配電網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，配電網故障自動定位技術作為簡易型配網自動化的實現方式，以其投資小、見效快、安裝維護方便等優點，成為配電自動化建設的重要組成部分。在縣城和農村配電線路中，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節成為影響配電網故障自動定位的關鍵環節。比較和分析了在縣城和農村配電線路故障自動定位系統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，做到對線路故障定位的全覆蓋，為縣城和農村配電網故障快速定位探索出一條有效的途徑。

關鍵詞：配電網；故障定位；通信方式

作者簡介：馬俊（1979-），男，內蒙古五原人，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、配電網故障自動定位系統的必要性

隨著國內地區經濟的發展和新農村建設的不斷推進，縣城和農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性較低。停電成為影響供電可靠性的主要原因，2009年中電聯對電力系統發生故障而導致的停電情況進行了統計，結果顯示，在這些停電中，線路上發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，隨著城網線路的重點投資和技術升級改造，城市配電網線路的故障率不斷下降，其供電連續性較縣城和農村線路有大幅提升，因此如何縮短縣城和農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，針對不同的地域和配電網環境，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村配電網中，簡易型配電自動化方案，[2]即通過故障定位技術實現快速定位故障并確定搶修方式成為配電網建設的主要目標。配電網故障自動定位系統的可靠實現與通信環節密不可分。在縣城和農村配電網線路中，因其線路分支多、結構復雜，所覆蓋地區范圍廣、地形復雜，通信系統的建設難度較大。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、低成本等優點成為主流的通信方式，在配電網故障自動定位系統中得到廣泛應用。

二、配電網故障自動定位系統的通信方式

1.10kV故障定位系統的典型結構

如圖1所示，典型的故障定位系統主要由：加裝在10kV線路上的站端檢測裝置、通信系統、監控主站系統三部分組成。站端檢測裝置包括線路故障檢測裝置（FI）和數據采集傳輸裝置（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據采集傳輸裝置發送不同的編碼信息，從而區分開這兩種故障。數據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送的動作信息，并通過通信系統將故障信息發送給監控主站系統。

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字信號變成高頻信號，通過電力線實現遠距離傳輸。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、與電網建設同步等優點，早已成為電力系統應用最廣泛的通信方式。它主要用于電網調度通信、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只能不重復安排57套載波機，而在配電網故障定位系統中所需載波機數量要遠超過這個數目。[3]

就配電網而言，一方面，由于配電網運行方式靈活、用戶負荷投切存在隨機性等造成線路阻抗不穩定；另一方面，縣城和農村配電線路分支、“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村配電線路中實現大規模的應用。

（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的應用已經成熟，主要有光纖環網和光纖以太網兩種通信方式。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、穩定性好；抗干擾能力強、無串音干擾、保密性好；溫度穩定性好、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，一旦發生故障，修復工藝要求高，維護費用高。

對于網架結構成熟的城市電網和縣城電網可選擇光纖通信方式；對于具備光纖通信網絡的配網自動化系統，為充分利用現有資源，故障指示器的動作信息可通過附近的站端設備（FTU、TTU或DTU）的光纖通信系統上傳至主站系統。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中，其原理如圖2如所示。

（3）無線GPRS/CDMA通信。GPRS是通過在現有GSM（全球移動通信）網絡中增加GGSN（網關支持節點）和SGSN（服務支持節點）來實現的，是GSM網絡的演變形式，是在演變進程中推出的一項高速數據服務業務，將移動通信技術與IP技術有機結合，組成了移動IP網絡。[4]GPRS具有一下特點：分組交換技術，適合突發、頻繁、間斷、少量數據傳送，也適于偶爾的大量數據傳輸；傳輸率高且可靠；網絡資源利用率高；經濟性好；網絡接入速度快等。配電網通信系統采用GPRS方式，可以節約通信網絡建設費用，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據的傳輸任務。

配電網故障定位系統的通信數據少、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，在縣城和農村配電線路上得到了廣泛的應用。

（4）遠距離無線數據接力技術。在縣城和農村配電網中，尤其是農村配電網線路上，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或通信信號較弱，采用GPRS通信時無法將數據傳輸至目標主站。為保證故障指示器的動作信息及時傳輸到監控主站系統，減少故障排查時間，可采用遠距離無線數據接力技術實現故障指示器動作信息的遠程傳輸。

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

無線接力轉發站可分三個部分：遠距離無線通信轉發站、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站可以接收故障指示器發出來的故障數據，將數據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據。

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

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據通過GPRS/CDMA網絡傳送到監控主站。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信號盲區或不穩定地區的故障信息，接力到移動信號強的地方，達到故障數據有效上傳的目的。

遠距離無線接力轉發站工作原理如圖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、落后地區的配電網故障自動定位技術提供了可靠的技術手段。

三、結束語

本文對配電網故障定位技術的通信方式進行了比較和分析，同時根據縣城和農村配電網的不同環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境。配電通信設備工作環境惡劣，設備分布范圍廣、數量多，結合縣城和農村配電線路通信系統的可靠性、實時性、安全性、可擴展性、設備狀態自身監控性及建設費用等多方面的因素，因此，縣城和農村配電網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自動化技術的發展方向，使其發揮最大的經濟效益。

參考文獻：

[1]李江萍.縣城配電網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狀與發展趨勢配網自動化的基礎建設和應用[J].廣西電力技術，2001，（4）.

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

（責任編輯：宋秀麗）