电力企业中输配电及用电工程的自动化运行研究

郭术明

（国网黑龙江哈尔滨市双城供电有限公司，黑龙江 哈尔滨 150100）

输配电及用电工程的自动化可以促进电力企业的不断发展，但是在发展的过程中始终会遇到不同的问题。从电力企业运营方面可以看出，电力企业的自动化在一定程度上会推进电力行业的发展，自动化技术的发展也决定了电力企业的发展，自动化技术逐渐成为电力企业发展的内动力与发展的方向。因而电力企业要想顺利发展，需要解决当前在输配电及用电工程自动化运行中的突出问题，本文主要研究在解决输配电及用电工程的自动化问题过程中，如何促进电力系统的稳定运行同时，保障用户的用电安全。

1 自动化运行在输配电及用电工程中的优势

自动化运行可以优化电力企业的输配电环节，同时还可以减少电力能源损耗问题的出现。自动化运行技术应用在电力行业当中，一方面是改进了输配电及用电工程在传统的运行模式中工作效率不高、处理故障效率低且输配电的参数分析不及时的缺陷，另一方面是将信息化技术与电力企业融合，让电力系统传输变得更加智能化、自动化[1]，并且在输配电的过程当中会自动优化输配电的传输效率，对传输过程实现实时监控等，自动化技术的出现让电力系统变得更加高效，而且能够稳定的运行，可以减少因为传输操作不当导致的电力能源消耗量过大的问题，既可以满足社会发展需要的基本电能，也能够让电力企业投资效益实现最大化。

自动化实时监控可以帮助工作人员在出现问题的第一时间处理好电力系统的故障问题，维护电力系统运行过程中的稳定性。自动化运行技术应用在电力系统当中，既可以减少电力系统出现故障的次数，也能方便工作人员提高自己的工作效率，实时了解当前供电系统的状态以及元件的各个参数，方便其在输配电过程中合理控制每个原件，提升了输配电的稳定性[2]。

2 输配电及用电工程自动化面临的问题

输配电及用电工程自动化技术制度不健全，管理相对混乱。由于输电与电力工程自动化的技术需要电力技术的支撑，但在电力自动化技术中，有些电力公司对这些技术缺乏有效的管理，以至于在工作过程中会出现一些对电路情况不了解，或者出现因为技术不当造成电路混乱的情况，电力企业中的一些员工一般会在多个岗位兼职，工作范围相对较广，工作强度较大，很难保证电力系统信息的一致性，所以工作人员在业务管理等方面会有一些困难。由于电力企业没有明确的管理制度，在工作当中容易造成电力资源的浪费。工作人员的工作效率降低，在工作中也更容易出现失误，造成安全隐患，也对电路安装造成了很多不便。

电力自动化技术的研发与后期对相关技术维护存在着一些不足之处。目前，自动化技术的后期维护仍然存在着很多的缺点，不能够满足输配电工程的管理控制要求。在研发相关技术的工作期间，技术维护措施的质量特性可能会与当前的研究存在偏差，所以将自动化技术直接应用在输配电工程的具体施工过程中，可能会出现难以适应自动化技术发展的问题，那样自动化技术的应用就无法为研发技术的活动提供有效的参考资料[3]。用电与输配电工程存在着复杂性的特征，根据当前社会的发展，每个领域的用电量都在持续增长，这对输配技术来讲同样是一个十分艰巨的挑战，如果想要保证电力系统能够正常稳定的运行，需要对输配电技术进行改进。

3 输配电及用电工程自动化运行的措施

提高自动化技术的第一步是企业应该对员工进行自动化技术的培养，并将其课程设计作为培训的重点，提高员工对自动化技术价值的认识等。同时，在培养过程中或者培训过程结束之后，企业的员工之间也应该进行深入的探讨，单位同事之间要进行及时的交流，这样不仅能提升员工的个人素养，也能提升员工的技术水平，更好服务于电力行业。加强对电力自动化运行系统的分层技术管理在众多的城市中用户工程自动化都是采用分层技术。电力自动化运行系统的分层技术主要包含以下方面：（1）负责整个城市电力运行调控工作的电力自动化运行终端。（2）要构建一个大的电力网，可以对不同区域的发电站和变电站进行配电设置，将电能输送到所需的地方。（3）每个乡镇之间要有不同的人对相应的区域进行电力调控、设备维护等工作。

我国输配电技术难以快速发展的原因之一是自动化技术没有及时的创新，因此我们需要借鉴新的自动化技术，将其更好地应用在输配电及用电工程自动化的电力行业中，推动自动化的有效运行与发展。因此，可以在配电网的终端使用FTU技术，促进其自动化。配电网自动化终端具有遥控、遥信、故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数，并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能。

