基于GPRS的10kV智能真空斷路器在縣級(jí)配電網(wǎng)中的應(yīng)用

宋世兵

【摘 要】配網(wǎng)自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文詳細(xì)分析了基于GPRS的10kV智能真空斷路器的組成，原理，及軟硬件技術(shù)框架，并結(jié)合四川省射洪縣農(nóng)村電網(wǎng)10kV線路加裝智能真空斷路器的試點(diǎn)成果，證明10kV智能真空斷路器是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村配網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備；而GPRS通信技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，特別適合應(yīng)用在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，二者的結(jié)合更有助于配網(wǎng)自動(dòng)化真正地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，遙測(cè)，遙信，遙調(diào)。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)自動(dòng)化 GPRS 10kV智能真空斷路器 組網(wǎng)方案

1 引言

配網(wǎng)自動(dòng)化就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、通信技術(shù)以及先進(jìn)的配電設(shè)備等技術(shù)手段，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行在線與離線的智能化管理，使配網(wǎng)處于安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、高效的運(yùn)行狀態(tài)。配電網(wǎng)自動(dòng)化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)，其核心是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路故障的快速定位、隔離和恢復(fù)供電，提高配網(wǎng)運(yùn)行管理水平，提高用戶供電可靠性，而智能真空斷路器正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要設(shè)備。

基于GPRS的10kV智能真空斷路器是在傳統(tǒng)真空斷路器的基礎(chǔ)上，采用最新的計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)而成，能夠?qū)崿F(xiàn)配電電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障自動(dòng)定位，自動(dòng)隔離，自動(dòng)保護(hù)。

GPRS網(wǎng)絡(luò)具有成本低廉，應(yīng)用廣泛，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，是智能真空斷路器的首選通信網(wǎng)絡(luò)。

2 10kV智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)介紹

智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：10kV真空斷路器，GPRS智能控制器，后臺(tái)主站軟件系統(tǒng)，其核心是GPRS智能控制器和后臺(tái)主站軟件系統(tǒng)。

2.1 10kV真空斷路器

真空斷路器因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點(diǎn)，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。

2.2 GPRS智能控制器

控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控真空斷路器開(kāi)關(guān)送過(guò)來(lái)的輸入模擬量通，共有四個(gè)，A相電流、C相電流、零序電流、BC相間電壓?？刂破魍ㄟ^(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上述模擬量的值并與定值比較，從而快速發(fā)現(xiàn)線路異常，并做相應(yīng)的處理。

控制器的主要功能如下圖1所示。

2.2.1 交流信號(hào)采集模塊

本模塊主要由互感器分別將真空斷路器的220V 交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成小電壓和小電流，提供給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。

2.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

本模塊把采樣模塊送過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)存在存儲(chǔ)器模塊里面。

2.2.3 主控處理器模塊

主控處理器模塊是控制器最主要的模塊，其功能如下：

（1）從信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器里讀出三相電路和電壓所需要的參數(shù)，比與預(yù)設(shè)定值模塊得到的數(shù)據(jù)比較，并且根據(jù)不同的情況控制輸出模塊來(lái)開(kāi)合智能真空斷路器。

（2）主控處理器通過(guò)兩個(gè)紅外接口接收遙控開(kāi)關(guān)和PDA的命令，并根據(jù)命令控制輸出模塊來(lái)開(kāi)合智能真空斷路器。

（3）主控處理器可以從RS232模塊接口接收配置數(shù)據(jù)，特別是GPRS模塊通信所需的配置數(shù)據(jù)。

（4）主控處理器通過(guò)GPRS模塊接收服務(wù)器軟件發(fā)出的命令，同時(shí)通過(guò)GPRS模塊上報(bào)實(shí)時(shí)的信息。

