錢 堃

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,518000)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)迅猛增長，珠三角地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加劇，城區(qū)面積快速擴(kuò)張，城市配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)日益龐大，為了完善10kV 配電網(wǎng)的運(yùn)行管理，做到及時(shí)處理各種缺陷，更快更好的進(jìn)行搶修復(fù)電，提高供電可靠性，提高配網(wǎng)自動(dòng)化水平，迫在眉急。

1 城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀

珠三角地區(qū)城市化進(jìn)程快，部分政府的城市規(guī)劃多是以“項(xiàng)目”為主導(dǎo)的區(qū)域規(guī)劃，缺乏整體性，前瞻性。而與之配套的配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展起步晚，水平低，早期建設(shè)缺乏合理的規(guī)劃，導(dǎo)致技術(shù)落后，自動(dòng)化水平低，可靠性低的局面。

2 10kV 架空線路配網(wǎng)自動(dòng)化改造方法

部分地區(qū)10kV 架空線路供電半徑大，支線較多，所處地形復(fù)雜，供電企業(yè)運(yùn)行人員有限，給尋找故障點(diǎn)帶為極大不便，嚴(yán)重制約了消缺效率。當(dāng)出現(xiàn)線路末端故障時(shí)，往往需要全線停電，擴(kuò)大了停電范圍，造成不合理性及資源浪費(fèi)。

在原有10kV 架空線路上加裝真空自動(dòng)配電開關(guān)，進(jìn)行合理布點(diǎn)，可在投資相對較小的情況下，短期內(nèi)組成配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，可大大減輕上述問題給配電網(wǎng)運(yùn)行帶來的影響。真空自動(dòng)配電開關(guān)具有手動(dòng)、自動(dòng)操作功能，采用真空滅弧，SF6 氣體絕緣。配有RTU控制器、電源變壓器（PT）配套安裝，可以實(shí)現(xiàn)10kV 配電線路的故障區(qū)段自動(dòng)隔離、正常區(qū)段的快速供電恢復(fù)，達(dá)到饋線自動(dòng)化。

當(dāng)線路單電源運(yùn)行時(shí)，真空自動(dòng)配電開關(guān)可以切斷故障點(diǎn)后段線路，故障點(diǎn)前段線路繼續(xù)運(yùn)行，大大縮短了停電范圍。而由RTU 控制器發(fā)出的信號可以使搶修人員清楚知道停電的區(qū)間，使搶修的工作量大為減少，有效地縮短停電時(shí)間，也能保證變電站的斷路器能在故障跳閘后重合成功，降低10kV 線路的故障跳閘率。

一般線路主線采用三分段安裝真空自動(dòng)配電開關(guān)，根據(jù)線路長度、負(fù)荷分部情況、用電性質(zhì)等因素進(jìn)行安裝，酌情加裝，另每條支線安裝一臺真空自動(dòng)配電開關(guān)。

3 10kV 電纜線路配網(wǎng)自動(dòng)化改造方法

而城區(qū)10kV 電纜配電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化程度直接影響著千家萬戶的日常生活水平，安裝一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的自動(dòng)化設(shè)備就可達(dá)到掌控線路負(fù)荷和運(yùn)行情況,例如，線路電流大小、電壓水平，線路停電，絕緣下降，設(shè)備被盜，導(dǎo)線超溫等?？梢詭椭簿€人員快速找到故障點(diǎn)位置,例如短路故障點(diǎn)、接地故障點(diǎn)、過負(fù)荷區(qū)段、雷擊區(qū)段、停電區(qū)段、絕緣下降區(qū)段等。確保實(shí)時(shí)掌控網(wǎng)絡(luò)狀況，分析網(wǎng)絡(luò)缺陷，及時(shí)找到處理故障點(diǎn)的問題2。

