10 kV電網(wǎng)PLC故障自動(dòng)隔離系統(tǒng)研究

王曜飛

摘 要：10 kV電網(wǎng)是中壓配電網(wǎng)，其主要職能是有效保證整個(gè)配電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電能力。往往由于自然災(zāi)害等不可抗力條件，配電網(wǎng)線路經(jīng)常會(huì)發(fā)生線路故障而造成供電中斷，進(jìn)而導(dǎo)致供電可靠率不高。隨著電力技術(shù)的飛速發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)安全性能也不斷提高，電力事故類型也主要集中在接地短路故障以及隱性故障。由于一般10 kV電網(wǎng)的配電系統(tǒng)屬于非接地系統(tǒng)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)一些高阻接地短路以及隱性故障往往沒(méi)有很有效的方法和手段，最終導(dǎo)致上一級(jí)變電站跳閘而引起惡性的大面積的停電事故。過(guò)去幾年發(fā)生了這一類故障事故的排查方法主要靠人工方法去排查，想查找故障點(diǎn)的位置是件費(fèi)時(shí)間而又非常難的課題，目前大多數(shù)線路運(yùn)維人員仍然采用手工拉閘等方法來(lái)查詢故障點(diǎn)，這種辦法不但效率低，而且有時(shí)還很難查詢故障在哪兒？針對(duì)以上這種情況，基于10 kV電網(wǎng)PLC故障隔離系統(tǒng)開展了深入的研究，取得了一些創(chuàng)新性的研究成果。

關(guān)鍵詞：PLC SOG 前置機(jī) 故障隔離

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（a）-0026-02

1 研究課題的來(lái)源、背景、研究的意義、價(jià)值

PLC通信是利用10 kV電力線的一種載波通信方式。目前，PLC技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史，在電力系統(tǒng)各個(gè)電壓等級(jí)都得到了不同的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ崝?shù)率也在不斷提升。特別是在10 kV配電網(wǎng)傳輸技術(shù)方面，其傳輸速率超過(guò)10 Mbps，作為一個(gè)新技術(shù)，其在10 kV電力線通信應(yīng)用引起電力系統(tǒng)的高度重視。10 kV電網(wǎng)PLC故障自動(dòng)隔離系統(tǒng)就是通過(guò)PLC通訊模塊和SOG智能監(jiān)測(cè)終端來(lái)判斷10 kV電力線路故障區(qū)間，這種判斷準(zhǔn)確性非常高，無(wú)需大量布設(shè)通信光纜，大大節(jié)省時(shí)間和金錢，具有很好的推廣價(jià)值。該系統(tǒng)在通信規(guī)約中規(guī)定了物理連接、通訊鏈路及應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，該規(guī)范主要參考了部頒DL/T 645-1997多功能電能表通信規(guī)約、浙江省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW-11-143-2008電能信息采集與管理系統(tǒng)通信協(xié)議，根據(jù)具體需求做了相應(yīng)的擴(kuò)展，可兼容性非常高。

國(guó)內(nèi)外研究概況目前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，特別在日本已普遍使用柱上SOG智能開關(guān)快速隔離故障區(qū)域及故障區(qū)域定位。國(guó)內(nèi)在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)已部分采用SOG智能開關(guān)做試點(diǎn)運(yùn)行，由于SOG智能開關(guān)的特點(diǎn)，基本上都是采用單點(diǎn)運(yùn)行，主要是針對(duì)用戶側(cè)事故進(jìn)行隔離，無(wú)法進(jìn)行多臺(tái)串行運(yùn)用。

2 SOG智能開關(guān)功能情況

（1）發(fā)生接地事故時(shí)，SOG智能開關(guān)能夠通過(guò)分析零序電壓與電流的相位角，自動(dòng)區(qū)別故障發(fā)生在電源側(cè)還是負(fù)荷側(cè)。如果是在負(fù)荷側(cè)，則開關(guān)將在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)分閘。

（2）當(dāng)SOG智能開關(guān)負(fù)荷側(cè)發(fā)生短路事故時(shí)，能夠記憶故障電流，先由變電站斷路器跳閘線路失電后，開關(guān)自動(dòng)分閘，斷路器再重合閘成功。

基于以上SOG智能開關(guān)具有判別事故發(fā)生在開關(guān)前后方位的功能，加上PLC通信功能后，通過(guò)各開關(guān)的事故信息共享，能快速準(zhǔn)確地判斷出事故區(qū)間。事故區(qū)間前后鄰近的開關(guān)分閘動(dòng)作，隔離事故區(qū)間，使得變電站斷路器重合閘成功。

PLC通信技術(shù)在日本等國(guó)外廣泛地應(yīng)用在繼電保護(hù)通訊上，技術(shù)比較成熟。并且PLC智能系統(tǒng)在判定故障區(qū)間時(shí)，是在上級(jí)變電站分閘后重合閘之前的失電期間，通信時(shí)間短暫，通信有效范圍小，保證了系統(tǒng)有效可靠地通信。

3 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)是應(yīng)用于12 kV配電線路，利用PLC通信方式實(shí)現(xiàn)將事故區(qū)間隔離的一種饋線故障隔離系統(tǒng)。該系統(tǒng)與通常故障檢出隔離方案完全不同。以往系統(tǒng)采用開關(guān)跳閘延時(shí)合閘的時(shí)序方式或后臺(tái)集中控制方式不同，PLC系統(tǒng)無(wú)需通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)來(lái)控制整個(gè)監(jiān)控單元和通信終端設(shè)備，并且能快速查找故障點(diǎn)，縮短停電時(shí)間，減少停電范圍。同時(shí)具有降低總體系統(tǒng)設(shè)備投資成本，安裝簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。

