余 長 水， 秦 如 意

（1.寧波電業(yè)局， 浙江 寧波 315010； 2.鎮(zhèn)海供電局， 浙江 寧波 315200）

基于 GPRS 通信的 10 kV 配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用

余 長 水1， 秦 如 意2

（1.寧波電業(yè)局， 浙江 寧波 315010； 2.鎮(zhèn)海供電局， 浙江 寧波 315200）

介紹了采用 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)的 10 kV 配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用情況， 該系統(tǒng)可實現(xiàn)配電線路高壓開關(guān)（負荷）設(shè)備遙控操作、 電氣量相關(guān)數(shù)據(jù)及異常情況的自動報警等功能。系統(tǒng)安全性高、 經(jīng)濟可靠，提高了工作效率及供電的可靠性，有益于配電網(wǎng)絡(luò)的智能化建設(shè)。

10 kV 配電網(wǎng)； 高壓開關(guān)； GPRS； 監(jiān)控系統(tǒng)

目前，10 kV 配電系統(tǒng)應(yīng)用的戶外高壓開關(guān)（負荷）設(shè)備基本為手動， 操作時間長、 勞動強度大、管理難度高，由于其本體的質(zhì)量問題或在惡劣的氣候環(huán)境下，操作時存在著一定的危險。針對此現(xiàn)狀，有些變電站采用紅外線或高頻無線電密碼技術(shù)就地遙控高壓開關(guān)，但該辦法控制距離僅在百米之內(nèi)，且僅限于高壓開關(guān)單一的分、合閘功能操作；有些地方用電力載波或用自設(shè)電臺的專用頻率遠程遙控高壓開關(guān)，但因外界干擾多，維護工作量大，實際運行可靠性較低。近幾年來正在試驗推廣的布設(shè)光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)、配置饋線自動化遠程終端控制器等 10 kV 配電自動化工程，由于投入資金大、建設(shè)周期長、存在問題多而進退維谷。

本 文 探 討 基 于 通用 分 組 無 線 業(yè) 務(wù) （General Packet Radio Service，GPRS）通 信的 10 kV 配 電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)運行，以期解決此類生產(chǎn)運行問題， 提高 10 kV 配電網(wǎng)絡(luò)智能化程度。

1 配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

1．1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于 GPRS 通信的 10 kV 配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由配變管理主站、 監(jiān)控終端、 GPRS 通道組成， 可實現(xiàn)終端電氣設(shè)備的遙測、遙控及電氣量的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

1．2 GPRS 專用通道及收發(fā)裝置

在成熟的 GPRS公網(wǎng)中用防火墻、 隔離欄等措施開辟專用接入（Access Point Name， APN） 通道， 傳遞 10 kV 配電系統(tǒng)高壓開關(guān)控制信息。 理論上只要存在移動信號即可實現(xiàn)遙控信息傳送。GPRS 信息遠程收發(fā)裝置設(shè)有各個執(zhí)行終端 （高壓開關(guān)）的特定串口和 ID 號， 并分配一個動態(tài)的IP 地址， 與有固定 IP 地址的控制終端進行信息定向交換， 且具有可靠的防誤、 防干擾功能。 GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸容量大，能夠滿足實時通信要求，可以將執(zhí)行終端的實時數(shù)據(jù)（開閉狀態(tài)、電壓、電流、功率因素等）即時返回到控制終端，通過開閉狀態(tài)指示和電氣量的對照，可以準確判斷現(xiàn)場執(zhí)行終端（高壓開關(guān)）的實際狀態(tài)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 執(zhí)行終端

執(zhí)行終端設(shè)有單片機、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、 通信模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 通信口和開關(guān)控制器，其組成見圖2。執(zhí)行終端的工作電源采用電壓變換器加直流蓄電池的供電模式。電壓變換器利用電容、 電感諧振原理， 從 10 kV 高壓側(cè)直接獲取穩(wěn)定的直流電源為直流蓄電池充電，作為各類 10 kV 高壓開關(guān)（負荷）設(shè)備的工作電源。 在無外界電源的狀態(tài)下也能工作 72 h， 可靠性高。 電壓變換器作為電氣量測量裝置，還可獲取執(zhí)行終端處的電壓、電流等電氣量。

