廣西萬(wàn)信工程咨詢有限責(zé)任公司 陳劍

1 引言

隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，尤其是城市化的快速發(fā)展和能源消耗的不斷增加，電網(wǎng)數(shù)據(jù)呈幾何倍數(shù)形式增長(zhǎng)，對(duì)人力資源的需求也在增加。特別是隨著城市化的發(fā)展，變電站、輸電線路和配電線路的交叉口和分支越來(lái)越復(fù)雜。電網(wǎng)拓?fù)浞治龊涂煽啃苑治霾粌H保證了電網(wǎng)在復(fù)雜工作環(huán)境中的安全，而且保證了電網(wǎng)的可靠性。另外，配電網(wǎng)絡(luò)中的裝置和線路的更新?lián)Q代比較迅速，因此造成了許多不同的設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)實(shí)不符，會(huì)遇到突發(fā)事件。在此背景下，配電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)與維護(hù)需要采用現(xiàn)代的自動(dòng)控制方法。10kV等級(jí)電力系統(tǒng)由于規(guī)模龐大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給發(fā)展帶來(lái)了許多困難。在配電網(wǎng)絡(luò)中增設(shè)GIS，是今后配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要特點(diǎn)[1-2]。

2 配電自動(dòng)化現(xiàn)狀

隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，國(guó)家電網(wǎng)從2000年開(kāi)始實(shí)施測(cè)試項(xiàng)目。例如，在測(cè)試區(qū)域設(shè)置SCADA 系統(tǒng)，以測(cè)量遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本網(wǎng)絡(luò)信息。在目前的技術(shù)水平下，已實(shí)現(xiàn)了66kV以上電力系統(tǒng)的故障探測(cè)與絕緣。然而，在試驗(yàn)中，存在著許多問(wèn)題，如通信流暢、系統(tǒng)的可靠度等。在通信上的問(wèn)題是由于網(wǎng)絡(luò)的變化，導(dǎo)致通信不穩(wěn)，當(dāng)電網(wǎng)的諧波很大時(shí)，通信會(huì)發(fā)生斷續(xù)和混亂的代碼。而換通信模式，使用專(zhuān)門(mén)的電纜網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致線路費(fèi)用增高。本文對(duì)目前配電自動(dòng)化應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，主要有幾個(gè)方面的問(wèn)題，一是電網(wǎng)設(shè)計(jì)之初缺乏前期規(guī)劃管理，二是配電網(wǎng)自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)可靠性較差，三是缺少無(wú)線通信平臺(tái)支撐，四是運(yùn)維管理工作的欠缺，五是忽略了信息孤島問(wèn)題。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前10kV 配電電網(wǎng)中采用的自動(dòng)化系統(tǒng)，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，目前10kV電網(wǎng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括有幾點(diǎn)。一是配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備，作為構(gòu)成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這些設(shè)備存在整個(gè)電網(wǎng)的每個(gè)可用節(jié)點(diǎn)和設(shè)備中，主要作用是進(jìn)行設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)獲取并上傳，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的控制。二是通信系統(tǒng)，主要作用是對(duì)各電氣設(shè)備及設(shè)備控制主站之間進(jìn)行信息傳輸與通信，與電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)均相連，串接電網(wǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的穩(wěn)定傳輸。三是GIS 系統(tǒng)，在GIS 信息的支持下，可以清晰、詳細(xì)地獲取配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息。四是系統(tǒng)集成，配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)主要依靠眾多設(shè)備、系統(tǒng)和技術(shù)，以此來(lái)形成綜合性較強(qiáng)的集成系統(tǒng)和多重功能的實(shí)現(xiàn)。

圖1 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GIS技術(shù)可以從平臺(tái)上直接讀出失效點(diǎn)的位置，并與當(dāng)前使用的導(dǎo)航技術(shù)相配合，快速定位發(fā)生事故地點(diǎn)，并進(jìn)行故障診斷。GIS 的基本數(shù)據(jù)是設(shè)備的地理位置，有了這些數(shù)據(jù)，通過(guò)電腦將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面和整個(gè)區(qū)域的地理數(shù)據(jù)。

4 電氣設(shè)計(jì)與無(wú)線通信方式確定

4.1 配電網(wǎng)自動(dòng)化電氣構(gòu)成

本文從配電網(wǎng)企業(yè)組成入手，對(duì)配電網(wǎng)的自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行了研究，是配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)保障。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的重要保障。本系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，并將工作狀況的相關(guān)信息傳遞給電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中無(wú)線通信技術(shù)的選定

