基于 GPRS 通信的 10 kV 配電網監控系統建設及應用

余 長 水， 秦 如 意

（1.寧波電業局， 浙江 寧波 315010； 2.鎮海供電局， 浙江 寧波 315200）

基于 GPRS 通信的 10 kV 配電網監控系統建設及應用

余 長 水1， 秦 如 意2

（1.寧波電業局， 浙江 寧波 315010； 2.鎮海供電局， 浙江 寧波 315200）

介紹了采用 GPRS 無線網絡的 10 kV 配電網監控系統建設和應用情況， 該系統可實現配電線路高壓開關（負荷）設備遙控操作、 電氣量相關數據及異常情況的自動報警等功能。系統安全性高、 經濟可靠，提高了工作效率及供電的可靠性，有益于配電網絡的智能化建設。

10 kV 配電網； 高壓開關； GPRS； 監控系統

目前，10 kV 配電系統應用的戶外高壓開關（負荷）設備基本為手動， 操作時間長、 勞動強度大、管理難度高，由于其本體的質量問題或在惡劣的氣候環境下，操作時存在著一定的危險。針對此現狀，有些變電站采用紅外線或高頻無線電密碼技術就地遙控高壓開關，但該辦法控制距離僅在百米之內，且僅限于高壓開關單一的分、合閘功能操作；有些地方用電力載波或用自設電臺的專用頻率遠程遙控高壓開關，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光纜傳輸網絡、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 務 （General Packet Radio Service，GPRS）通 信的 10 kV 配 電網遠程監控系統的建設運行，以期解決此類生產運行問題， 提高 10 kV 配電網絡智能化程度。

1 配電網監控系統介紹

1．1 監控系統結構

基于 GPRS 通信的 10 kV 配電網監控系統由配變管理主站、 監控終端、 GPRS 通道組成， 可實現終端電氣設備的遙測、遙控及電氣量的數據采集，系統結構見圖1。

1．2 GPRS 專用通道及收發裝置

在成熟的 GPRS公網中用防火墻、 隔離欄等措施開辟專用接入（Access Point Name， APN） 通道， 傳遞 10 kV 配電系統高壓開關控制信息。 理論上只要存在移動信號即可實現遙控信息傳送。GPRS 信息遠程收發裝置設有各個執行終端 （高壓開關）的特定串口和 ID 號， 并分配一個動態的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網絡數據傳輸容量大，能夠滿足實時通信要求，可以將執行終端的實時數據（開閉狀態、電壓、電流、功率因素等）即時返回到控制終端，通過開閉狀態指示和電氣量的對照，可以準確判斷現場執行終端（高壓開關）的實際狀態。

圖1 監控系統結構

1.3 執行終端

執行終端設有單片機、程序存儲器、數據存儲器、 通信模塊、 A/D 轉換模塊、 通信口和開關控制器，其組成見圖2。執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 高壓側直接獲取穩定的直流電源為直流蓄電池充電，作為各類 10 kV 高壓開關（負荷）設備的工作電源。 在無外界電源的狀態下也能工作 72 h， 可靠性高。 電壓變換器作為電氣量測量裝置，還可獲取執行終端處的電壓、電流等電氣量。

通信硬件設施用總線方式，所有數據交換以通信板 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，執行動作命令，轉發AD采樣板的數據等。

圖2 執行終端框圖

開關控制器位于高壓開關和 CPU 模塊之間，對高壓開關實時控制，并可查詢高壓開關狀態。其上有分合信號的輸入口和執行后高壓開關分合的狀態信號輸出口，還包括驅動高壓開關開合的傳動結構，見圖3。