通信硬件設(shè)施用總線方式，所有數(shù)據(jù)交換以通信板 CPU 為核心， 通信板 CPU 負責保持通信暢通，接收及解析控制中心命令，執(zhí)行動作命令，轉(zhuǎn)發(fā)AD采樣板的數(shù)據(jù)等。

圖2 執(zhí)行終端框圖

開關(guān)控制器位于高壓開關(guān)和 CPU 模塊之間，對高壓開關(guān)實時控制，并可查詢高壓開關(guān)狀態(tài)。其上有分合信號的輸入口和執(zhí)行后高壓開關(guān)分合的狀態(tài)信號輸出口，還包括驅(qū)動高壓開關(guān)開合的傳動結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3 執(zhí)行終端和開關(guān)控制器接口

1.4 管理控制系統(tǒng)

后臺軟件系統(tǒng)在 Windows Server與 SQLServer平臺下開發(fā)， 系統(tǒng)控制操作界面開關(guān)群體與實際狀態(tài)一致，直觀、 形象。比如：圖4為配電網(wǎng)絡(luò)接線簡圖，是一個兩條手拉手單環(huán)網(wǎng)供電的簡單網(wǎng)絡(luò)。該接線圖和生產(chǎn)中常用的單線圖和網(wǎng)絡(luò)圖一致，清晰明了。在開關(guān)上單擊鼠標右鍵，出現(xiàn)“控制菜單”， 即可進行相關(guān)操作， 使用直觀方便。同理可以擴展到多條線路的復雜供電網(wǎng)絡(luò)。

圖4 配電網(wǎng)絡(luò)接線

系統(tǒng)控制軟件的控制程序嚴謹有序，執(zhí)行流程見圖5。 可以實現(xiàn)現(xiàn)場執(zhí)行終端 “拒動、 擅動、跳閘、缺相、脫網(wǎng)”等異常情況的自動報警等功能，還具有電氣量數(shù)據(jù)存儲功能，可生成日報表、月報表。

圖5 控制程序執(zhí)行流程圖

2 配電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

2.1 簽訂協(xié)議

與移動通信公司簽訂 GPRS 通道租用協(xié)議，建立專用的 APN 通道和接入光纜通道。鑒于信息安全考慮，信息傳輸可納入網(wǎng)、省電網(wǎng)公司統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理。

2．2 方案設(shè)計

研發(fā)單位根據(jù)使用單位掛網(wǎng)線路的實際情況，設(shè)計出監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案及配套的控制軟件，控制軟件應(yīng)具有可擴展性。

2．3 安裝和調(diào)試

在供電所內(nèi)建立專用監(jiān)控室 （覆蓋范圍較大時可以建在調(diào)度室）。在相關(guān) 10 kV 配電線路高壓開關(guān)（負荷）上安裝調(diào)試， 并對其技術(shù)指標和要求進行測試和驗證，對存在的問題進行必要的修正和完善。

2.4 培訓管理

組織監(jiān)控系統(tǒng)操作人員培訓，熟悉系統(tǒng)運行和控制程序執(zhí)行流程。結(jié)合電力生產(chǎn)實際制定相應(yīng)安全操作規(guī)程，電氣操作符合相關(guān)要求，保證系統(tǒng)的安全可靠。

2．5 建立運行檔案

組織專家對系統(tǒng)實際建設(shè)情況進行評審、總結(jié)和驗收，并在實際掛網(wǎng)運行中根據(jù)技術(shù)指標及要求進行全面驗證，建立詳細的運行檔案，為系統(tǒng)日后的改造和升級打下基礎(chǔ)。

3 經(jīng)驗與建議

3.1 安全性

遙控高壓開關(guān)本體采用可遙控組合式真空斷路器。該斷路器外殼具有極好的密封性，電氣部分防潮抗腐蝕能力較強。通信回路采用工業(yè)級電子元器件，具有防電磁干擾措施及良好的抗高溫老化、低溫冷凍、強烈振動的能力。通信系統(tǒng)采用專用 APN 通道、 終端 IP 地址綁定和電子看門狗相結(jié)合等特殊安全措施?？刂葡到y(tǒng)有嚴格的用戶口令驗證，實施合、分閘操作時必須有兩人同時工作，一人操作，一人監(jiān)護，控制操作程序符合電力系統(tǒng)相關(guān)規(guī)定的要求，確保遠程遙控高壓開關(guān)（負荷）本體及控制系統(tǒng)軟硬件的安全。