當(dāng)前無(wú)線抄表作業(yè)中，GPRS 是常用的通信方式。功率線型通信方式的可靠性較差，傳送速度較慢，GPRS 通信方式的傳送速度較慢。另外，4G、5G 通信技術(shù)的不斷發(fā)展，2G 中的GPRS 正在逐步被取代。所以，在無(wú)線通信方式下，需要采用高傳輸率的無(wú)線專(zhuān)用網(wǎng)通信方式。

5 GIS信息獲取方式對(duì)比

在配電自動(dòng)化中，GIS 的主要功能是確定各設(shè)備的結(jié)點(diǎn)位置，在事故發(fā)生時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和迅速的查找。所以，并不需要太高的精確度，只需要使用基礎(chǔ)的GPS 就可以確定設(shè)備的位置，再根據(jù)GPS數(shù)據(jù)去現(xiàn)場(chǎng)檢查即可。

5.1 在電力裝置中安裝GPS組件

GPS模塊置于電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)方案如圖2所示。配電網(wǎng)絡(luò)的電力設(shè)備需要在網(wǎng)絡(luò)上采集各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)匯總后用在網(wǎng)絡(luò)交換與區(qū)域電力調(diào)度中心進(jìn)行交流。在此方法中，GPS 模塊被放置在各個(gè)電子裝置上，優(yōu)勢(shì)是可以對(duì)各電子裝置進(jìn)行精確的定位，從而可以進(jìn)行GPS 信號(hào)的單獨(dú)采集與定位，從而達(dá)到較佳的效果。

圖2 GPS模塊置于電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)方案

5.2 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的結(jié)點(diǎn)中放置電力裝置

電氣設(shè)備置于現(xiàn)場(chǎng)通信節(jié)點(diǎn)中的實(shí)施方案如圖3所示，在一個(gè)實(shí)時(shí)通信的結(jié)點(diǎn)上放置GPS 組件，可以充分地使用網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置。本方法對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)通信節(jié)點(diǎn)和盡可能對(duì)野外的電器裝置進(jìn)行精確的位置測(cè)量。

圖3 電氣設(shè)備置于現(xiàn)場(chǎng)通信節(jié)點(diǎn)中的實(shí)施方案

6 基于GIS 技術(shù)的10kV 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)需要解決的主要問(wèn)題

6.1 GIS技術(shù)在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題

配電網(wǎng)應(yīng)用GIS 技術(shù)后，需要完成電網(wǎng)設(shè)備有效定位，在確定詳細(xì)位置參數(shù)前提下，進(jìn)行實(shí)物資產(chǎn)管控與保護(hù)。按照電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠高效、精確定位故障點(diǎn)設(shè)備情況，為后續(xù)運(yùn)維提供支持。因此首先應(yīng)該提出切實(shí)可行的應(yīng)用方案，確保GIS 順利實(shí)現(xiàn)。

6.2 通信實(shí)現(xiàn)問(wèn)題

為滿足10kV配電網(wǎng)通信需求，針對(duì)所有設(shè)備、GPS 等信息，需要高效發(fā)送至控制系統(tǒng)，確保正常交互順利完成。

6.3 系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)問(wèn)題

配電網(wǎng)自動(dòng)化、GIS 兩個(gè)系統(tǒng)想要順利集成，需要對(duì)電網(wǎng)現(xiàn)有管理系統(tǒng)進(jìn)行有效銜接，譬如生產(chǎn)PMS、集控等系統(tǒng)。在不同系統(tǒng)互聯(lián)互通的前提下，基于GIS 的10kV 配電網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)才能夠發(fā)揮作用。反之，就算系統(tǒng)建成，始終處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)也無(wú)法起到任何實(shí)質(zhì)性作用。