控制器通過(guò)與真空斷路器的交互以及GPRS通信功能，實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)等四遙功能：收集真空斷路器的開(kāi)合狀態(tài)和儲(chǔ)能狀態(tài)，定期通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)程的后臺(tái)服務(wù)器并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)客戶端軟件實(shí)時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)將開(kāi)合狀態(tài)和儲(chǔ)能狀態(tài)顯示給操作人員實(shí)現(xiàn)遙信；控制器收集真空斷路器的AC相電壓、AC相電流和零序電流數(shù)值，定期通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)程的后臺(tái)服務(wù)器并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)客戶端軟件實(shí)時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)將電壓和電流值顯示給操作人員實(shí)現(xiàn)遙測(cè)；有權(quán)限的操作人員在后臺(tái)上可以對(duì)遠(yuǎn)端的真空斷路器實(shí)施分合操作，分合命令通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制器，控制器實(shí)時(shí)對(duì)真空斷路器下達(dá)分合命令實(shí)現(xiàn)遙控；定值專(zhuān)員根據(jù)線路需求在后臺(tái)上設(shè)定各真空斷路器的定值，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制器，控制器實(shí)時(shí)更新真空斷路器的定制實(shí)現(xiàn)遙調(diào)。

2.3 后臺(tái)主站軟件系統(tǒng)

后臺(tái)軟件分為客戶端和服務(wù)器端，在一個(gè)系統(tǒng)中，允許有一個(gè)服務(wù)器端和多個(gè)客戶端。所有的軟件都基于標(biāo)準(zhǔn)的windows平臺(tái)，采用面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通信協(xié)議棧和標(biāo)準(zhǔn)的SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)。服務(wù)器端的軟件運(yùn)行在服務(wù)器上，也可以運(yùn)行在配置較高的PC上?？蛻舳塑浖\(yùn)行在PC機(jī)上。客戶端PC和服務(wù)器通過(guò)內(nèi)部以太網(wǎng)連接，服務(wù)器通過(guò)防火墻連接到移動(dòng)GPRS公網(wǎng)上與智能真空斷路器通信。

3 GPRS介紹

GPRS是通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無(wú)線傳輸方式。GPRS可說(shuō)是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。它提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。

GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來(lái)實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來(lái)說(shuō)并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無(wú)線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會(huì)更方便容易。

智能真空斷路器與服務(wù)器通過(guò)GPRS的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式。一種是服務(wù)器通過(guò)移動(dòng)公司專(zhuān)線有線方式或是GPRS Modem 無(wú)線方式接入GPRS 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與智能真空斷路器之間的GPRS 網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸；另一種是由服務(wù)器通過(guò)固定IP或者動(dòng)態(tài)IP的方式接入Internet 網(wǎng)絡(luò)，由于中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)CMNet網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)絡(luò)互連，這樣每個(gè)智能真空斷路器也可以接入Internet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)雙方之間的數(shù)據(jù)通信。本系統(tǒng)采用第二種方式。

4 基于GPRS的智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)在縣級(jí)配網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)例

以射洪縣明珠電力公司農(nóng)村配網(wǎng)10kV線路智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案舉例說(shuō)明。

射洪縣屬丘陵農(nóng)業(yè)大縣，有60條10kV配網(wǎng)線路分布在廣大農(nóng)村地區(qū)。射洪縣目前的配電網(wǎng)相比以前已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但是仍然比較薄弱，絕大多數(shù)為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，且多為架空線，可靠性差，尤其在農(nóng)村，送電距離太長(zhǎng)，損耗嚴(yán)重，電壓質(zhì)量差。配電設(shè)備比較陳舊，大多是不可遙控的。配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備少，信息傳輸通道缺乏，因而信息搜集量少，這些導(dǎo)致事故處理自動(dòng)化程度低，處理時(shí)間長(zhǎng)，事故后恢復(fù)供電慢。特別是以自然延伸輻射型為主的架空饋線，主干線上帶有多條分支線，分支線再延伸出多條小分支線，線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且分支線上的每一次永久或瞬時(shí)故障均會(huì)引起全條饋線停電，影響范圍較大。

通過(guò)基于GPRS的10kV智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)在各條線路的逐步使用，配網(wǎng)性能得到了明顯的改善，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。其GPRS組網(wǎng)方案，如下圖2所示。

