基于GIS技術10kV配電網綜合自動化系統研究

國網樂清市供電公司 劉 芳 溫州市圖盛供電服務有限公司樂清市分公司 徐 清

隨著經濟的發展與社會的進步，人們對于電力能源的需求也在隨之不斷提高，10kV配電網線路作為區域電能供給的重要基礎，倘若出現故障問題，將會對區域內的電力能源供給造成極大的影響。因此，某公司技術人員借助GIS技術，對10kV配電網綜合自動化系統進行分析，切實保證某公司負責區域內的電能供給安全。

1 基于GIS技術的配電網自動化通信方式

1.1 GIS系統

GIS系統也被稱為地理信息系統，其將遙感技術、地理科學以及計算機技術等諸多技術進行有效整合，并在信息科學的發展基礎上進行演化，從而形成完整的地理信息系統。基于計算機技術的不斷發展，操作人員可借助計算機輔助設計技術對圖形數據進行精細化處理，圖形數據的顯著特點便是圖形元素具有明顯的空間位置坐標，使得每個圖形之間都具有多樣化的拓撲結構。將配電網自動控制系統與GIS技術進行集成，可使得綜合自動化系統信息變得更為直觀、精準以及全面。使得當前配電調度工作以及系統管理工作變得更為輕松與科學。

1.2 通信技術

10kV配電網綜合自動化系統中涵蓋兩種通信方式，分別為有線通信及無線通信，操作人員需要根據實際的使用場合來甄選通信方式。無線通信方式可以忽略布線問題，對其進行運用的難度相對較低，整體的使用成本相對較低。針對主站而言，一般會甄選光纖傳輸技術以及PLC通信技術，倘若使用光纖通信，操作人員需要對其傳輸線路進行布置，其投資成本相對較大，但是傳輸效率相對較高，可以保證相對較好的傳輸穩定性，其抗擾性相對較高。

光纖通信技術。根據傳輸技術類型而言，主要涵蓋AON以及PON技術，AON與PON相比較而言，前者成本相對較低，并且接入速率相對較高，在未使用中繼器的基礎上，可以滿足70km的傳輸需求[1]；電話線通信技術。該種通信技術的應用時間相對較早，其傳輸介質一般為租用公共電話線，能夠滿足當前配電網運行的實際通信要求，但是其需要借助電話線路進行傳輸，工程實踐的局限性相對較大；無線公網通信技術。根據當前的配電網綜合自動化系統，其需要借助移動通信網絡來進行通信，當前，我國的移動通信網絡技術相對較為成熟，覆蓋面積相對較為廣闊。總而言之，10kV配電網綜合自動化系統會更加側重于PLC通信技術、光纖傳輸技術以及無線公網技術。

2 基于GIS技術10kV配電網綜合自動化系統設計

2.1 系統總體設計思路

由該種自動化系統進行控制與管理的電氣設備，具有信息交互以及監控等自動化功能，能夠對調度中心傳輸的控制指令進行執行，同時將系統運行指標，如電壓以及電流等基礎信息發送給調度中心。某公司會對通信線路進行設計，并在自動化系統的幫助下對通訊線路節點進行定位，從而在后續的運行故障中對其故障點進行精準定位，并對其進行全面排查，倘若誤差數值小于3m，則不會影響維修工作的正常運行，所以一般會甄選GIS模塊。

借助GIS模塊系統可對不同設備的節點位置信息進行獲取，因此技術人員需要切實做好優化升級工作，所有的設備在出廠后都需要進行密封。所以需要將GIS模組安裝至現場通信節點之中，并對其進行科學合理規劃，保證模組與電氣設備之間的距離不會超過5m，從而對其定位精準度進行明確。

2.2 地理位置信息獲取與通信傳遞

通過GIS技術可以對配電網的通信節點坐標信息進行獲取，從而對配電網故障節點進行定位，切實提高自動化系統的運行水平。為了進一步提高地理位置信息獲取與通信傳遞能力，操作人員可在功能模組中將衛星定位技術進行融入，從而使得自動化系統可以在日常的運轉中，具有相對較高的定位精準性以及運行穩定性，同時對信號丟失問題進行有效解決，并根據實際要求對第一次的定位時間進行縮短。

2.3 通信單元架構設計

技術人員需要通過OLT環網模式，完成不同開關站智能終端的信息交互，在交換機設備的幫助下，將系統信息進行傳輸，并借助光纖網絡站將IP地址等關鍵數據信息進行交互，同時在主站服務器的幫助下，對接收到的數據信息進行總結與處理，并在自動控制模組的輔助下，借助PON方式滿足主站向諸多終端進行傳輸的基本要求[2]。在對通信單元架構進行設計的過程中，設計人員可借助LTE通信技術以及3G通信技術等多種通信技術。雖然LTE通信技術是當前我國移動通信技術的常青樹，與WIMNAX技術存在一些相同之處，但是在實際的系統構建中大多會采用WIMAX通信技術，借助基站對數據信息進行轉接，同時通過中心管理單元，以無線傳輸的方式，將數據信息傳輸至基站。

2.4 系統集成技術應用

2.4.1 系統集成技術要求

要想實現配電網自動化系統的正常運行，離不開電氣設備的大力支持，所有每個電氣設備都是綜合自動化系統的控制節點，系統需要對不同的電力設備進行識別，同時將設備進行編碼區分，為最大限度地加強系統通信質量，某公司技術人員提出在現場對通信節點進行設計。