按照標(biāo)準(zhǔn)的配網(wǎng)自動(dòng)化模式，監(jiān)控一個(gè)點(diǎn)至少需要花2 萬元，包括高壓互感器（0.3 萬元），配電終端（1.3 萬元），無線終端（0.2 萬元），安裝調(diào)試（0.2 萬元），再加上開關(guān)電動(dòng)改造，實(shí)施一個(gè)點(diǎn)的費(fèi)用需要4 萬元左右，主站設(shè)備（含軟件）至少要投資30萬元才能實(shí)現(xiàn)縣區(qū)級最基本的SCADA/FA 和GIS 管理功能，如果規(guī)劃100 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，則需花200 多萬。而且要實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化，首先要對開關(guān)進(jìn)行改造，開關(guān)改造主要包括加裝電動(dòng)機(jī)構(gòu)、開關(guān)位置、一次CT 和一次PT。如果開關(guān)改不了電動(dòng)或者停不了電，則無法實(shí)現(xiàn)“遙控”；如果開關(guān)位置輔助觸點(diǎn)引不出來，則無法實(shí)現(xiàn)“遙信”；對于沒有預(yù)裝CT 的開關(guān)，需加裝戶內(nèi)套管CT 或者開啟式CT。為解決開關(guān)操作電源和FTU、通訊等工作電源，一般需要加裝PT，并做好防雷和諧振短路保護(hù)。如果不能停電安裝PT，或者空間不夠，則無法實(shí)現(xiàn)“遙測”。很多開關(guān)設(shè)備沒有預(yù)留FTU 安裝位置和電氣接口，則無法實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化。對于沒有安裝開關(guān)的線路，因無法安裝一次CT、PT 和FTU，也無法實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化。而歷史遺留了非常多舊電房、舊電柜空間狹小，還存在部分線路因有重要用戶而無法實(shí)現(xiàn)停電改造，現(xiàn)實(shí)中還有諸多問題限制著自動(dòng)化改造進(jìn)程。

而運(yùn)用電力線路故障定位與在線監(jiān)測系統(tǒng)可以很好的解決上述問題。其主要包括四部分：數(shù)字化的故障指示器、數(shù)據(jù)采集器（GPRS 通訊終端）、主站前置機(jī)（現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)大于100 個(gè)點(diǎn)的時(shí)候才需設(shè)立）、主站SCADA/GIS 軟件。系統(tǒng)工作原理如下：

故障指示器←短距離無線調(diào)頻通訊→數(shù)據(jù)采集器。當(dāng)指標(biāo)檢測短路,接地故障后立即當(dāng)?shù)刂噶?指示方式有雙卡或LED 閃爍,通過短距離無線通信方法將調(diào)頻信號、測量數(shù)據(jù)的送到附近的安裝數(shù)據(jù)終端3。數(shù)據(jù)收集器將定期召喚100——1000 米范圍內(nèi)的數(shù)字故障指示器,只有線路電流、電壓、溫度測量數(shù)據(jù)。1臺通信終端的指標(biāo)數(shù)量最好不要超過30 只,否則輪詢周期會更長。指示器的無線通訊能量主要來自感應(yīng)電線,所以通信的負(fù)載電流大線(如超過10)頻率和通信質(zhì)量是更好的。

數(shù)據(jù)采集器←GPRS（CDMA）/SMS →主站前置機(jī)。數(shù)據(jù)收集器將收集的信息和實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)的根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(DNP CDT,101、102、101,網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議等),包裝,通過GPRS 或CDMA)和短信的方式發(fā)送到主站前置機(jī)、可以在任何地方通過GPRS 或CDMA)和短信的檢查數(shù)據(jù)收集器。因?yàn)閿?shù)據(jù)收集器可以白天取到電能,所以使用GPRS 和CDMA 通信在白天,晚上可以改SMS 方式。如果后備可充電鋰電池容量足夠大(大于10 Ah),可以考慮繼續(xù)采用GPRS 通信,但這個(gè)時(shí)候主要根據(jù)數(shù)據(jù)收集器太陽能充電電壓和電池電壓大小來決定GPRS 通信之間的時(shí)間間隔,以減少電池磨損。

