配電網(wǎng)故障自動定位技術中通信技術的分析與研究

馬俊?何興昊

摘要：隨著線路故障檢測技術和設備硬件技術的進步，配電網(wǎng)故障自動定位技術作為簡易型配網(wǎng)自動化的實現(xiàn)方式，以其投資小、見效快、安裝維護方便等優(yōu)點，成為配電自動化建設的重要組成部分。在縣城和農(nóng)村配電線路中，應用故障自動定位技術成為提高故障搶修效率、縮短故障停電時間的重要手段。配電網(wǎng)故障自動定位技術依賴于故障“遙信”信息的及時、可靠上傳，因此故障自動定位技術中的通信環(huán)節(jié)成為影響配電網(wǎng)故障自動定位的關鍵環(huán)節(jié)。比較和分析了在縣城和農(nóng)村配電線路故障自動定位系統(tǒng)中常用的通信技術手段，并提出針對不同條件下多種通信方式相結合的故障自動定位系統(tǒng)，做到對線路故障定位的全覆蓋，為縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)故障快速定位探索出一條有效的途徑。

關鍵詞：配電網(wǎng)；故障定位；通信方式

作者簡介：馬俊（1979-），男，內(nèi)蒙古五原人，天津市電

力公司城西供電分公司運維檢修部，技師；何興昊（1970-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，天津市電力公司城西供電分公司運維檢修部，高級工程師。（天津 300190）

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0186-02

一、配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)的必要性

隨著國內(nèi)地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和新農(nóng)村建設的不斷推進，縣城和農(nóng)村配電線路的負荷不斷增大，供電半徑也隨之加大，分支線路增多，使得配電線路網(wǎng)架結構日益復雜，因此線路故障頻繁，且故障查找難度增大，導致線路的供電可靠性和連續(xù)性較低。停電成為影響供電可靠性的主要原因，2009年中電聯(lián)對電力系統(tǒng)發(fā)生故障而導致的停電情況進行了統(tǒng)計，結果顯示，在這些停電中，線路上發(fā)生故障導致的停電時間占到總停電時間的60%左右，處理故障過程中查找故障的時間占整個時間的70%～90%。[1]相比較之下，隨著城網(wǎng)線路的重點投資和技術升級改造，城市配電網(wǎng)線路的故障率不斷下降，其供電連續(xù)性較縣城和農(nóng)村線路有大幅提升，因此如何縮短縣城和農(nóng)村配電線路的故障查找時間、提高故障排查效率成為提高供電可靠性的重要手段。

為提高供電可靠性，建設堅強的電網(wǎng)，針對不同的地域和配電網(wǎng)環(huán)境，提出了不同的配電自動化建設指導方案。在覆蓋范圍廣、線路結構復雜的縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)中，簡易型配電自動化方案，[2]即通過故障定位技術實現(xiàn)快速定位故障并確定搶修方式成為配電網(wǎng)建設的主要目標。配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)的可靠實現(xiàn)與通信環(huán)節(jié)密不可分。在縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)線路中，因其線路分支多、結構復雜，所覆蓋地區(qū)范圍廣、地形復雜，通信系統(tǒng)的建設難度較大。速度快、可靠性高的光纖、電話線等有線物理介質通信方式無法大面積推廣實施，無線通信以其靈活性、低成本等優(yōu)點成為主流的通信方式，在配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)中得到廣泛應用。

二、配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)的通信方式

1.10kV故障定位系統(tǒng)的典型結構

如圖1所示，典型的故障定位系統(tǒng)主要由：加裝在10kV線路上的站端檢測裝置、通信系統(tǒng)、監(jiān)控主站系統(tǒng)三部分組成。站端檢測裝置包括線路故障檢測裝置（FI）和數(shù)據(jù)采集傳輸裝置（DT）。

