何 鋒

?

基于GPRS通信故障指示器在配網(wǎng)自動化中的應用

何 鋒

莆田電業(yè)局

針對10kV山區(qū)配電線路故障頻繁的現(xiàn)象，采用基于GPRS通信故障指示器的配電自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)故障自動定位指示系統(tǒng)的必要性。通過應用表明，該系統(tǒng)能及時準確地確定出故障點的確切位置，縮短了故障修復時間，提高了供電的可靠性。

通信 故障指示器 配網(wǎng)自動化 應用

在配電系統(tǒng)中，由于線路數(shù)量多、分支多，運行方式復雜，故障發(fā)生頻繁。在線路發(fā)生故障后，故障的查找費時費力，維護線路的工作量較大，故障快速準確定位對于提高供電可靠性具有重要意義。目前對于故障點的檢測，主要有線路故障指示器和線路FTU兩種方式。利用普通故障指示器實現(xiàn)線路故障分段定位，問題是多數(shù)故障指示器沒有自動定位功能，配電線路出現(xiàn)故障，需要人工沿線查找，增加了故障查找時間和難度。而利用FTU能夠?qū)崿F(xiàn)故障的自動定位和隔離，但現(xiàn)場運行的大量配網(wǎng)設(shè)備無光纖通道，也無預留自動化所必須的接入點，大量的設(shè)備更換和專用通訊通道的架設(shè)造成巨額的資金投入，一次設(shè)備改造困難，工程費用高，對如何提高故障（特別是接地故障）檢測的準確性、安全轉(zhuǎn)供和經(jīng)濟運行關(guān)注不夠，過分要求通訊和故障的隔離速度，經(jīng)濟效益不明顯，同時因為大量的線路和電力設(shè)備異動頻繁，專用的通訊光纜維護難于跟上，造成后期的運行維護和使用困難。

針對上述問題，經(jīng)過與各方面的技術(shù)分析，恰當?shù)剡x擇必要的功能，尋求一種符合配網(wǎng)現(xiàn)況及現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展方向，能夠“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施”，不致因系統(tǒng)發(fā)展或技術(shù)進步而“推倒重來”，具有重要的意義。

基于GPRS通信的故障指示器能實現(xiàn)線路故障自動定位，從而改變過去人工巡視查找故障的落后做法，將配電網(wǎng)上的故障報警數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)和地理信息等諸多信息進行綜合處理和集成，構(gòu)成功能完整的配電自動化系統(tǒng)。配電控制中心的故障定位軟件系統(tǒng)與大量現(xiàn)場的故障檢測和指示裝置相配合，在故障發(fā)生后的幾分鐘（與當?shù)鼗巨D(zhuǎn)發(fā)短消息的延時有關(guān)）內(nèi)即可在控制中心通過與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，給出故障位置和故障時間的指示信息，幫助維修人員迅速趕赴現(xiàn)場，排除故障，恢復正常供電，大大提高供電可靠性，同時大大減少故障巡線人員，提高工作效率，實現(xiàn)配電網(wǎng)正常運行時的控制和監(jiān)測。

1 基于GPRS通信故障指示器配網(wǎng)自動化系統(tǒng)組成

基于GPRS通信故障指示器應用在配網(wǎng)自動化中主要是通過配電控制中心實現(xiàn)的，主要由故障指示器、數(shù)據(jù)采集裝置、信息處理單元及配網(wǎng)故障定位分析軟件組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，檢測節(jié)點通過GPRS通訊方式將報警信息發(fā)送到移動內(nèi)部網(wǎng)絡，再經(jīng)APN專線傳送到監(jiān)控中心服務器，通過安裝在中心服務器上的故障自動定位分析軟件，就可以自動定位找出故障區(qū)段。

FCI：Digital Fault Current Indicator 數(shù)字化的故障指示器 DCU：Data Collecting Unit 數(shù)據(jù)采集器（內(nèi)置低功耗GPRS DTU），可選電動開關(guān)儲能和遙控功能GPRS DTU：GPRS Data Terminal Uint GPRS通訊終端 EFU：Earth Fault Line Select Unit 接地選線裝置