主站前置機(jī)←（TCP/IP）→主站SCADA/GIS 系統(tǒng)。主站前置機(jī)通常安裝在主控制中心,和調(diào)度主站SCADA/GIS 系統(tǒng)主要使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接,數(shù)據(jù)接口方式可以是TCP/IP 協(xié)議、數(shù)據(jù)庫或文本文件。主站收集所有故障信息和實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù),通過配電線路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系,能比較容易找出故障點(diǎn)的位置,一邊閃爍指示,可以一邊通過手機(jī)短信、語音通知調(diào)度人員。當(dāng)現(xiàn)場安裝數(shù)據(jù)收集器（現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)）數(shù)量不到100 臺,主站前置機(jī)可以和主站SCADA / GIS 軟件在一起,,主要為了減少設(shè)備投資。

此系統(tǒng)的技術(shù)核心是采用數(shù)字化的故障指示器來替代價(jià)格較貴的FTU、一次PT、CT 和電動(dòng)開關(guān)，并大大減少停電施工費(fèi)用，監(jiān)控一個(gè)點(diǎn)只需6、7 千元就能做下來。數(shù)字化的故障指示器主要分為兩種：一種是掛在高壓線路上，A、B、C 三相共掛3 只，具有最基本的遙測（線路負(fù)荷電流、線路對地電壓）和遙信（短路故障狀態(tài)、接地故障狀態(tài)）功能；另一種掛在開關(guān)支架上，僅掛一只，具有單路雙點(diǎn)遙信（開關(guān)位置）輸入和雙路遙控（開關(guān)合、分閘）輸出功能。數(shù)字化的故障指示器通過內(nèi)部短距離低功耗RF 模塊與附近安裝的數(shù)據(jù)采集器（GPRS 通訊終端）進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊，一臺數(shù)據(jù)采集器一般負(fù)責(zé)周邊1-30 只數(shù)字化的故障指示器，每3-4 只數(shù)字化的故障指示器合為一組，作為一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，一臺GPRS 通訊終端可監(jiān)控1-5 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的費(fèi)用最低可降至0.3 萬元，最高也僅為0.8 萬元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)模式的2 萬元。

其可實(shí)現(xiàn)以下功能：

遙測：數(shù)字化的故障指示器掛在線路上，實(shí)時(shí)采集線路負(fù)荷電流、故障電流、接地暫態(tài)電流和系統(tǒng)電壓（電場），在線路出現(xiàn)短路、接地故障時(shí)給出指示并上傳故障報(bào)警信息。

遙信：利用線路電流、電壓綜合判斷開關(guān)是在合位還是分位，或者掛在開關(guān)支架上直接采集開關(guān)位置輔助觸點(diǎn)。

遙控：掛在開關(guān)支架上，可直接與開關(guān)的電動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的合分閘操作。還可以遙控調(diào)整數(shù)字化故障指示器的動(dòng)作參數(shù)。

通訊：短距離用無線調(diào)頻通訊，通訊能量主要取自導(dǎo)線電流感應(yīng)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(yuǎn)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），和大容量備用鋰電池。如果架空線路在陰雨天氣很久時(shí)間，不能保證GPRS 實(shí)時(shí)在線工作電源要求（至少100mA/5V），則自動(dòng)切換到低功耗運(yùn)行方式：平時(shí)以20-50%全天候定時(shí)上線。

檢測到故障動(dòng)作信息以后立即上線。如果電纜線路長期處于5A 以下負(fù)荷電流，也自動(dòng)切換到低功耗運(yùn)行方式：平時(shí)以20-50%全天候定時(shí)上線，檢測到故障動(dòng)作信息以后立即上線。如果希望在所有的電纜線路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線通訊，還有一種解決方案，即使用電纜屏蔽層或者鋪設(shè)帶屏蔽的音頻雙絞線來做FSK 載波通訊，負(fù)荷電流在1A 以上（相當(dāng)于1 臺變壓器的空載損耗電流）就可以提供FSK 載波通訊電源，F(xiàn)SK 音頻線把10 公里范圍以內(nèi)的數(shù)字化故障指示器數(shù)據(jù)送到負(fù)荷電流大的地方，再轉(zhuǎn)換成GPRS 通訊方式即可。FSK 載波特點(diǎn)是低功耗，音頻隔離，本質(zhì)安全（不怕通訊線短路、接地、斷線），負(fù)載輕，傳輸距離遠(yuǎn)，掛接節(jié)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)透明，抗干擾能力強(qiáng)。

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