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【摘要】在充分调研配电自动化技术的发展和用户要求的基础上，根据开闭所的结构特点和运行方式，确定了开闭所RTU的功能需求，以及开闭所主控单元的逻辑功能。利用LonWorks现场总线技术，将开闭所RTU进行分散分布式安装的总体设计方案。现场运行表明，该方案在短时间内实现了开闭所的故障检测、隔离和快速恢复健康线路的供电。
【关键词】配电自动化；RTU；LonWorks
【中图分类号】TM76；TM63
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0185-02
0 引言
近几年来，随着配电自动化技术在我国电力系统的广泛应用，对提高供电质量和供电可靠性提出了更高的要求，对开闭所的监控也显得越来越紧迫。采用RTU（Remote Terminal Unit）对开闭所进行监控是配电自动化系统的一种选择方向。
在配电系统中，RTU正在向综合性的微机化自动装置发展，除了完成“上传下达”任务外，还能够不依赖于主站完成当地自动控制，如备用电源自投等功能，以及与主站通信，完成RTU所具有的数据采集、控制功能。开闭所RTU在配电自动化系统中不但负责监测一次系统的运行工况，而且还可以通过自身设定的逻辑功能或接收主站的遥控命令，控制一次设备的运行或退出。
现在城区配电所的面积小，没有为集中组屏式RTU预留空间，只能采用分散分布安装方式的RTU；另外，现在生产的开关柜一般都预留安装配电装置的空间，为实现开闭所RTU的分散分布式安装提供了可能。采用分散分布式的RTU的优点是：施工、调试、维护方便；成本低。
在设计中，充分考虑了开闭所的特点采用了分布式安装方式，通过LonWorks现场总线联网的总体设计方案。本文重点阐述了开闭所RTU的过电流保护、失压保护、过电流失压保护的判断方法和程序流程，以及主控单元实现逻辑功能的条件。
1 开闭所结构特点及功能
1.1 结构特点
开闭所是为提高供电网络的可靠性和不同电源联络问题而建设的辐射型供电网络，出线较多，进线一般采用断路器，出线一般采用负荷开关，也有配备断路器的，大多采用双进线、单母线分段运行方式，如图1所示，其中MF为母分断路器，JXl、JX2为进线断路器，CX1～CX4为出线断路器（或负荷开关），进线外侧安装有电压互感器（或电压传感器），进线开关和出线开关安装有电流互感器（或者电流传感器），为简便起见，这里只画出4条出线。
1.2 功能要求
根据开闭所的设备配置、系统结构及功能要求，开闭所RTU完成的主要功能有：
SCADA功能：遥测、遥信和遥控功能；故障检测功能：短路故障和单相接地故障；保护功能：过电流保护、失压保护、过电流失压保护、后加速保护、备自投功能、重合闸功能等；自动逻辑控制功能：完成故障状态下，开闭所故障隔离、恢复供电的逻辑功能，包括开闭所进线重合和母联开关的备投；联网功能：提供LonWorks现场总线，用于开闭所RTU之间的互联。
2 开闭所功能模块设计
2.1 保护功能
开闭所RTU完成保护类型状态字的设置以及保护类型的判断，然后分别启动不同的保护任务，在任务内完成保护的确认、延时、动作和保护信息的发送等。
根据开闭所RTU的类型（母联、进线或出线单元），配置不同的保护功能，参见表1。
开闭所内根据RTU监控开关类型的不同（断路器或负荷开关），需要配置不同类型的保护任务。
（1）过电流保护功能
当监控单元根据设定的电流定值检测到过电流故障后，延时设定的时间，在此时间内如故障电流消失，则保护返回，只报告故障记录；如果在延时结束后，过电流信号仍然存在，则保护动作，报告保护信息和故障记录。
如果在用户方式字内后加速保护投入，就判断是否满足后加速条件，即手动合闸到故障、重合到故障、备投到故障和遥控合闸到故障，如果条件满足，则直接进入后加速保护动作过程。