3.2 經(jīng)濟性和可靠性

遠程遙控高壓開關(guān)（負荷）及控制系統(tǒng)投資省、見效快、功能較完備、操作簡單，運行穩(wěn)定。監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸利用移動通信的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)， 節(jié)省了大量的光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)資金。寧波某供電局2008 年 7 月建設(shè)投運了一套由 10 臺開關(guān)組成的遠程遙控高壓開關(guān)（負荷）控制系統(tǒng)，投資約 60萬元，其中變電所出線開關(guān)2臺，線路分段開關(guān)5臺，線路分支開關(guān)3臺，線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)1臺。系統(tǒng)投運1年多來，應(yīng)用遙控功能共進行了正常停送電操作 7臺次，季度校驗停送電操作 40次，動作正確率 100%， 開關(guān)誤動率 0%， 電氣量采集正確率 100%， 系統(tǒng)通信在線率 99.5%（受移動公司基站維修影響， 未達 100%）， 系統(tǒng)總體可靠性較高。

3.3 高效性

通過監(jiān)控系統(tǒng)，高壓開關(guān)的合分閘操作只需按系統(tǒng)提示操作即可完成，無需到開關(guān)現(xiàn)場登桿操作，縮短了開關(guān)設(shè)備停復役操作時間，工作效率明顯提高，同時消除了操作中惡劣天氣和設(shè)備故障的影響。寧波某供電局針對該系統(tǒng)制定了嚴格的管理辦法和操作流程，編制了相應(yīng)的倒閘操作票， 按照《安規(guī)》要求根據(jù)開關(guān)分合指示和電氣量判斷操作結(jié)果。經(jīng)測算，單次柱上高壓開關(guān)分合操作時間由原來的平均 25min（路上來回時間按 20min 計）縮短到 2min， 工作效率大大提高。

3.4 易操作性

監(jiān)控系統(tǒng)圖示形象、清晰簡明，功能完備、操作簡單，控制程序易懂易學，控制人員稍加培訓即能正確掌握。整個控制網(wǎng)絡(luò)和開關(guān)群體，從提供設(shè)計方案到安裝、調(diào)試、投運，一個月內(nèi)即可完成，建設(shè)周期短，有利于全面推廣。

3．5 可擴展性

結(jié)合配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）和配網(wǎng)調(diào)度， 該系統(tǒng)的應(yīng)用可進一步擴展。利用配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）的配網(wǎng)接線圖，實現(xiàn)資源共享和系統(tǒng)整合；根據(jù)配網(wǎng)調(diào)度的發(fā)展趨勢和要求，可將配網(wǎng)調(diào)度工作與 10 kV 配網(wǎng)遠程監(jiān)控相結(jié)合， 實現(xiàn)配網(wǎng)的數(shù)字化和智能化管理。

4 結(jié)語

本文介紹了基于 GPRS 的配電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和運行情況，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗，提出合理化建議，以供借鑒參考。

作者簡歷： 余長水（1964-）， 男， 浙江寧波人， 高級工程師，多年從事輸、配電技術(shù)管理工作。

秦如意 （1981-）， 男， 工程師， 湖北襄樊人， 從事配電技術(shù)管理工作。

（本文編輯：李文娟）

Construction and Application of 10 kV Distribution M onitoring System Based on GPRS

YU Chang-shui1， QIN Ru-yi2
（1.Ningbo Electric Power Bureau,Ningbo Zhejiang 315010， China；2.Zhenhai Electric Power Bureau,Ningbo Zhejiang 315200， China）

The construction and application of the 10 kV distribution monitoring system based on the GPRS mobile communication was introduced.The remote operation of the high voltage switches of the 10 kV distribution and the automatic alarm of relative parameters or abnormal conditionswere available.This system has high availability and security.It can reduce the labor intensity and enhance the service reliability,which is in favor of the intelligent distribution construction.

10 kV distribution；high voltage switch；GPRS； monitoring system

TM764 ∶TN929.5

： B

：1007-1881（2010）04-0013-03

2009-08-04