探析北斗導航系統的智能配網線路綜合監測系統

盧偉 江蘇保旺達軟件技術有限公司

配電網的網格化、智能化水平日益引發人們的關注，北斗衛星導航系統與智能配網體系的融合主要是采用端對端的通信方式，實現對配電自動化終端的對時、通信和定位。本文重點探討基于北斗導航系統的智能配網線路綜合監測系統的設計與應用，利用線路上的故障指示器進行主站系統的故障信息反饋、主動上報和處理，并獲取系統時鐘同步信號，完成線路故障的同步、快速、安全定位，實現配電網在監測、保護和控制上的現代化、智能化水平。

1 智能配網線路綜合監測系統概述

智能配網線路綜合監測系統涵蓋配網數字故障指示器、北斗通信網絡和主站系統，由故障指示器、北斗衛星導航系統實現時鐘同步，進行線路故障的檢測、準確定位和信息反饋，全面監測和發送配網線路相間短路故障和單相接地故障的類型、位置、時間，實時監測配網線路狀態。

具體功能主要體現于以下方面：(1）實時采集和顯示數據。系統能夠自動識別并采集負荷電流實時對地基準、對地絕緣數據，實時有效監控配電網負荷電流，為故障排查和定位提供有效依據。(2）分析數據并發現故障。系統能夠進行故障快速發現和高效處理，進行故障預警和提示，并進行故障歷史統計。(3）北斗衛星系統時鐘校準功能。系統能夠實現“即插即用”，遙測線路的正常負荷電流和故障突變電流，遙信線路安裝點故障信號及開關狀態量，并具有遙調傳感裝置參數及報警門限值的擴展功能。

2 基于北斗通信模塊的數字故障指示器設計

2.1 故障指示器故障檢測原理。通過故障指示器能夠實時監測配網線路的電壓、電流等電氣量，快速準確判定配網線路故障發生區間，并進行故障預警。通常采用電流突變法進行線路短路故障的檢測，進行負荷電流的自動追蹤，無須整定參數，具有良好的應用效果?？梢圆捎檬装氩ǚㄟM行單相接地故障選線，由于不同電網暫態信號頻率不盡相同，其正弦信號具有按指數衰減的特點，當故障線與非故障線的主頻信號極性相反且大于非故障線時，即可以進行故障選線。還可以將其與信號注入法相結合，檢測故障線路并進行實時在線修改和調整。

2.2 基于北斗衛星導航系統的故障指示器通信應用。通常采用ZigBee 協議實現數字故障指示器與遠程測控數據終端間的通信，進行信息的近距離無線傳輸，并通過現有移動網絡進行遙控遙測。同時，還可以采用北斗衛星導航系統實現遠程測控數據終端與主站之間的通信，利用基于北斗衛星導航模塊中的基帶芯片、射頻芯片、低噪放大器和功率放大器，進行配置外設和通信定位。

3 基于北斗導航系統的智能配網通信網絡設計

3.1 北斗短報文通信技術的應用。每個北斗通信終端都有各自唯一的北斗卡號，由地面中心進行短報文的轉發，具有極強的響應能力和通信抗干擾能力，保密性和可靠性極高，并能夠實現最大程度的覆蓋。然而，北斗短報文通信技術也受到數據長度的限制，導致短報文通信頻度、容量、鏈路受限。

3.2 基于北斗短報文通信技術的動態組網方式。北斗數據中心為通信終端提供與北斗卡號相對應的代碼，由數據服務中心轉發并推送信息，實現各通信終端各節點的數據同步共享和服務，并能夠通過通信鏈路實現數據轉發、交互、推送服務，完成對應地址的查詢、解析和尋址服務。

3.3 北斗智能配網終端監測系統的架構部署。北斗智能配網終端監測系統的物理架構包括采集層、傳輸層、應用層和設備層，其中：采集層主要利用采集傳感單元提取線路運行數據信息，傳輸層進行內外網系統間的銜接和安全接入，應用層則將接收的配電網運行數據傳送至設備監控單元、數據管理單元、地理信息單元，設備層則將北斗短報文傳輸至北斗配電終端監測平臺。

3.4 北斗智能配網線路綜合監測主站系統的功能模塊。系統實現短報文通信信息的轉發、解析和推送服務，相關功能模塊主要包括有：（1）系統管理。主要實現對智能配網線路的權限管理、密碼修改和安全退出等功能。（2）線路電流預警。該部分主要設定和配置線路電流的上限值和下限值，并面向系統管理員自動發出超閾值預警信息。（3）圖形管理。主要進行供電區域圖窗口、饋線窗口、單線圖窗口之間的切換，并實現開關人工置位和用戶數據信息顯示。(4）數據查詢。主要實現對用戶數據的檢索和查詢管理，包括對地絕緣、電流、溫度、動作、接地故障、采集器在線狀態等。(5）前置通信軟件。主要進行用戶數據的采集、監視和數據庫存儲，高效準確讀取并修改配置文件的相關參數，實現遠程遙控和通信。（6）后臺監控軟件。通過圖形界面顯示并進行故障告警和提示，進行遠程遙控和定值設置，實現用戶管理和報表管理，支持多種通信。

規約和方式。

3.5 北斗智能配網線路綜合監測終端的功能模塊?；诒倍穼Ш较到y的智能配網線路綜合監測終端模塊主要涵蓋以下內容：(1）北斗運營管理監控模塊。主要實現指揮機管理和終端管理，完成指揮機狀態監測和終端狀態監測，進行信息單點下發和通播下發，并進行通信記錄的查詢和統計。(2）北斗GIS 展現模塊。該模塊主要提供基礎地圖信息、配電設備位置信息，將線路故障點位置信息推送至北斗智能巡檢手持終端設備，并在前端顯示設備顯示GIS 基礎地圖、配網設備狀態信息和配網設備拓撲結構。(3）北斗電源模塊。要獨立設置北斗電源模塊，并進行50Ah、25Ah 兩種規格電池的待機時長和光伏板容量配比計算，使之滿足北斗短報文模塊的功率要求。(4）生產管理系統接口。由配網狀態監控接口進行配網設備狀態信息的上報，由北斗智能巡檢手持終端工單推送接口實現工單信息的推送。

3.6 北斗智能配網線路綜合監測終端設備改造。北斗智能配網線路綜合監測終端設備主要包括有：(1）北斗箱開監測終端?？梢詫⒈倍肥跁r和定位模塊設置于北斗箱開監測終端，經由北斗短報文通道上報其狀態信息，包括位置、時間、箱開狀態等。(2）北斗線路開關監測終端。由配電開關和環網柜智能終端設備進行配網線路遠方監控、故障檢測和故障隔離。由北斗數據終端進行信息的發送，包括北斗線路狀態信息、故障信息和位置信息。(3）北斗線路監測終端。主要識別和判定架空線的直接接地、電阻接地、相間短路及接地故障。(4）北斗線路故障定位裝置。該模塊通過線路狀態監測器進行線路單相接地故障狀態的檢測，并由北斗定位授時模塊獲取時間、位置信息，將其傳送至主站，根據架空線路網架拓撲圖的故障指示器上傳信息，判定故障點的類型、位置并發出預警（。5）北斗智能巡檢手持終端。該模塊內置北斗通訊卡、備用電池、充電器等，與地圖軟件配合使用確定故障點的具體位置，快速實現故障檢修和處理。

4 小結

綜上所述，基于北斗導航系統的智能配網線路綜合監測系統研發應用帶北斗通信模塊的新型數字故障指示器，基于短報文北斗通信網絡技術，進行線路故障數據信息推送和轉發，并通過系統主站和終端設備的總體設計和改造優化，較好地進行配網線路數據拓撲分析、計算、存儲和處理，實現對智能配網線路的全面監測和管理，包括線路故障定位、線路故障區段隔離、線路非故障區段轉供電等監測，有效提升系統的實際應用價值和效能。