基于GPRS的10kV智能真空斷路器在縣級配電網中的應用

宋世兵

【摘 要】配網自動化是電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的關鍵技術之一，本文詳細分析了基于GPRS的10kV智能真空斷路器的組成，原理，及軟硬件技術框架，并結合四川省射洪縣農村電網10kV線路加裝智能真空斷路器的試點成果，證明10kV智能真空斷路器是實現(xiàn)農村配網自動化的關鍵設備；而GPRS通信技術由于其經濟性和可靠性，特別適合應用在電力系統(tǒng)通信網絡中，二者的結合更有助于配網自動化真正地實現(xiàn)遠程遙控，遙測，遙信，遙調。

【關鍵詞】配電網自動化 GPRS 10kV智能真空斷路器 組網方案

1 引言

配網自動化就是應用計算機、自動控制、電子技術、通信技術以及先進的配電設備等技術手段，對配電網進行在線與離線的智能化管理，使配網處于安全、可靠、經濟、優(yōu)質、高效的運行狀態(tài)。配電網自動化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢，其核心是實現(xiàn)配網線路故障的快速定位、隔離和恢復供電，提高配網運行管理水平，提高用戶供電可靠性，而智能真空斷路器正是實現(xiàn)這一目標的重要設備。

基于GPRS的10kV智能真空斷路器是在傳統(tǒng)真空斷路器的基礎上，采用最新的計算機和通信技術設計開發(fā)而成，能夠實現(xiàn)配電電網的實時監(jiān)控，故障自動定位，自動隔離，自動保護。

GPRS網絡具有成本低廉，應用廣泛，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，是智能真空斷路器的首選通信網絡。

2 10kV智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)介紹

智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：10kV真空斷路器，GPRS智能控制器，后臺主站軟件系統(tǒng)，其核心是GPRS智能控制器和后臺主站軟件系統(tǒng)。

2.1 10kV真空斷路器

真空斷路器因其滅弧介質和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網中應用較為普及。

2.2 GPRS智能控制器

控制器實時監(jiān)控真空斷路器開關送過來的輸入模擬量通，共有四個，A相電流、C相電流、零序電流、BC相間電壓。控制器通過實時監(jiān)測上述模擬量的值并與定值比較，從而快速發(fā)現(xiàn)線路異常，并做相應的處理。

控制器的主要功能如下圖1所示。

2.2.1 交流信號采集模塊

本模塊主要由互感器分別將真空斷路器的220V 交流電壓和電流轉換成小電壓和小電流，提供給數(shù)據(jù)轉換模塊。

2.2.2 數(shù)據(jù)轉換模塊

本模塊把采樣模塊送過來的模擬信號轉換成數(shù)據(jù)信號存在存儲器模塊里面。

2.2.3 主控處理器模塊

主控處理器模塊是控制器最主要的模塊，其功能如下：

（1）從信號處理模塊的存儲器里讀出三相電路和電壓所需要的參數(shù)，比與預設定值模塊得到的數(shù)據(jù)比較，并且根據(jù)不同的情況控制輸出模塊來開合智能真空斷路器。

（2）主控處理器通過兩個紅外接口接收遙控開關和PDA的命令，并根據(jù)命令控制輸出模塊來開合智能真空斷路器。

（3）主控處理器可以從RS232模塊接口接收配置數(shù)據(jù)，特別是GPRS模塊通信所需的配置數(shù)據(jù)。

（4）主控處理器通過GPRS模塊接收服務器軟件發(fā)出的命令，同時通過GPRS模塊上報實時的信息。

控制器通過與真空斷路器的交互以及GPRS通信功能，實現(xiàn)了遙信、遙測、遙控、遙調等四遙功能：收集真空斷路器的開合狀態(tài)和儲能狀態(tài)，定期通過GPRS網絡傳遞給遠程的后臺服務器并存入數(shù)據(jù)庫，后臺客戶端軟件實時訪問數(shù)據(jù)庫將開合狀態(tài)和儲能狀態(tài)顯示給操作人員實現(xiàn)遙信；控制器收集真空斷路器的AC相電壓、AC相電流和零序電流數(shù)值，定期通過GPRS網絡傳遞給遠程的后臺服務器并存入數(shù)據(jù)庫，后臺客戶端軟件實時訪問數(shù)據(jù)庫將電壓和電流值顯示給操作人員實現(xiàn)遙測；有權限的操作人員在后臺上可以對遠端的真空斷路器實施分合操作，分合命令通過GPRS網絡傳遞給控制器，控制器實時對真空斷路器下達分合命令實現(xiàn)遙控；定值專員根據(jù)線路需求在后臺上設定各真空斷路器的定值，并通過GPRS網絡傳遞給控制器，控制器實時更新真空斷路器的定制實現(xiàn)遙調。

2.3 后臺主站軟件系統(tǒng)

后臺軟件分為客戶端和服務器端，在一個系統(tǒng)中，允許有一個服務器端和多個客戶端。所有的軟件都基于標準的windows平臺，采用面向對象開發(fā)技術，標準的TCP/IP通信協(xié)議棧和標準的SQL SERVER數(shù)據(jù)庫開發(fā)。服務器端的軟件運行在服務器上，也可以運行在配置較高的PC上。客戶端軟件運行在PC機上。客戶端PC和服務器通過內部以太網連接，服務器通過防火墻連接到移動GPRS公網上與智能真空斷路器通信。

3 GPRS介紹

GPRS是通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service）的簡稱，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。它提供端到端的、廣域的無線IP連接。

GPRS網絡是基于現(xiàn)有的GSM網絡來實現(xiàn)的。通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。而且，因為不再需要現(xiàn)行無線應用所需要的中介轉換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。