1.1 監(jiān)測點的設(shè)備組成

由3～30只數(shù)字化的故障指示器，1臺數(shù)據(jù)采集器（含太陽能電池板和后備鋰電池）。

1.2 信息處理單元

信息處理單元收集分布在附近的一組指示器發(fā)送的的故障狀態(tài)。由一個無線射頻收發(fā)模塊和一個GPRS通訊模塊構(gòu)成。當發(fā)生相間短路故障時，故障指示器檢測到故障信號后，由GPRS通訊模塊將帶有節(jié)點編號的報警信息發(fā)送到配電控制中心。

1.3 配網(wǎng)故障定位分析軟件組成

故障指示器節(jié)點通過射頻技術(shù)和GPRS無線通訊網(wǎng)絡上報信息，自動定位分析軟件根據(jù)各節(jié)點上報的的故障檢測信息，利用相應的故障定位算法，就可以定位出故障所在區(qū)段。

2 基于GPRS通信故障指示器配網(wǎng)自動化系統(tǒng)原理

故障指示器探頭安裝在線路主干分段處（可裝在住上開關(guān)所在的電桿上）或分支線上，當線路出現(xiàn)相間短路接地故障時，故障指示器就能及時檢測到短路故障電流，通過無線射頻收發(fā)模塊，將動作信號傳送給安裝在線路上的GPRS通訊模塊。GPRS通訊模塊在收到動作信息后，將故障指示器地址信息通過遠距離無線通訊系統(tǒng)發(fā)回控制中心?？刂浦行闹髡窘邮誈PRS通訊模塊發(fā)來的信息后，經(jīng)過進行解調(diào)、解碼，可就地顯示地址信息，同時將地址信息送給配電控制中心的計算機系統(tǒng)。配電控制中心在接收到這些動作信息后，經(jīng)過計算機分析，與配電地理信息系統(tǒng)GIS相結(jié)合，就可以直接顯示出故障點地理位置信息，并在地理背景上顯示出來，同時還可以通過打印機將地理位置信息打印出來。根據(jù)這些信息運行維修人員就可以迅速到達故障地點及時排除故障。

2.1 帶通訊的故障指示器

帶通訊的故障指示器主要由故障電流檢測電路、就地指示部分、數(shù)字編碼及無線調(diào)制發(fā)射單元組成。在線路發(fā)生相間短路、接地故障時，故障指示器在故障后將被觸發(fā)，給出紅色顯示，同時將其數(shù)字編碼信號通過無線射頻進行傳送，發(fā)射頻率一般在220MHz，通訊距離在50m。其短路檢測部分的工作原理是：根據(jù)線路短路時的特征，通過電磁感應方法測量線路中的電流突變及持續(xù)時間判斷故障，因而它是一種適應負荷電流變化，只與故障時電流分量有關(guān)的故障檢測裝置。它的判據(jù)比較全面，可以大大減少誤動作的可能性。只有流過故障電流時才給出故障指示。

2.2 GPRS通訊模塊

GPRS通訊模塊一般安裝在故障指示器安裝附近，它能接收多個故障指示器的編碼信息，當它收到故障指示器的動作信號并經(jīng)處理后，通過地址編碼和時序控制，再將信息以無線電波方式發(fā)射出去，它的發(fā)射頻率為220MHz左。GPRS通訊模塊的所有元件安裝在一個鐵箱中，內(nèi)部包含一個鉛酸蓄電池。箱體外部安裝一個太陽能電池板，用以給蓄電池充電，并在白天作為工作電源。在夜晚或陰雨天氣時，由蓄電池供電。蓄電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續(xù)20天工作，不需要補充能量。短距離用無線調(diào)頻通訊，通訊能量主要取自導線電流感應取電（掛在線路上的數(shù)字化指示器）或者CT二次電流取電（掛在開關(guān)支架上的數(shù)字化指示器）。遠距離用GPRS通訊，通訊能量主要來自太陽能電池板（架空線路）或者特制取電CT（電纜線路）以及大容量的后備鋰電池。如果架空線路長期處于陰雨天氣，不能保證GPRS實時在線工作電源要求（至少100mA/5V），則自動切換到低功耗運行方式：平時以20%-50%全天候定時上線，檢測到故障動作信息以后立即上線。