線路故障檢測裝置一般安裝在配電線路的分支處的主干和分支線上。當線路發(fā)生短路或單相接地故障時，線路故障檢測裝置會向附近的數(shù)據(jù)采集傳輸裝置發(fā)送不同的編碼信息，從而區(qū)分開這兩種故障。數(shù)據(jù)采集傳輸裝置一般也安裝在線路的分支處，接收線路故障檢測裝置發(fā)送的動作信息，并通過通信系統(tǒng)將故障信息發(fā)送給監(jiān)控主站系統(tǒng)。

2.通信方式分析

（1）電力線載波通信。電力線載波通信（PLC）技術出現(xiàn)于二十世紀的二十年代初期，它以電力線作為傳輸媒體，利用載波方式將模擬或數(shù)字信號變成高頻信號，通過電力線實現(xiàn)遠距離傳輸。它具有傳輸距離遠、通道可靠性高、安全保密性好、投資少見效快、與電網(wǎng)建設同步等優(yōu)點，早已成為電力系統(tǒng)應用最廣泛的通信方式。它主要用于電網(wǎng)調度通信、復用遠動、高頻保護和遠方跳閘信號等。[3]然而，電力載波通信在載波頻率使用、設備技術、維護技術等方面存在技術限制或缺陷，使得電力載波通信的應用范圍受到了很大限制。比如載波頻率使用問題，我國電力線載波頻率使用范圍為40～500KHz，載波頻帶帶寬為4KHz，在整個載波頻率范圍內(nèi)只能不重復安排57套載波機，而在配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)中所需載波機數(shù)量要遠超過這個數(shù)目。[3]

就配電網(wǎng)而言，一方面，由于配電網(wǎng)運行方式靈活、用戶負荷投切存在隨機性等造成線路阻抗不穩(wěn)定；另一方面，縣城和農(nóng)村配電線路分支、“T”型結構過多，信號在接入同一條母線的線路上會嚴重衰減。因此，中壓載波通信技術的研發(fā)與應用一直以來都受到傳輸衰減、噪聲干擾及復雜時變特性等諸多關鍵技術難題的困擾，目前無法在縣城和農(nóng)村配電線路中實現(xiàn)大規(guī)模的應用。

（2）光纖通信。光纖通信是以光波作為信息載體，以光導纖維作為傳輸介質的通信方式。目前光纖通信在電力系統(tǒng)的應用已經(jīng)成熟，主要有光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)兩種通信方式。光纖通信主要特點是頻帶極寬、通信容量大；損耗低、中繼距離長；速率高、穩(wěn)定性好；抗干擾能力強、無串音干擾、保密性好；溫度穩(wěn)定性好、壽命長。然而，光纖通信也存在一些缺點，如一次性建設投資大，架設比較困難，一旦發(fā)生故障，修復工藝要求高，維護費用高。

對于網(wǎng)架結構成熟的城市電網(wǎng)和縣城電網(wǎng)可選擇光纖通信方式；對于具備光纖通信網(wǎng)絡的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，為充分利用現(xiàn)有資源，故障指示器的動作信息可通過附近的站端設備（FTU、TTU或DTU）的光纖通信系統(tǒng)上傳至主站系統(tǒng)。故障指示器信息作為站端設備的遙信量上傳至配電自動化主站系統(tǒng)中，其原理如圖2如所示。

（3）無線GPRS/CDMA通信。GPRS是通過在現(xiàn)有GSM（全球移動通信）網(wǎng)絡中增加GGSN（網(wǎng)關支持節(jié)點）和SGSN（服務支持節(jié)點）來實現(xiàn)的，是GSM網(wǎng)絡的演變形式，是在演變進程中推出的一項高速數(shù)據(jù)服務業(yè)務，將移動通信技術與IP技術有機結合，組成了移動IP網(wǎng)絡。[4]GPRS具有一下特點：分組交換技術，適合突發(fā)、頻繁、間斷、少量數(shù)據(jù)傳送，也適于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸；傳輸率高且可靠；網(wǎng)絡資源利用率高；經(jīng)濟性好；網(wǎng)絡接入速度快等。配電網(wǎng)通信系統(tǒng)采用GPRS方式，可以節(jié)約通信網(wǎng)絡建設費用，只需在配電設備中加裝GPRS通信模塊即可。GPRS通信方式具有投資少、易于安裝、建設周期短、適應性好等特點，能很好地完成配電數(shù)據(jù)的傳輸任務。