PLC故障隔離系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)、功能及前置機(jī)通信。PLC故障自動(dòng)隔離系統(tǒng)在判斷線路故障過(guò)程中只通過(guò)電力線進(jìn)行載波通信，其后臺(tái)控制單元模塊就會(huì)智能判別故障區(qū)間，并通過(guò)PLC通信模塊進(jìn)行信號(hào)傳輸，PLC智能開關(guān)設(shè)備可以多級(jí)串接，實(shí)現(xiàn)10kV電網(wǎng)線路多分段判別故障能力，這種故障隔離系統(tǒng)主要特點(diǎn)是隔離故障時(shí)間短，進(jìn)而使得電網(wǎng)停電區(qū)域小。

4 功能介紹

PLC事故隔離系統(tǒng)以上一級(jí)變電站分閘（或配電線路中重合器預(yù)置了分閘），10 kV配網(wǎng)主線及分支線路停電狀態(tài)作為啟動(dòng)條件。10 kV配網(wǎng)線路中各PLC智能開關(guān)單元自帶的控制裝置在線路停電時(shí)通過(guò)載波通信，對(duì)各個(gè)控制單元所采集的信號(hào)進(jìn)行交換、共享，根據(jù)各通信單元間的信息交互來(lái)判斷故障區(qū)間，鄰近事故區(qū)間的兩側(cè)開關(guān)發(fā)出分閘指令來(lái)隔離故障。

5 PLC通信

首先要設(shè)置前置機(jī)通訊模塊端口、前置機(jī)支持通信方式參數(shù)設(shè)置：包括GPRS連接時(shí)登錄用戶名、登錄密碼、心跳間隔、SOCKET協(xié)議，抄讀SOG控制器的輪間隔、項(xiàng)間隔，通信機(jī)連接GPRS網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度、連接狀態(tài)。

基本信息包括：狀態(tài)、通信地址，可進(jìn)行操作：刪除、導(dǎo)入、新增、修改、下發(fā)、召測(cè)。

檔案信息包括：供電公司信息、供電分局信息、線路信息、SOG開關(guān)信息等，可進(jìn)行操作：刪除、導(dǎo)入、新增、修改。

供電公司信息包括：公司名稱、公司地址、公司電話、郵政編碼。

供電分局信息包括：分局名稱、分局地址、聯(lián)系人、聯(lián)系電話。

線路信息包括：地區(qū)區(qū)域、變電站名稱、供電線路名稱、電壓等級(jí)。

SOG開關(guān)信息包括：開關(guān)名稱、開關(guān)型號(hào)、安裝地址、對(duì)應(yīng)設(shè)備、出廠編號(hào)、安裝日期、使用狀態(tài)、SIM卡號(hào)。

6 PLC通信終端

（1）密碼功能：純短信的SOG通信機(jī)，可通過(guò)密碼設(shè)置進(jìn)行密碼維護(hù)，普通權(quán)限設(shè)置，需輸入原密碼、新密碼，超級(jí)設(shè)置，僅需輸入新密碼。

（2）受警機(jī)號(hào)碼。

開放操作，即通過(guò)密碼通訊，開放設(shè)置受警機(jī)號(hào)碼功能和取消受警機(jī)號(hào)碼功能。

密碼開放后，可設(shè)置、取消受警機(jī)號(hào)碼一、二、三；查詢不需密碼開放。

可根據(jù)起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、告警類別、變電站名稱、供電線路名稱、安裝地址進(jìn)行異常信息查詢。

其次進(jìn)行通訊監(jiān)視：顯示發(fā)送、接收幀情況，包括時(shí)間、源地址、目的地址、命令、說(shuō)明、詳細(xì)內(nèi)容。

最后進(jìn)行客戶端連接，顯示客戶端連接狀態(tài)，包括IP地址、上次連接時(shí)間、編號(hào)、客戶端類型、廠商名稱、登錄狀態(tài)、上次登錄時(shí)間。

7 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)可采用PLC智能配電系統(tǒng)，在配網(wǎng)主線及支線上配置PLC智能負(fù)荷開關(guān)對(duì)于減少事故時(shí)的影響范圍、提高供電可靠性，縮短故障恢復(fù)時(shí)間很非常有利的。

PLC負(fù)荷開關(guān)在線路發(fā)生故障時(shí)，能在一次重合閘之前，判斷故障區(qū)間，并且在故障區(qū)間前后PLC能自動(dòng)分閘，確保上一級(jí)變電站重合閘成功。通常重合閘要求在5 s以上，也就是在最短5秒鐘之間內(nèi)，將故障區(qū)間隔離。這與電壓型時(shí)序開關(guān)系統(tǒng)相比較，故障隔離和系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間大大下降，開關(guān)數(shù)量越多，效果越明顯。其通訊模塊會(huì)將故障類型以短信形式立刻發(fā)送給接收者。這有兩個(gè)好處：第一，縮短故障反映時(shí)間，與傳統(tǒng)的調(diào)度通知相比，接收者在故障發(fā)生導(dǎo)致SOG開關(guān)動(dòng)作后立刻就可以得到信息；第二，有利于幫助判斷和定位故障點(diǎn)，減少排查范圍和時(shí)間。最后的系統(tǒng)是實(shí)際可用的，該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以縮短10KV電網(wǎng)線路故障恢復(fù)與查找時(shí)間，提高供電可靠率。

參考文獻(xiàn)

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