2.3 通訊主站

通訊主站的功能是將GPRS通訊模塊送來的無線信息接收后進行解調(diào)后并進行解碼處理，最后將數(shù)據(jù)送往配電控制中心。

2.4 基于GIS平臺的故障定位系統(tǒng)軟件

定位系統(tǒng)軟件是配電控制中心的核心組成部分，它的主要作用是搜集通訊主站傳送的地址信息，對其進行糾錯、校正后，通過拓撲分析和計算找出故障位置，最終顯示在GIS 信息系統(tǒng)的背景上。

2.4.1故障指示器動作信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)的實時搜集

由于故障指示器的動作信息和開關(guān)動作到達通訊主站的時間也是不同步的，而故障定位是以故障前的網(wǎng)絡拓撲狀態(tài)為基礎(chǔ)的。因此，系統(tǒng)在實時數(shù)據(jù)采集時隨時保留故障前的開關(guān)狀態(tài)，待搜集到完整的故障指示器動作信息時，作為拓撲分析的基礎(chǔ)。

2.4.2故障通路和故障點的查找

故障通路和故障點的確定是故障定位系統(tǒng)主站軟件的核心。首先輸人故障前網(wǎng)絡的開關(guān)狀態(tài)和故障指示器的動作信息，調(diào)用拓撲分析程序，循環(huán)讀取記錄，找到發(fā)生報警的所有線路的干線。由干線開始分析，首先確定該干線有無支線報警，如果沒有支線報警，則直接分析該干線；如果存在著支線報警，則必須分析干線與支線的報警數(shù)據(jù)的關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果報警。

2.4.3糾錯和補漏

通訊主站在采集故障指示器動作信息時，偶爾會出現(xiàn)誤報，故障指示器本身也會出現(xiàn)異常。因此，糾錯和補漏是故障定位系統(tǒng)的一個必不可少的組成部分。該系統(tǒng)設(shè)計了一個智能糾錯模塊，它在網(wǎng)絡拓撲分析過程中，不但可以有效地濾除錯報的指示器信息，而且可以自動填補漏報的指示器信息。

2.4.4 GIS支撐平臺

該定位系統(tǒng)是以地理信息系統(tǒng)GI S 為圖形支攆平臺，可以單獨運行。系統(tǒng)的核心算法（如拓撲分析、故障查找、糾錯和補漏）是采用組件技術(shù)實現(xiàn)的。

3 基于GPRS通信故障指示器配網(wǎng)自動化系統(tǒng)應用

2010年3月份，莆田電業(yè)局在荔城區(qū)常太鎮(zhèn)院里線設(shè)了基于GPRS通信故障指示器配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，共在主干線及分支線安裝了9組帶通訊的故障指示器和9套GPRS通訊模塊（含太陽能蓄電池裝置），從線路先后發(fā)生的幾次事故看，該系統(tǒng)均能及時準確地顯示線路故障的地點等，從而縮短了故障修復時間，節(jié)省了大量的人力、物力。原來線路發(fā)生故障時，一般每次都要動用10人左右、2~3輛車，少則半天、多則2~3天方能找出故障點，而現(xiàn)在只需2人最多半小時就可發(fā)現(xiàn)并將故障處理完畢。按照莆田電業(yè)局目前的情況，全部應用該系統(tǒng)，每年可多供電量620萬千瓦時，創(chuàng)造經(jīng)濟效益310萬元左右。采用基于GPRS通信故障指示器配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，符合國際先進企業(yè)的發(fā)展要求，可使供電企業(yè)的配電管理水平和服務水平全方位、全過程的提高，是未來能夠?qū)崿F(xiàn)多方面、巨大經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)應用、推廣將起到經(jīng)濟和社會雙重效益的效果。

[1] 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能規(guī)范,DL/T814-2002

[2] 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端,DL/T721-2000

[3] 農(nóng)網(wǎng)自動化及通信系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)指導意見（試行）,2002,國家電力公司農(nóng)電部 [農(nóng)電2002-32號]

[4] 國家電網(wǎng)公司縣城電網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)導則,2003年,國家電力公司農(nóng)電部

[5] 配電系統(tǒng)自動化規(guī)劃設(shè)計導則,中國電機工程學會城市供電專業(yè)委員會

[6] 10千伏配網(wǎng)自動化發(fā)展規(guī)劃要點,國電公司發(fā)輸電運營部.