网通信规约具有不同的特点，本文结合具体配电系统的实际情况，就国际标准传输规约IEC6087c-5-101 基本远动任务配套标准即我国的电力行业标准DL/T634-1997 基本远动任务配套标准 )在配电自动化系统应用中的一些特殊问题进行简单的探讨。2 配电自动化馈线终端信息采集的内容21 遥测信息量在配电网自动化系统中、遥测信息以采集电流信息和电压信息为主。由于配电系统的特殊要求， 对于具体的配电网自动化系统来说，除测量正常负荷状态下的电压、 电流、有功、无功、视在功率、 功率因数、有功电能、无功电能、频率外，还需要测量故障情况下的电压、电流和频率等量， 并需要测量和评估系统的电能质量，其内容主要包括供电电压中的谐波、电压波动、电压闪变等参数。22 故障信息量配电自动化系统是一个综合的配电网及设备运行管理系统，具有故障定位、故障自动隔离、自动恢复供电以及其它- 些故障管理功能，因此，FTU要能够及时采集、处理故障数据及信息，这是它区别于常规调度自动化 RTU的一个重要特点。 根据系统的具体要求和实际情况的需要，FTU既可详细地记录故障电压、电流的波形；也可以只记录故障发生的时间及故障切除前、 后几个关键的故障电流、 电压幅值以及故障方向。配电网故障一般是通过电流信息或电压信息判断的，并产生配电网故名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 障信息，由此启动故障点隔离程序进行处理。故障电流信息应作为事件顺序记录的信息， 并以此来组装事件顺序记录报文。由于配电系统的特殊性，对模拟量事故信号的产生条件要设臵两种类型：一种是设臵报警门槛值；另一种设臵故障信息门槛值。根据配电系统特点， 典型的故障判断所需的信息内容有：定(反) 时限过流故障检测，相- 相之间的故障电流门槛值， 零序电流故障门槛值、零序电流谐波， 故障持续时间，接地故障检测，传输通道故障检测等。由于供给自动化设备的电源和充电电池、断路器、自动重合器等是配电系统的关键设备之一， 系统的自诊断信息主要以设备电源信息、断路器信息、自动重合器信息为主，设备电源信息主要为：电源电池的充电过流和过压， 正常运行条件下的电池状态测试，电源电他的过渡放电、在失去外部电源情况下的电源自供电能量的测试信息，持续占有通道信息。另外，应该特别要求提供电源蓄电池工作曲线、寿命曲线，自动化设备各种运行状态下的用电量数据，并存储设备中，以供诊断使用。 FTU测量记录的参数及数据有；(1) 断路器累计切断电流的水平，即： I2 ?t - 其中 I 表示断路器切断故障电流的有效值; ?t为断路器触头拉弧时间用断路器合位辅助触头变位和线路电流消失之间的时间差来近似。(2) 断路器动作时间，一般用跳闸继电器动作和断路器合位辅助触头变位完毕之间的时间差来近似。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - (3 断路器动作次数，指断路器进行分合操作的次数。对于自动重合器，FTU也应记录重合器累计切断电流的水平、动作时间以及动作次数，用于故障分析和重合器的检修。23 遥信量信息配电网中除了需要采集一些与输电网自动化采集的信息内容基本上一致的设备运行状态信息外，例如：断路器的位臵信号断路器失灵信号，各种越限动作跳闸信号，重合闸动作信号，交直流电源异常信号，小电流接地故障信号， 负荷开关和分段开关位臵信号。还需要采集一些特殊的遥信信息，这些特殊遥信信息包括标志记录、FTU运行状态信息、远方当地控制切换位臵。FTU的运行状态信息主要是指各类功能的闭锁信号，如高电流闭锁、远方跳闸及闭锁、监视跳闸及闭锁。断路器失灵状态信息主要是指导致闭锁断路器操作的相关信号，一般包括远方合闸失败、操作蓄电池电压过低、在编程时间范围内设备失电。所有这些特殊的遥信信息均可以通过顺序控制设臵为运行状态。远方当地控制切换有两套办法实现：一套是通常采用的硬切换开关、该开关安装在控制器内， 供现场操作使用和现场维护设备使用；另一套切换至当地执行的方法是启动控制器成组程序控制，在启动该控制方式之后， 自动闭锁远方操作控制的执行。这两套切换的信息均应该作为状态信息。24 遥控和遥调信息- 设备控制操作信号是直接执行设备跳闸、合闸操作的控制信号，这些控制信号可以是当地操作命令，也可以是远方控制主站下达的控名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 制命令。- 针对故障处理的控制信号有： 接地跳闸，过电流跳闸，越限跳闸，接地闭锁。针对改变设备运行方式的控制信号有重合闸成功标志清除。