所有10kV線路上的分段、分支真空斷路器的GPRS智能控制器（FTU）接入移動(dòng)GPRS公網(wǎng)，并得到一個(gè)由移動(dòng)公網(wǎng)分配的動(dòng)態(tài)IP地址。同時(shí)縣調(diào)度中心的服務(wù)器通過(guò)移動(dòng)專(zhuān)線經(jīng)過(guò)專(zhuān)用防火墻接入GPRS骨干網(wǎng)，分配一個(gè)固定的公網(wǎng)IP地址，并把這個(gè)服務(wù)器固定IP地址配置給各個(gè)FTU控制器終端，建立起了服務(wù)器和FTU之間基于公網(wǎng)IP的通信通道。后期系統(tǒng)也可以直接接入基于GPRS的配電終端（TTU）和開(kāi)閉所終端（DTU），而無(wú)需任何額外的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和后臺(tái)主站軟件系統(tǒng)；同時(shí)射洪縣明珠電力公司調(diào)度中心的營(yíng)銷(xiāo)、調(diào)度等客戶端通過(guò)電力局域內(nèi)網(wǎng)連接到服務(wù)器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各條配網(wǎng)線路的運(yùn)行狀態(tài)。位于服務(wù)器上的后臺(tái)主站軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與地理信息系統(tǒng)GIS的接口，可以將分布在全縣各處的智能真空斷路器通過(guò)GPRS返回來(lái)的各條線路的運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)的顯示在地圖上，從而一目了然的掌握整個(gè)配網(wǎng)線路的運(yùn)行狀況。而轄區(qū)各個(gè)供電所的客戶端也同樣通過(guò)電力內(nèi)網(wǎng)接入縣中心服務(wù)器，負(fù)責(zé)各自責(zé)任范圍內(nèi)各條線路的開(kāi)合控制及其他管理。分級(jí)和分區(qū)域的賬戶權(quán)限設(shè)置，實(shí)現(xiàn)縣調(diào)度中心的統(tǒng)一管理以及各供電所責(zé)任人的靈活控制，實(shí)現(xiàn)了集中式的數(shù)據(jù)管理和分布式的監(jiān)控，大大提高了數(shù)據(jù)的安全性和管理的可控性。

5 基于GPRS的10kV智能真空斷路器監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施后的經(jīng)濟(jì)效益

具有GPRS遠(yuǎn)程通訊功能的智能斷路器監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，極大的方便各條10kV饋線的監(jiān)控和管理，將會(huì)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5.1 節(jié)約了大量的人力維護(hù)成本

除了對(duì)線路的定期巡視以外，所有的日常操作和控制直接由主站系統(tǒng)的客戶端遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)。發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)隔離故障分支線路，不再需要投入大量的人力通過(guò)傳統(tǒng)的人工拉網(wǎng)方式做故障尋找定位。調(diào)度中心可以通過(guò)GPRS遠(yuǎn)程控制斷路器的分、合，快速有效的完成調(diào)度，不需要人到現(xiàn)場(chǎng)操作。

5.2 減少了停電時(shí)間和頻率，縮小了停電范圍

通過(guò)故障的自動(dòng)隔離，可以有效的減少停電范圍和時(shí)間，提高了用戶滿意度的同時(shí)也減少了因停電導(dǎo)致的售電損失；通過(guò)GPRS傳回的各條線路的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以提前發(fā)現(xiàn)異常并處理，從而減少停電的頻率；通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析比較，可以實(shí)現(xiàn)線路的優(yōu)化，減少線損，提高經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 打下了配網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)和調(diào)配一體化系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，可以完全滿足配網(wǎng)自動(dòng)化的需求，不需要任何額外的投資。同時(shí)系統(tǒng)也可以接入配電變壓器終端（TTU），開(kāi)閉所和環(huán)網(wǎng)柜終端（DTU）以及智能漏保等設(shè)備，納入后臺(tái)統(tǒng)一管理，而無(wú)需新建管理系統(tǒng)，為以后的擴(kuò)展節(jié)約了大量資金。

6 結(jié)語(yǔ)

基于GPRS的智能真空斷路器及監(jiān)控系統(tǒng)在射洪農(nóng)村配網(wǎng)的成功使用證明，智能真空斷路器是配網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵和可靠的設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，益與推廣。在今后的應(yīng)用中，主要加強(qiáng)兩方面的改進(jìn)：一是根據(jù)需要整合擴(kuò)展后臺(tái)軟件的功能；二是為了提高通信的可靠性，在一些重要的節(jié)點(diǎn)站中采用光纖通信，在比較偏遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)則采用GPRS通信，這樣，就能更好的利用GPRS通信的優(yōu)點(diǎn)，避免它的缺點(diǎn)，以更好的平衡電力通信系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，以實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

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