2.4.2 系統集成技術分析

基于系統運行過程匯總，GIS技術所獲取的信息會成為電網補充信息，同時被輸入系統數據平臺內部，進而實現自動化系統的有效運行。某公司技術人員需要將GIS技術與綜合自動化系統進行有效集成，某公司技術人員立足于信息交互以及交流層面，對以下內容進行優化與滿足。

將IEC模型作為系統中GIS信息的重要基礎，并在其基礎上完成數據補充以及整合，當數據補充完成后，可以借助總線將數據傳輸至系統之中，并轉換成為10kV配網圖形數據，并在系統中構建圖形顯示界面。借助主站終端將系統運行數據進行傳輸，保證GIS系統的正常運行。

信息交互共涵蓋兩種部分，分別為地理坐標以及配網實時信息。就地理坐標信息而言，操作人員可以對現場通信節點進行采集，并將其導入至GIS系統之中，借助反向隔離裝置，通過安全I區以及III區，并借助正向隔離裝置，傳輸至主站系統的通信服務接口，同時將系統中的地理圖、單線圖以及聯絡圖轉換成為配網單線圖，并在DMS服務器中進行存儲。根據設計的配電網信息運行情況來說，信息會從主站系統中發出，并以無線傳輸的形式傳遞給GIS系統。值得注意的是，該種傳輸形式與GIS信息傳輸相反，通過DMS服務器，在正向隔離裝置的幫助下，對安全I以及III區進行穿過，最后借助反向隔離裝置將其與GIS通信服務器進行數據連接[3]。

2.4.3 載波通信技術分析

PLC通信傳輸介質一般會將電力線作為傳輸線路，雖然其PLC通信技術屬于有線通信范圍，但是根據工程實踐階段而言，操作人員不需要對布線問題進行考量，從而使得投資費用降低。根據上述優勢，使得該種通信方式具有良好的市場前景，但是該種通信方式具有一定的時變性以及選擇性，對其進行應用的過程中，需要對以下注意事項進行著重關注：根據低壓PLC通信特征，傳輸線路具有非均勻性的分布特點，低壓線路上會存在多元化的負載類型，當電網進行調配時，低壓線路會隨機斷開。因此，從通信通道的角度而言，會使得其時變性變得相對較為明顯；低壓電力線需要對電能進行傳輸，根據用電特點差異，線路負載并不是固定值，并且運行噪聲相對較多，節點之間的阻抗不會輕易匹配，從而產生信息反射或是諧振等問題。

2.4.4 應用案例分析

以某公司所負責轄區內的部分農網10kV配電網系統改造工作為例，本次改造工作的主要內容為：某公司技術人員需要對兩座10kV出線變電站以及6條10kV線路進行設計。現場通信節點部署如下。

10kV出線變電站中，每個控制節點的覆蓋區域半徑為10m，根據實際需求，一個10kV出線變電站共計配置通信節點16個，所有通信節點全部通過光纖通信的形式，借助一個24端口光交換機進入到站內控制系統之中。另一個10kV出線變電站共計配置18個通信節點，通信節點需要對可以通信控制的電氣設備進行全面覆蓋，并通過光纖傳輸方式，借助一個24端口光交換器進入變電站內部控制系統之中。

針對傳輸線路上的通信節點配置而言，需要保證通信節點與已有設備進行逐一對應，某公司技術人員需要對6條10kV傳輸線路上的24臺變壓器，以及與之對應的互感器配備通信節點。某公司技術人員可以以常見的通信方式作為當前現場通信，以及電氣設備通信的主要形式，例如RS485通信方式。而交換機與通信節點之間的通信方式可以應用光纖通信方式。某公司技術人員會保證現場通信節點會使用同一個具有獨立性的交換機設備，在二次接入后，某公司技術人員便可以通過WIMMAX技術對其進行操作，借助WIMAX基站對信息進行采集，并將采集的數據傳輸至站內監控系統之中。WIMAX與LTE通信技術對比見表1。

表1 技術對比表

系統集成技術功能需求如下：在實際集成過程中，某公式技術人員構建起完善的信息交互總線，共計跨越兩個安全區域，并對IEC標準進行遵行，表2為基于GIS技術的10kV配電網綜合自動化系統遙測配變數據表。

表2 遙測配電數據表（部分）

成效分析如下：某公式技術人員將配電網自動化系統與GIS技術進行整合后，同時將該系統在城關變上梁線路上進行試運行，該傳輸線路的故障跳閘次數比同年降低25次，故障跳閘率同比下降62.5%。除此之外，某公司技術根據配電網故障恢復技術對運行線路的網絡拓撲及設備容量進行有效約束，從而輔助10kV配電網綜合自動化系統進行安全運行，10kV配電線路可靠性損失計算公式如下：。

式中：Bl代表著配電線路的故障率，kl代表著配電線路的折損系統，kk代表著配電網線路中開關設備的折算系數，m代表著配電網系統中的開關數量，n代表著區段數量，Bl代表著開關設備的實際故障率。若借助其停電損失函數來對停電損失進行計算，其公式如下：。

式中：tj代表著第j次停電的時間，Pj代表著第j次停電的負荷損耗，m為總停電次數。某公司技術人員通過以上計算公式，來對試運行線路的配電網故障問題進行分析，以此來輔助GIS技術與綜合自動化系統集成，從而降低某公司負責區域內的配電線路故障次數，保證配電線路的安全平穩運行。

綜上所述，將GIS技術與10kV配電網綜合自動化系統進行有效集成，不僅可以全面的提高區域供電質量，滿足配電網的運行安全，滿足區域受眾的基本用電需求，還可在一定程度上提高企業市場口碑，推動區域經濟發展，真正的實現多方共贏。