智能真空斷路器與服務器通過GPRS的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式。一種是服務器通過移動公司專線有線方式或是GPRS Modem 無線方式接入GPRS 網絡，實現(xiàn)服務器與智能真空斷路器之間的GPRS 網內數(shù)據(jù)傳輸；另一種是由服務器通過固定IP或者動態(tài)IP的方式接入Internet 網絡，由于中國移動GPRS網絡通過CMNet網關與Internet網絡互連，這樣每個智能真空斷路器也可以接入Internet網絡，實現(xiàn)雙方之間的數(shù)據(jù)通信。本系統(tǒng)采用第二種方式。

4 基于GPRS的智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)在縣級配網中的應用實例

以射洪縣明珠電力公司農村配網10kV線路智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案舉例說明。

射洪縣屬丘陵農業(yè)大縣，有60條10kV配網線路分布在廣大農村地區(qū)。射洪縣目前的配電網相比以前已經有了很大的發(fā)展，但是仍然比較薄弱，絕大多數(shù)為樹狀結構，且多為架空線，可靠性差，尤其在農村，送電距離太長，損耗嚴重，電壓質量差。配電設備比較陳舊，大多是不可遙控的。配電網運行狀態(tài)監(jiān)測設備少，信息傳輸通道缺乏，因而信息搜集量少，這些導致事故處理自動化程度低，處理時間長，事故后恢復供電慢。特別是以自然延伸輻射型為主的架空饋線，主干線上帶有多條分支線，分支線再延伸出多條小分支線，線路結構復雜，而且分支線上的每一次永久或瞬時故障均會引起全條饋線停電，影響范圍較大。

通過基于GPRS的10kV智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)在各條線路的逐步使用，配網性能得到了明顯的改善，取得了良好的社會效益和經濟效益。其GPRS組網方案，如下圖2所示。

所有10kV線路上的分段、分支真空斷路器的GPRS智能控制器（FTU）接入移動GPRS公網，并得到一個由移動公網分配的動態(tài)IP地址。同時縣調度中心的服務器通過移動專線經過專用防火墻接入GPRS骨干網，分配一個固定的公網IP地址，并把這個服務器固定IP地址配置給各個FTU控制器終端，建立起了服務器和FTU之間基于公網IP的通信通道。后期系統(tǒng)也可以直接接入基于GPRS的配電終端（TTU）和開閉所終端（DTU），而無需任何額外的網絡建設和后臺主站軟件系統(tǒng)；同時射洪縣明珠電力公司調度中心的營銷、調度等客戶端通過電力局域內網連接到服務器，可以實時監(jiān)控各條配網線路的運行狀態(tài)。位于服務器上的后臺主站軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了與地理信息系統(tǒng)GIS的接口，可以將分布在全縣各處的智能真空斷路器通過GPRS返回來的各條線路的運行狀態(tài)動態(tài)的顯示在地圖上，從而一目了然的掌握整個配網線路的運行狀況。而轄區(qū)各個供電所的客戶端也同樣通過電力內網接入縣中心服務器，負責各自責任范圍內各條線路的開合控制及其他管理。分級和分區(qū)域的賬戶權限設置，實現(xiàn)縣調度中心的統(tǒng)一管理以及各供電所責任人的靈活控制，實現(xiàn)了集中式的數(shù)據(jù)管理和分布式的監(jiān)控，大大提高了數(shù)據(jù)的安全性和管理的可控性。

5 基于GPRS的10kV智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)實施后的經濟效益

具有GPRS遠程通訊功能的智能斷路器監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，極大的方便各條10kV饋線的監(jiān)控和管理，將會產生可觀的經濟效益。

5.1 節(jié)約了大量的人力維護成本

除了對線路的定期巡視以外，所有的日常操作和控制直接由主站系統(tǒng)的客戶端遠程實現(xiàn)。發(fā)生故障時，自動隔離故障分支線路，不再需要投入大量的人力通過傳統(tǒng)的人工拉網方式做故障尋找定位。調度中心可以通過GPRS遠程控制斷路器的分、合，快速有效的完成調度，不需要人到現(xiàn)場操作。

5.2 減少了停電時間和頻率，縮小了停電范圍

通過故障的自動隔離，可以有效的減少停電范圍和時間，提高了用戶滿意度的同時也減少了因停電導致的售電損失；通過GPRS傳回的各條線路的實時運行數(shù)據(jù)，可以提前發(fā)現(xiàn)異常并處理，從而減少停電的頻率；通過對歷史數(shù)據(jù)的分析比較，可以實現(xiàn)線路的優(yōu)化，減少線損，提高經濟效益。

5.3 打下了配網自動化的基礎

本系統(tǒng)通過和調配一體化系統(tǒng)無縫對接，可以完全滿足配網自動化的需求，不需要任何額外的投資。同時系統(tǒng)也可以接入配電變壓器終端（TTU），開閉所和環(huán)網柜終端（DTU）以及智能漏保等設備，納入后臺統(tǒng)一管理，而無需新建管理系統(tǒng)，為以后的擴展節(jié)約了大量資金。

6 結語

基于GPRS的智能真空斷路器及監(jiān)控系統(tǒng)在射洪農村配網的成功使用證明，智能真空斷路器是配網自動化的關鍵和可靠的設備，是實現(xiàn)配網自動化的基礎，益與推廣。在今后的應用中，主要加強兩方面的改進：一是根據(jù)需要整合擴展后臺軟件的功能；二是為了提高通信的可靠性，在一些重要的節(jié)點站中采用光纖通信，在比較偏遠的節(jié)點則采用GPRS通信，這樣，就能更好的利用GPRS通信的優(yōu)點，避免它的缺點，以更好的平衡電力通信系統(tǒng)的可靠性和經濟性，以實現(xiàn)效益的最大化。

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