配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)少、設備覆蓋范圍廣，因此無線GPRS/CDMA通信成為當前最主要的通信方式，在縣城和農(nóng)村配電線路上得到了廣泛的應用。

（4）遠距離無線數(shù)據(jù)接力技術。在縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)中，尤其是農(nóng)村配電網(wǎng)線路上，采用光纖通信時光纖的走徑也很難選擇，而且成本較高。很多設備處于通信信號盲區(qū)或通信信號較弱，采用GPRS通信時無法將數(shù)據(jù)傳輸至目標主站。為保證故障指示器的動作信息及時傳輸?shù)奖O(jiān)控主站系統(tǒng)，減少故障排查時間，可采用遠距離無線數(shù)據(jù)接力技術實現(xiàn)故障指示器動作信息的遠程傳輸。

無線數(shù)據(jù)接力裝置安裝在信號盲區(qū)上的線路上，接收到故障指示器的動作信息后，將動作信息發(fā)送給下一級無線數(shù)據(jù)接力裝置。通過逐級接力傳輸，故障指示器的動作信息被轉發(fā)至具備無線GPRS通信地區(qū)，從而將動作信息上傳至監(jiān)控主站系統(tǒng)。

無線接力轉發(fā)站可分三個部分：遠距離無線通信轉發(fā)站、遠距離無線通信中繼站和遠距離無線通信至GPRS/GSM中轉站。

遠距離無線通信轉發(fā)站可以接收故障指示器發(fā)出來的故障數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)暫時存儲在任務堆棧列表，等待取得無線通道使用權后，按照設定通訊地址傳輸數(shù)據(jù)。

遠距離無線通信中繼站在傳輸數(shù)據(jù)時工作方式與長距離通信轉發(fā)站類似，但是不接收故障指示器數(shù)據(jù)，只是用來接力故障數(shù)據(jù)。

遠距離無線通信至GPRS/CDMA通信裝置是無線接力的終端，負責將收到的故障數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡傳送到監(jiān)控主站。此裝置一般安裝在移動信號較好的地方。這樣，通過無線接力的方式，將移動GPRS信號盲區(qū)或不穩(wěn)定地區(qū)的故障信息，接力到移動信號強的地方，達到故障數(shù)據(jù)有效上傳的目的。

遠距離無線接力轉發(fā)站工作原理如圖3所示。

遠距離無線通信技術作為無線GPRS/CDMA通信方式的延伸，擴大了故障定位的范圍，尤其是為偏遠、落后地區(qū)的配電網(wǎng)故障自動定位技術提供了可靠的技術手段。

三、結束語

本文對配電網(wǎng)故障定位技術的通信方式進行了比較和分析，同時根據(jù)縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)的不同環(huán)境對故障指示器的接入方式進行了介紹。

每種通信手段都有其適用的范圍和環(huán)境。配電通信設備工作環(huán)境惡劣，設備分布范圍廣、數(shù)量多，結合縣城和農(nóng)村配電線路通信系統(tǒng)的可靠性、實時性、安全性、可擴展性、設備狀態(tài)自身監(jiān)控性及建設費用等多方面的因素，因此，縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)故障自動定位技術的實施需因地制宜選擇合適的通信方式，才能適應我國配電網(wǎng)自動化技術的發(fā)展方向，使其發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]李江萍.縣城配電網(wǎng)故障快速定位技術的研究和實踐[J].中國電力教育，2012，24（2）.

[2]國家電網(wǎng)公司.配電自動化技術導則[S].北京：中國電力出版社，

2009.

[3]邱小寧.淺談電力線載波通信現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢配網(wǎng)自動化的基礎建設和應用[J].廣西電力技術，2001，（4）.

[4]戴新文.配電網(wǎng)自動化通信方式的比較[J].供用電，2007，24（1）.

（責任編輯：宋秀麗）