7 GIS與配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的集成

GIS 信息作為當(dāng)前配電網(wǎng)的輔助信息，需要滿足配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的要求，為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。信息交流的內(nèi)容和過(guò)程應(yīng)符合幾點(diǎn)要求。一是信息交互內(nèi)容，配電網(wǎng)的自動(dòng)控制中心系統(tǒng)必須創(chuàng)建統(tǒng)一的圖形用戶界面?？刂浦行南到y(tǒng)通過(guò)信息采集總線將GIS 實(shí)時(shí)傳輸至配電GIS 子系統(tǒng)，以支持GIS 信息。二是信息交互流程，在地理位置上通信節(jié)點(diǎn)收集地理坐標(biāo)信息，輸入GIS 系統(tǒng)。通過(guò)逆絕緣裝置后，通過(guò)安全區(qū)域I和安全區(qū)域III，然后通過(guò)前絕緣裝置，最后到達(dá)主配電系統(tǒng)的服務(wù)器通信接口。將GIS 的單線圖、地理圖、架空線圖轉(zhuǎn)換為配電網(wǎng)主站的單線圖模型，最終存儲(chǔ)在DMS服務(wù)器中。

8 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與集控系統(tǒng)的集成

8.1 集成目的

PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)配電系統(tǒng)設(shè)備和生產(chǎn)管理信息平臺(tái)的信息維護(hù)。在10kV 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，必須增加通信節(jié)點(diǎn)和其他電子控制裝置，以加強(qiáng)PMS 系統(tǒng)的維護(hù)和集成，只有PMS 生產(chǎn)管理系統(tǒng)才能輸入有關(guān)設(shè)備和賬戶的附加信息，以確保信息源的唯一性[3-4]。

8.2 信息交互內(nèi)容

信息交換的內(nèi)容主要包括通過(guò)信息交換總線發(fā)送到主站系統(tǒng)的設(shè)備賬號(hào)信息和生產(chǎn)管理信息。

8.3 信息交互過(guò)程

發(fā)送PMS產(chǎn)品信息有兩種方式。一方面，采用分布式主站系統(tǒng)發(fā)送信息，該信息具有PMS系統(tǒng)的服務(wù)器通信接口，通過(guò)防隔離裝置后，通過(guò)安全I(xiàn)區(qū)和安全I(xiàn)II區(qū)，通過(guò)前端隔離裝置到達(dá)分布式主站系統(tǒng)的通信服務(wù)器，生產(chǎn)站系統(tǒng)不再向PMS系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。另一種方法是PMS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)之間的信息交互。由于兩者都處在安全區(qū)III，因此不需要隔離信息交互。

9 信息系統(tǒng)集成建設(shè)方案

9.1 集成目的

10kV配電網(wǎng)絡(luò)是從變電所引出的，這一部分是配電網(wǎng)絡(luò)的重要內(nèi)容。配電網(wǎng)的主機(jī)必須與調(diào)度集控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，方便對(duì)變電所及其輸電線的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行采集。在采集到這些信息后，在配電網(wǎng)中進(jìn)行集成與管理，從而將整個(gè)配網(wǎng)的信息顯示在配電網(wǎng)中[5]。

9.2 信息交互內(nèi)容

配電系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)將配電系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的離線模型10kV 和實(shí)時(shí)信息模型發(fā)送至配電系統(tǒng)主站系統(tǒng)，配電系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)將10kV 出線開(kāi)關(guān)的操作要求發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。

9.3 信息交互過(guò)程

在調(diào)度集中控制與配電網(wǎng)的主機(jī)均位于安全域I區(qū)域，因此在數(shù)據(jù)通信中要添加一個(gè)垂直的密碼驗(yàn)證設(shè)備。配電主機(jī)系統(tǒng)通過(guò)縱向密碼驗(yàn)證設(shè)備發(fā)送一個(gè)運(yùn)行命令要求，然后到達(dá)調(diào)度集控制系統(tǒng)的預(yù)設(shè)服務(wù)器。本調(diào)度集控制中心將實(shí)時(shí)的信息模型數(shù)據(jù)傳輸給分配中心的DMS服務(wù)器，通過(guò)垂直的密碼驗(yàn)證設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證。

10 結(jié)語(yǔ)

基于GIS 技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合，GIS 系統(tǒng)需要集成到電網(wǎng)原有的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息的互補(bǔ)與集成，才能夠充分實(shí)現(xiàn)GIS 系統(tǒng)的功能。GIS 系統(tǒng)與配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，需要配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與生產(chǎn)PMS系統(tǒng)的集成和配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與集控系統(tǒng)的集成，形成信息交互的流程，最終可以實(shí)現(xiàn)安全可靠的基于GIS 系統(tǒng)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。