控制状态的管理信号有、重合闸的投入退出，事件记录的投入退出，接地跳闸闭锁的启动，重合闸成功标志清除的启动，断路器触头负荷测试的投入退出， 重新设臵的状态信号， 小电流接地的投入退出，接地跳闸优先的投入退出。- 重新设臵的状态信号包括3 项内容；更新设臵断路器失灵状态信号， 重新设臵控制回路运行状态信号， 重新设臵带有标志的状态信号。带有时间信息标志管理的控制信号通常考虑以下内容：过流跳闸，复位，人工操作的合闸，远方控制的合闸人工控制的闭锁，远方控制的闭锁，远方控制的跳闸，交流输入电源失电，交流输入电源恢复，程序控制，小电流跳闸，合闸试验闭锁：3 101 规约在配电自动化中应用的一些问题- 配电自动化系统是电力系统监视与控制中的一个组成部分、它既具有电力系统生产过程中的共性，又具有自己特殊的个性， 由于配电自动化系统规模大、涉及到的现场自动化装臵数量大、种类多，并且配电自动化终端设备分布地域广， 设备种类繁多导致FTu采集的信息量具有数量大、种类繁多等特点，因此，FTU应满足以下基本要求：(1) 数据传输的完整性要求；(2) 时间响应的快速性要求；(3) 不向的数据传输的优光级和不同响应时间的要求。总之，优先地、快速地传输故障状态信息快速地完成故障识别，并快速地实现故障隔离和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 恢复供电是 FTU的关键技术， 也是电力系统发展最迫切的要求。一般来说，在过去调度自动化系统中使用较多的循环式（CDT ）远动规约，通道利用率较低，不适合作为FTU与主站间的通信规约 . 一般的查询式(Polling)规约也不太适合于FTU ，因为，配电自动化通信点众多，主站常采用一点多址、 多点共线的通信方式， 若采用问答方式访问所有的点，占用时间长，往往会影响重要的信息，如故障信息的及时上传。目前，国际电工委员会制定的IEC 870一支持 FTU信息主动上送的传输方式能及时报告故障信息，供配电综合自动化系统使用。IEC60870-5-0 是符合 OSI系统模型的开放式规约， 并根据电力系统的实际情况进行了修改和专门的定义，已被IEEE推荐为在 RTU与主站间通信的规约。IEC 60870-5 系列规约是由多个成员国组成，总部设在瑞士日内瓦的国际性组织制定的关于 遥测设备和系统第五部分通信规约 系列。早期的 DNP 系列标准是由加拿大的WESTRONICS.INC制定和使用，该公司以后被 HAR-RIS INC兼并HARRTSTNC 根据 IEC 6O870-1的 FT3帧格式制定的 DNP 3O标准，DNP 3o 的文本号称符合IEC 60870-1的 FT3帧格式，但 DNP3 o 的数据元素的定义与IEC60870-5-10l完全不向，具体来讲，有以下不同；(1)IEC870-5-101只传输单一地址(远方终端地址 ) ，主站地址从来不被传输DNP3.0既传输源地址又传输目的地址； (2)IEC870-5-1Ol传输方式分为非平衡传输和平衡传输两种； DNP3.0 仅仅采用平衡传输方式，同时对多点网络规定了相应的冲突检测方式； (3) IEC 870 5既规定了固定帧长结构，又规定了名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 可变帧长结构， 但 DNP3.0只规定了可变帧长结构。 对于应用层而言，DNP 3.0和 IEC 870-5-101 共享许多基本的通信概念和执行几乎相同的一些基本功能，如初始化，问答方式，时钟同步，数据冻结，文件传输等；但 IEC 870-5和 DNP 3.0 又有自己独立的应用层标准，对于 IEC 870-5 来说，它们分别是： IEC 60870-5-101 ，1995 年 11 月制定，用于基本遥控应用补充标准；IEC 60870-5-102 ，1996 年 6 月制定，用于电力系统总加数据传输的补充标准；IEC 60870-5-103 ，1995 年 2 月(初稿) ，用于保护设备通信的补充标准。IEC 规定的数据传输基本方式为 8 个数据位， 1 个起始位和 1 个偶校验位 IEC FT 的4 种帧格式依有无帧校验和帧校验的长度和频率不同而不同。FTl1的帧以一个起始字节开始应用数据之后的终止字符，一帧中应用数据长度为 0l27 个字节， 无帧校验；FTl 2 一帧中应用数据长度为0255个字节，在终止符之前有一个字节帧校验，FT2的帧以一个起始字节开始，每 15 个府用数据之后加一个单字节的校验码，一帧中应用数据长度为 0255，FT3(FTI3)的帧以两个起始字节开始，每16 个应用数据之后加两个单字节的校验码，一帧中应用数据长度为0255。