FTU功能介绍：

（1）交流量采集，采集三相交流电压、电流（3U3I）；（2）实现电压、电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率的测量和计算；（3）直流量采集，2路直流输入；（4）状态量采集，开关状态、接地刀闸状态采集；（5）113次谐波分量计算、三相不平衡度的分析计算；（6）遥信输入（无源，24 V）和遥控输出（合、分闸、常开触点）；（7）事件顺序记录、历史数据、主站下发信息可当地存储；（8）支持IEC 608705101、IEC 608705104、CDT92、DNP3.0、MODBUS等多种常用规约（FTU参考设计不包含规约部分）；（9）支持多种通讯方式，提供多路通讯接口，提供2路RS232或2路RS485+2路10M/100M自适应以太网口；（10）配置GPRS模块；（11）具备故障检测及故障判别功能，如过流、过负荷；（12）配备后备电源，当主电源供电不足或消失时，能自动无缝投入；（13）具备对时功能，支持SNTP。

目前，市面上很多电力企业采用MCU+MPU双处理器架构，以利用MCU的实时性和MPU上运行的稳定的网络协议和文件系统资源。那么，我们可以把MCU+MPU的结构用一个MCU来替代，本文就介绍一种单处理核心的FTU实现方案。常规硬件方案框图如图1所示。

图1 常规硬件方案框图

本方案的优点是开发简单，将加密、文件系统、主站通讯协议等裸机开发有难度的部分放到嵌入式Linux系统开发，将有实时性要求的采集、遥控部分放到MCU开发。但是缺点也同样比较明显，就是成本的增加，随着FTU市场的不断饱和，成本将决定未来产品的走向。

FET1052-C核心板基于NXP公司i.MX RT1052跨界处理器设计，搭载ARM Cortex-M7内核，集微控制器的低功耗、易用性与应用处理器的高性能、高扩展性于一体。主频600 MHz（工业级528 MHz），SRAM 512 kB（TCM），SDRAM 16 MB（可选32 MB），QSPI-Nor Flash 4MB（可选16 MB）。

FTU参考设计硬件实现图如图2所示。采用ADI公司的16bit ADC芯片AD7607-8，通过SPI扩展，做三相电流和三相电压检测，支持8通道同步采样，每个通道均能实现最高200 ksps，内置电压基准，支持真正±10V和±5V双极性信号输入。2路ADC检测直流量，电流检测会使用差分AD输入以提高精度；保留15～16个的GPIO口，作为遥信输入和遥控输出，以及状态检测和LED显示等；ARM Cortex-M7处理器最高主频600 MHz（工业级528 MHz），支持单精度和双精度浮点单元FPU，可做谐波分量计算；引出4个UART口，其中2路作为RS232，2路作为RS485，其中一路UART可以连接GPRS模块或者4G模块，一路可接线损模块；双网口支持，一路网口通过i.MX RT1052片上的以太网控制器连接外接的PHY芯片KSZ8081，另一路通过UART外接自动配置以太网控制器w7500包含TCP/IP连接芯片、PHY嵌入式、变压器和RJ45，内嵌48位全球唯一MAC地址；1路IIC接口，可扩展外部RTC时钟芯片RX8010SJ，CPU自带RTC耗电量在mA级别，外扩RTC在nA级别延长电池使用时间；FET1052-C核心板自带16 MB SDRAM和4 MB的QSPI NorFlash作为程序和数据空间；1路SPI接口外接国网ESAM芯片；CPU自带两路CAN2.0B控制器，最高支持1 MB/s速率；温度检测通过DS18B20实现，GPIO模拟单总线协议；CPU内置看门狗定时器，支持0.5～128 s超时设置。

图2 FTU参考设计硬件实现图

FTU参考设计软件的实现，使用Linux系统开发。优势：可以降低开发难度，特别是在网络协议栈、文件系统存储方面。因为采用的Linux系统支持网络全协议栈，TCP/IP、UDP、FTP、Telnet、SNTP等多种网络协议。支持EXT3、EXT4、FAT32等文件存储格式，多任务并发处理模式可以多线程多进程方式开发，大大简化工程师的开发难度，而且移植方便。

4 结束语

综上所述，电力企业自动化技术的不断发展，需要引进新的自动化技术，并且要不断地对现有的自动化技术进行研究创新，保证在电力传输稳定的同时，让现代化电力企业能够蓬勃发展，并且自动化技术在现有的电力企业中的输配电及用电工程中具有十分重要的作用，本文仅介绍了一种有关配电的现有的自动化技术，未来还需要电力企业不断探索并且要深入研究自动化技术。可以培养大量的相关复合型人才，且对相关人员进行培训工作，在工作中技术层面要有所保障，这样才能保证企业的稳定和可持续发展。