如果是正常故障，程序进入过电流保护和过电流失压保护判断过程。
母线或出线发生过电流故障时，进线监控单元也能检测到故障并且很难区分，所以可以通过保护延时来区分两类故障。在定值和延迟时间的设定上要考虑与上级变电站（或开闭所）出线的配合问题。在过电流保护程序里，保护任务起动前和保护动作前，都要对电流值进行判断，确保动作的正确性。
（2）失压保护功能
对于进线故障，为了与上级变电站（或开闭所）出线的配合，在其重合闸之后隔离进线故障，需要设置失压保护功能，并且考虑与母联监控单元的备自投功能配合，即在进线开关分开之后，备自投才能动作。
失压保护任务起动的判断条件（条件2）：
1 失压保护功能是否投入；
2 断路器开关在合位。
保护延迟时间到后，重新判断条件2，成立，则失压保护动作，并发送保护信息。
（3）过电流失压保护功能
在实际运行过程中，开关设备有可能是负荷开关，或者为了逻辑关系的需要，特设置过电流失压保护功能。
当监控单元监测到过电流信号后，进入程序循环，等待电压的状态变化，如果监测到没有电压，则延迟设定的时间，同时检测没有电流，保护动作，否则循环等待一定的设定时间，自动退出电压检测过程。
2.2 自动逻辑控制功能
自动逻辑控制功能在主控单元内实现，主控单元通过LonWorks总线，负责收集从控单元的信息（遥测数据、遥信数据、保护信息、故障信息），根据设计的逻辑关系控制从控单元重合或本身的备投；从控单元负责采集信息并传输给主控单元，根据自己的逻辑关系完成过电流保护、失压保护、过电流失压保护和后加速保护功能，参见图2自动逻辑控制功能的程序流程。自动逻辑功能启动条件是接收到从控单元保护信息。 2.3 自动逻辑功能的判断条件
多台开闭所RTU组成开闭所的监控系统，主控单元负责自动逻辑控制功能的实现。
1 进线重合闸条件（参见图3）
2 出线重合闸条件（参见图4）
1 备自投（参见图5）
2 备自投（参见图6）
2.4 自动逻辑功能的动作延时主控单元的动作逻辑依据从控单元的开关状态、保护信息和电压值，为了动作的可靠性，主控单元需要延时收集所有从控单元的信息，由于通过LonWorks网络传递信息，延迟时间具有不确定性。
在逻辑判断的每个基本状态下，主控单元合闸命令的延迟时间都是由固定延时和弹性延时组成，这些基本状态包括：进线合闸判断状态、出线合闸判断状态、进线重构判断状态和联络开关备投判断状态。
固定延时一般用于主控单元长时间等待从控单元的模拟量、保护信息和遥信状态，防止重合功能的误动作；弹性延时一般用于在一定的时间范围内判断特定的状态时，按照一定的时间间隔（即基本延时单位）循环检测，满足条件后终止延时，进行下一步的操作。其中，固定延迟时间在开闭所RTU配套的用户方式字配置工具内设定。
3 结语
经过3000多台RUT现场运行试验证明，装置配置灵活，运行稳定可靠，故障处理时间较以前大大缩短，故障隔离准确可靠，故障信息记录详细精确，在当地和主站查询都十分方便，为用户提供了宝贵的运行数据，并且提高了供电质量，减少了停电时间。由于逻辑关系复杂，对数据的传输要求极高，所以采用LonWorks总线来完成开闭所RTU的信息传输，保证了在短时间内实现开闭所的故障检测、隔离和快速恢复健康线路供电，能够满足开闭所实现自动化的要求。
参考文献
[1]王明俊，于尔铿，刘广一.配电系统自动化及其发展.北京：中国电力出版社，1998
[2]徐丙垠.配电自动化远方终端技术，电力系统自动化.1999，23（5）：41—44
[3]周英树，毛传洲，刘东，等（.配电自动化系统功能规范.北京：中国电力出版社，2002
[4]罗剑波，胡曦琳，新型DAT系列配电自动化终端.电力系统自动化，2002，26（13：70一72）