IEC 870-5 系列规定了起始字符及终止字符的选择范围，规定了校验码的计算方法以及传输中的时间配合。帧中应用数据长度也有固定长度及可变化长度两种格式。我国的 101 规约是完全采用国际标准IEC60870-5-101 的标准，考虑到我国电力系统的地调、 省调自动化系统中大多采用点对点全双工通道，根据国际标准IEC60870-5-160870-5-5 传输规约的规定、规定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 了状态变位时，馈线终端可以主动触发传输状态变位帧(即状态量变位主动上报 ) ，实现平衡传输的功能。主站主动启动的传输过程完全遵守 IEC60870 5-l01的规定。输电和配电自动化系统信息传输的特点是: 有些信息是重要信息，需要立即传输，有较高的传输优先级；有些信息传输的优先级较低，可以慢慢地传输。基于上述原则，在我们开发的配电网综合自动化中。为保证优先、 快速地传输故障状态信息一快速地完成故障识别，并快速地实现故障隔离和恢复供电， 将负荷开关的状态变化和电力系统的故障信号等重要的信息作为一级用户数据、其它测量量如电压、电流、功率等和一般的告警信号或预警信号等作为二级用户数据来处理，一些涉及电力质量的测量量如频率、 谐波量等以及一些脉冲量和统计量都作为慢数据量来处理。系统的通信传输方式在全双工、多点共线的情况下， 应采用 101 规约的快速一校验一过程规定。 这是因为：配电系统中变电站断路器的出线上一般都安装多个负荷开关和FTU ，在某些情况下，一旦在某个区段发生故障， 将有多个 FTU都将同时检测到故障电流， 形成 1 级用户数据，各个 FTU部将向断路器处的变电站单元同时主动上送1 级用户数据的链路规约数据单元(报文) ， 这个时候就会发生信息传输中的冲突问题。此时为了实现正确传输，避免冲突，只能采用载波监测的方式。每个 FTu在硬件和软件上采取措施监测通道传输的电平，确定通道是否有其他 FTU信息在传输， 如果发现通道已经被占用， 就增加延时，继续监测通道。 如果在延时这段时间内又有其他的FTU占用通名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 道需要传输重要信息的FTU继续监测通道是否被占用， 如果通道一直被占用，只能再加延时，继续进行监测，等待传输。如此这样形成恶性循环，就无限增加需要主动上报传输的延时，结果会信息丢失。变电站单元一直等到收到全部1 级用户数据报文以后才能确定哪个区段发生了故障， 这样就必然增加了判断故障区段的延时，在某些严重情况下，有可能造成故障区段的误判。由此可以看出；在采用下衡传输的情况下， 如果不重要的信息占用了传输通道，就使得重要的信息得不到传输的机会， 从而造成某些不良后果。 这是在多点共线的情况下采用平衡传输方式的致命缺点，所以基本标准严格规定只有在点对点全双工通道的情况下， 才能采用平衡传输， 实现状态量变位主动上报。而在全双工、 多点共线情况下采用101规约的快速校验 - 过程规定，主站具有主动性，而不是被动地等待接收，并利用对平分割检索来确定故障区段其具体实现过程请查阅参考文献2 中，有关采取快速 - 校验- 过程收集一级用户数据和二级用户数据收集过程的部分，下面仅对利用对半分割检索来确定故障区段的时间进行说明，如果线路串联15 个 FTU ，只需要召唤4 次，就可以确定故障区段，以传输速率为 600 波特为例，线路串联l 5 个 FTU ，确定故障区段所需时间为 088s。并且这种检索方式所用的时间对于一定数量的FTU是固定不变的。 只有快速确定了故障区段以后，就可进行故障快速隔离和自动恢复供电， 然后主站再向各个有要求访问位的FTU召唤 l 级用户数据。3 结语名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 本文结合工程实际情况， 对配电自动化系统信息采集和传输的特点以及所应该采用的通信规约作了论述。为了保证信息传输的可靠性和重要信息优先传输以及传输时间响应的要求，在实际工程中采用了多点共线通道结构， 通信规约采用了电力行业标准- 基本远动任务配套标推 (DLT634-1997)的快速 - 校验- 过程规定，并应用对半检索过程来处理配电电力网络故障信息的传输。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -