探析北斗導航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測系統(tǒng)

盧偉 江蘇保旺達軟件技術(shù)有限公司

配電網(wǎng)的網(wǎng)格化、智能化水平日益引發(fā)人們的關注，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與智能配網(wǎng)體系的融合主要是采用端對端的通信方式，實現(xiàn)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(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用，利用線路上的故障指示器進行主站系統(tǒng)的故障信息反饋、主動上報和處理，并獲取系統(tǒng)時鐘同步信號，完成線路故障的同步、快速、安全定位，實現(xiàn)配電網(wǎng)在監(jiān)測、保護和控制上的現(xiàn)代化、智能化水平。

1 智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測系統(tǒng)概述

智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測系統(tǒng)涵蓋配網(wǎng)數(shù)字故障指示器、北斗通信網(wǎng)絡和主站系統(tǒng)，由故障指示器、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)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(jiān)測和發(fā)送配網(wǎng)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(jiān)測配網(wǎng)線路狀態(tài)。

具體功能主要體現(xiàn)于以下方面：(1）實時采集和顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)能夠自動識別并采集負荷電流實時對地基準、對地絕緣數(shù)據(jù)，實時有效監(jiān)控配電網(wǎng)負荷電流，為故障排查和定位提供有效依據(jù)。(2）分析數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)故障。系統(tǒng)能夠進行故障快速發(fā)現(xiàn)和高效處理，進行故障預警和提示，并進行故障歷史統(tǒng)計。(3）北斗衛(wèi)星系統(tǒng)時鐘校準功能。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“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(tài)量，并具有遙調(diào)傳感裝置參數(shù)及報警門限值的擴展功能。

2 基于北斗通信模塊的數(shù)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?qū)崟r監(jiān)測配網(wǎng)線路的電壓、電流等電氣量，快速準確判定配網(wǎng)線路故障發(fā)生區(qū)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(shù)，具有良好的應用效果。可以采用首半波法進行單相接地故障選線，由于不同電網(wǎng)暫態(tài)信號頻率不盡相同，其正弦信號具有按指數(shù)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(jié)合，檢測故障線路并進行實時在線修改和調(diào)整。

2.2 基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的故障指示器通信應用。通常采用ZigBee 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)字故障指示器與遠程測控數(shù)據(jù)終端間的通信，進行信息的近距離無線傳輸，并通過現(xiàn)有移動網(wǎng)絡進行遙控遙測。同時，還可以采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)遠程測控數(shù)據(jù)終端與主站之間的通信，利用基于北斗衛(wèi)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(tǒng)的智能配網(wǎng)通信網(wǎng)絡設計

3.1 北斗短報文通信技術(shù)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(zhuǎn)發(fā)，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?qū)崿F(xiàn)最大程度的覆蓋。然而，北斗短報文通信技術(shù)也受到數(shù)據(jù)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(shù)的動態(tài)組網(wǎng)方式。北斗數(shù)據(jù)中心為通信終端提供與北斗卡號相對應的代碼，由數(shù)據(jù)服務中心轉(zhuǎn)發(fā)并推送信息，實現(xiàn)各通信終端各節(jié)點的數(shù)據(jù)同步共享和服務，并能夠通過通信鏈路實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、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(wǎng)終端監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)部署。北斗智能配網(wǎng)終端監(jiān)測系統(tǒng)的物理架構(gòu)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(shù)據(jù)信息，傳輸層進行內(nèi)外網(wǎng)系統(tǒng)間的銜接和安全接入，應用層則將接收的配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)傳送至設備監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)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(jiān)測平臺。

3.4 北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測主站系統(tǒng)的功能模塊。系統(tǒng)實現(xiàn)短報文通信信息的轉(zhuǎn)發(fā)、解析和推送服務，相關功能模塊主要包括有：（1）系統(tǒng)管理。主要實現(xiàn)對智能配網(wǎng)線路的權(quán)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(tǒng)管理員自動發(fā)出超閾值預警信息。（3）圖形管理。主要進行供電區(qū)域圖窗口、饋線窗口、單線圖窗口之間的切換，并實現(xiàn)開關人工置位和用戶數(shù)據(jù)信息顯示。(4）數(shù)據(jù)查詢。主要實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)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(tài)等。(5）前置通信軟件。主要進行用戶數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視和數(shù)據(jù)庫存儲，高效準確讀取并修改配置文件的相關參數(shù)，實現(xiàn)遠程遙控和通信。（6）后臺監(jiān)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(xiàn)用戶管理和報表管理，支持多種通信。

規(guī)約和方式。

3.5 北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測終端的功能模塊。基于北斗導航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測終端模塊主要涵蓋以下內(nèi)容：(1）北斗運營管理監(jiān)控模塊。主要實現(xiàn)指揮機管理和終端管理，完成指揮機狀態(tài)監(jiān)測和終端狀態(tài)監(jiān)測，進行信息單點下發(fā)和通播下發(fā)，并進行通信記錄的查詢和統(tǒng)計。(2）北斗GIS 展現(xiàn)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(wǎng)設備狀態(tài)信息和配網(wǎng)設備拓撲結(jié)構(gòu)。(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(guī)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(chǎn)管理系統(tǒng)接口。由配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控接口進行配網(wǎng)設備狀態(tài)信息的上報，由北斗智能巡檢手持終端工單推送接口實現(xiàn)工單信息的推送。

3.6 北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測終端設備改造。北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測終端設備主要包括有：(1）北斗箱開監(jiān)測終端。可以將北斗授時和定位模塊設置于北斗箱開監(jiān)測終端，經(jīng)由北斗短報文通道上報其狀態(tài)信息，包括位置、時間、箱開狀態(tài)等。(2）北斗線路開關監(jiān)測終端。由配電開關和環(huán)網(wǎng)柜智能終端設備進行配網(wǎng)線路遠方監(jiān)控、故障檢測和故障隔離。由北斗數(shù)據(jù)終端進行信息的發(fā)送，包括北斗線路狀態(tài)信息、故障信息和位置信息。(3）北斗線路監(jiān)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(tài)監(jiān)測器進行線路單相接地故障狀態(tài)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(jù)架空線路網(wǎng)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(fā)出預警（。5）北斗智能巡檢手持終端。該模塊內(nèi)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(xiàn)故障檢修和處理。

4 小結(jié)

綜上所述，基于北斗導航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)應用帶北斗通信模塊的新型數(shù)字故障指示器，基于短報文北斗通信網(wǎng)絡技術(shù)，進行線路故障數(shù)據(jù)信息推送和轉(zhuǎn)發(fā)，并通過系統(tǒng)主站和終端設備的總體設計和改造優(yōu)化，較好地進行配網(wǎng)線路數(shù)據(jù)拓撲分析、計算、存儲和處理，實現(xiàn)對智能配網(wǎng)線路的全面監(jiān)測和管理，包括線路故障定位、線路故障區(qū)段隔離、線路非故障區(qū)段轉(zhuǎn)供電等監(jiān)測，有效提升系統(tǒng)的實際應用價值和效能。