[5]焦振有，焦邵华，刘万顺.配电网馈线系统保护原理及分析.电网技术，2002，26（12）：73—78
[6]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社]999：309—386
【关键词】配电自动化；RTU；LonWorks
【中图分类号】TM76；TM63
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0185-02
0 引言
近几年来，随着配电自动化技术在我国电力系统的广泛应用，对提高供电质量和供电可靠性提出了更高的要求，对开闭所的监控也显得越来越紧迫。采用RTU（Remote Terminal Unit）对开闭所进行监控是配电自动化系统的一种选择方向。
在配电系统中，RTU正在向综合性的微机化自动装置发展，除了完成“上传下达”任务外，还能够不依赖于主站完成当地自动控制，如备用电源自投等功能，以及与主站通信，完成RTU所具有的数据采集、控制功能。开闭所RTU在配电自动化系统中不但负责监测一次系统的运行工况，而且还可以通过自身设定的逻辑功能或接收主站的遥控命令，控制一次设备的运行或退出。
现在城区配电所的面积小，没有为集中组屏式RTU预留空间，只能采用分散分布安装方式的RTU；另外，现在生产的开关柜一般都预留安装配电装置的空间，为实现开闭所RTU的分散分布式安装提供了可能。采用分散分布式的RTU的优点是：施工、调试、维护方便；成本低。
在设计中，充分考虑了开闭所的特点采用了分布式安装方式，通过LonWorks现场总线联网的总体设计方案。本文重点阐述了开闭所RTU的过电流保护、失压保护、过电流失压保护的判断方法和程序流程，以及主控单元实现逻辑功能的条件。
1 开闭所结构特点及功能
1.1 结构特点
开闭所是为提高供电网络的可靠性和不同电源联络问题而建设的辐射型供电网络，出线较多，进线一般采用断路器，出线一般采用负荷开关，也有配备断路器的，大多采用双进线、单母线分段运行方式，如图1所示，其中MF为母分断路器，JXl、JX2为进线断路器，CX1～CX4为出线断路器（或负荷开关），进线外侧安装有电压互感器（或电压传感器），进线开关和出线开关安装有电流互感器（或者电流传感器），为简便起见，这里只画出4条出线。
1.2 功能要求
根据开闭所的设备配置、系统结构及功能要求，开闭所RTU完成的主要功能有：
SCADA功能：遥测、遥信和遥控功能；故障检测功能：短路故障和单相接地故障；保护功能：过电流保护、失压保护、过电流失压保护、后加速保护、备自投功能、重合闸功能等；自动逻辑控制功能：完成故障状态下，开闭所故障隔离、恢复供电的逻辑功能，包括开闭所进线重合和母联开关的备投；联网功能：提供LonWorks现场总线，用于开闭所RTU之间的互联。
2 开闭所功能模块设计
2.1 保护功能
开闭所RTU完成保护类型状态字的设置以及保护类型的判断，然后分别启动不同的保护任务，在任务内完成保护的确认、延时、动作和保护信息的发送等。
根据开闭所RTU的类型（母联、进线或出线单元），配置不同的保护功能，参见表1。
开闭所内根据RTU监控开关类型的不同（断路器或负荷开关），需要配置不同类型的保护任务。
（1）过电流保护功能
当监控单元根据设定的电流定值检测到过电流故障后，延时设定的时间，在此时间内如故障电流消失，则保护返回，只报告故障记录；如果在延时结束后，过电流信号仍然存在，则保护动作，报告保护信息和故障记录。
如果在用户方式字内后加速保护投入，就判断是否满足后加速条件，即手动合闸到故障、重合到故障、备投到故障和遥控合闸到故障，如果条件满足，则直接进入后加速保护动作过程。
如果是正常故障，程序进入过电流保护和过电流失压保护判断过程。
母线或出线发生过电流故障时，进线监控单元也能检测到故障并且很难区分，所以可以通过保护延时来区分两类故障。在定值和延迟时间的设定上要考虑与上级变电站（或开闭所）出线的配合问题。在过电流保护程序里，保护任务起动前和保护动作前，都要对电流值进行判断，确保动作的正确性。
（2）失压保护功能
对于进线故障，为了与上级变电站（或开闭所）出线的配合，在其重合闸之后隔离进线故障，需要设置失压保护功能，并且考虑与母联监控单元的备自投功能配合，即在进线开关分开之后，备自投才能动作。
失压保护任务起动的判断条件（条件2）：
1 失压保护功能是否投入；
2 断路器开关在合位。
保护延迟时间到后，重新判断条件2，成立，则失压保护动作，并发送保护信息。
（3）过电流失压保护功能
在实际运行过程中，开关设备有可能是负荷开关，或者为了逻辑关系的需要，特设置过电流失压保护功能。
当监控单元监测到过电流信号后，进入程序循环，等待电压的状态变化，如果监测到没有电压，则延迟设定的时间，同时检测没有电流，保护动作，否则循环等待一定的设定时间，自动退出电压检测过程。
2.2 自动逻辑控制功能
自动逻辑控制功能在主控单元内实现，主控单元通过LonWorks总线，负责收集从控单元的信息（遥测数据、遥信数据、保护信息、故障信息），根据设计的逻辑关系控制从控单元重合或本身的备投；从控单元负责采集信息并传输给主控单元，根据自己的逻辑关系完成过电流保护、失压保护、过电流失压保护和后加速保护功能，参见图2自动逻辑控制功能的程序流程。自动逻辑功能启动条件是接收到从控单元保护信息。 2.3 自动逻辑功能的判断条件
多台开闭所RTU组成开闭所的监控系统，主控单元负责自动逻辑控制功能的实现。
1 进线重合闸条件（参见图3）
2 出线重合闸条件（参见图4）
1 备自投（参见图5）
2 备自投（参见图6）
2.4 自动逻辑功能的动作延时主控单元的动作逻辑依据从控单元的开关状态、保护信息和电压值，为了动作的可靠性，主控单元需要延时收集所有从控单元的信息，由于通过LonWorks网络传递信息，延迟时间具有不确定性。
在逻辑判断的每个基本状态下，主控单元合闸命令的延迟时间都是由固定延时和弹性延时组成，这些基本状态包括：进线合闸判断状态、出线合闸判断状态、进线重构判断状态和联络开关备投判断状态。
固定延时一般用于主控单元长时间等待从控单元的模拟量、保护信息和遥信状态，防止重合功能的误动作；弹性延时一般用于在一定的时间范围内判断特定的状态时，按照一定的时间间隔（即基本延时单位）循环检测，满足条件后终止延时，进行下一步的操作。其中，固定延迟时间在开闭所RTU配套的用户方式字配置工具内设定。
3 结语
经过3000多台RUT现场运行试验证明，装置配置灵活，运行稳定可靠，故障处理时间较以前大大缩短，故障隔离准确可靠，故障信息记录详细精确，在当地和主站查询都十分方便，为用户提供了宝贵的运行数据，并且提高了供电质量，减少了停电时间。由于逻辑关系复杂，对数据的传输要求极高，所以采用LonWorks总线来完成开闭所RTU的信息传输，保证了在短时间内实现开闭所的故障检测、隔离和快速恢复健康线路供电，能够满足开闭所实现自动化的要求。
参考文献
[1]王明俊，于尔铿，刘广一.配电系统自动化及其发展.北京：中国电力出版社，1998
[2]徐丙垠.配电自动化远方终端技术，电力系统自动化.1999，23（5）：41—44
[3]周英树，毛传洲，刘东，等（.配电自动化系统功能规范.北京：中国电力出版社，2002
[4]罗剑波，胡曦琳，新型DAT系列配电自动化终端.电力系统自动化，2002，26（13：70一72）
[5]焦振有，焦邵华，刘万顺.配电网馈线系统保护原理及分析.电网技术，2002，26（12）：73—78
[6]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社]999：309—386