圖3 執行終端和開關控制器接口

1.4 管理控制系統

后臺軟件系統在 Windows Server與 SQLServer平臺下開發， 系統控制操作界面開關群體與實際狀態一致，直觀、 形象。比如：圖4為配電網絡接線簡圖，是一個兩條手拉手單環網供電的簡單網絡。該接線圖和生產中常用的單線圖和網絡圖一致，清晰明了。在開關上單擊鼠標右鍵，出現“控制菜單”， 即可進行相關操作， 使用直觀方便。同理可以擴展到多條線路的復雜供電網絡。

圖4 配電網絡接線

系統控制軟件的控制程序嚴謹有序，執行流程見圖5。 可以實現現場執行終端 “拒動、 擅動、跳閘、缺相、脫網”等異常情況的自動報警等功能，還具有電氣量數據存儲功能，可生成日報表、月報表。

圖5 控制程序執行流程圖

2 配電網遠程監控系統建設

2.1 簽訂協議

與移動通信公司簽訂 GPRS 通道租用協議，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、省電網公司統一的網絡管理。

2．2 方案設計

研發單位根據使用單位掛網線路的實際情況，設計出監控系統的整體方案及配套的控制軟件，控制軟件應具有可擴展性。

2．3 安裝和調試

在供電所內建立專用監控室 （覆蓋范圍較大時可以建在調度室）。在相關 10 kV 配電線路高壓開關（負荷）上安裝調試， 并對其技術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

組織監控系統操作人員培訓，熟悉系統運行和控制程序執行流程。結合電力生產實際制定相應安全操作規程，電氣操作符合相關要求，保證系統的安全可靠。

2．5 建立運行檔案

組織專家對系統實際建設情況進行評審、總結和驗收，并在實際掛網運行中根據技術指標及要求進行全面驗證，建立詳細的運行檔案，為系統日后的改造和升級打下基礎。

3 經驗與建議

3.1 安全性

遙控高壓開關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。通信系統采用專用 APN 通道、 終端 IP 地址綁定和電子看門狗相結合等特殊安全措施。控制系統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，一人監護，控制操作程序符合電力系統相關規定的要求，確保遠程遙控高壓開關（負荷）本體及控制系統軟硬件的安全。

3.2 經濟性和可靠性

遠程遙控高壓開關（負荷）及控制系統投資省、見效快、功能較完備、操作簡單，運行穩定。監控系統的信息傳輸利用移動通信的 GPRS 網絡， 節省了大量的光纜網絡建設資金。寧波某供電局2008 年 7 月建設投運了一套由 10 臺開關組成的遠程遙控高壓開關（負荷）控制系統，投資約 60萬元，其中變電所出線開關2臺，線路分段開關5臺，線路分支開關3臺，線路聯絡開關1臺。系統投運1年多來，應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%， 開關誤動率 0%， 電氣量采集正確率 100%， 系統通信在線率 99.5%（受移動公司基站維修影響， 未達 100%）， 系統總體可靠性較高。

3.3 高效性

通過監控系統，高壓開關的合分閘操作只需按系統提示操作即可完成，無需到開關現場登桿操作，縮短了開關設備停復役操作時間，工作效率明顯提高，同時消除了操作中惡劣天氣和設備故障的影響。寧波某供電局針對該系統制定了嚴格的管理辦法和操作流程，編制了相應的倒閘操作票， 按照《安規》要求根據開關分合指示和電氣量判斷操作結果。經測算，單次柱上高壓開關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

監控系統圖示形象、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。整個控制網絡和開關群體，從提供設計方案到安裝、調試、投運，一個月內即可完成，建設周期短，有利于全面推廣。

3．5 可擴展性

結合配網地理信息系統（GIS）和配網調度， 該系統的應用可進一步擴展。利用配網地理信息系統（GIS）的配網接線圖，實現資源共享和系統整合；根據配網調度的發展趨勢和要求，可將配網調度工作與 10 kV 配網遠程監控相結合， 實現配網的數字化和智能化管理。

4 結語

本文介紹了基于 GPRS 的配電網遠程監控系統的建設和運行情況，總結了相關經驗，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、配電技術管理工作。

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

（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