10 kV電網PLC故障自動隔離系統研究

王曜飛

摘 要：10 kV電網是中壓配電網，其主要職能是有效保證整個配電網的供電質量和供電能力。往往由于自然災害等不可抗力條件，配電網線路經常會發生線路故障而造成供電中斷，進而導致供電可靠率不高。隨著電力技術的飛速發展，配電網絡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電網的配電系統屬于非接地系統，對于發現一些高阻接地短路以及隱性故障往往沒有很有效的方法和手段，最終導致上一級變電站跳閘而引起惡性的大面積的停電事故。過去幾年發生了這一類故障事故的排查方法主要靠人工方法去排查，想查找故障點的位置是件費時間而又非常難的課題，目前大多數線路運維人員仍然采用手工拉閘等方法來查詢故障點，這種辦法不但效率低，而且有時還很難查詢故障在哪兒？針對以上這種情況，基于10 kV電網PLC故障隔離系統開展了深入的研究，取得了一些創新性的研究成果。

關鍵詞：PLC SOG 前置機 故障隔離

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（a）-0026-02

1 研究課題的來源、背景、研究的意義、價值

PLC通信是利用10 kV電力線的一種載波通信方式。目前，PLC技術發展已經有幾十年的歷史，在電力系統各個電壓等級都得到了不同的應用，其數據傳輸的通訊數率也在不斷提升。特別是在10 kV配電網傳輸技術方面，其傳輸速率超過10 Mbps，作為一個新技術，其在10 kV電力線通信應用引起電力系統的高度重視。10 kV電網PLC故障自動隔離系統就是通過PLC通訊模塊和SOG智能監測終端來判斷10 kV電力線路故障區間，這種判斷準確性非常高，無需大量布設通信光纜，大大節省時間和金錢，具有很好的推廣價值。該系統在通信規約中規定了物理連接、通訊鏈路及應用技術規范，該規范主要參考了部頒DL/T 645-1997多功能電能表通信規約、浙江省電力公司企業標準Q/GDW-11-143-2008電能信息采集與管理系統通信協議，根據具體需求做了相應的擴展，可兼容性非常高。

國內外研究概況目前國外發達國家，特別在日本已普遍使用柱上SOG智能開關快速隔離故障區域及故障區域定位。國內在沿海發達地區已部分采用SOG智能開關做試點運行，由于SOG智能開關的特點，基本上都是采用單點運行，主要是針對用戶側事故進行隔離，無法進行多臺串行運用。

2 SOG智能開關功能情況

（1）發生接地事故時，SOG智能開關能夠通過分析零序電壓與電流的相位角，自動區別故障發生在電源側還是負荷側。如果是在負荷側，則開關將在設定時間內自動分閘。

（2）當SOG智能開關負荷側發生短路事故時，能夠記憶故障電流，先由變電站斷路器跳閘線路失電后，開關自動分閘，斷路器再重合閘成功。

基于以上SOG智能開關具有判別事故發生在開關前后方位的功能，加上PLC通信功能后，通過各開關的事故信息共享，能快速準確地判斷出事故區間。事故區間前后鄰近的開關分閘動作，隔離事故區間，使得變電站斷路器重合閘成功。

PLC通信技術在日本等國外廣泛地應用在繼電保護通訊上，技術比較成熟。并且PLC智能系統在判定故障區間時，是在上級變電站分閘后重合閘之前的失電期間，通信時間短暫，通信有效范圍小，保證了系統有效可靠地通信。

3 系統概述

該系統是應用于12 kV配電線路，利用PLC通信方式實現將事故區間隔離的一種饋線故障隔離系統。該系統與通常故障檢出隔離方案完全不同。以往系統采用開關跳閘延時合閘的時序方式或后臺集中控制方式不同，PLC系統無需通過后臺系統來控制整個監控單元和通信終端設備，并且能快速查找故障點，縮短停電時間，減少停電范圍。同時具有降低總體系統設備投資成本，安裝簡單方便等優點。

PLC故障隔離系統的創新技術、功能及前置機通信。PLC故障自動隔離系統在判斷線路故障過程中只通過電力線進行載波通信，其后臺控制單元模塊就會智能判別故障區間，并通過PLC通信模塊進行信號傳輸，PLC智能開關設備可以多級串接，實現10kV電網線路多分段判別故障能力，這種故障隔離系統主要特點是隔離故障時間短，進而使得電網停電區域小。

4 功能介紹

PLC事故隔離系統以上一級變電站分閘（或配電線路中重合器預置了分閘），10 kV配網主線及分支線路停電狀態作為啟動條件。10 kV配網線路中各PLC智能開關單元自帶的控制裝置在線路停電時通過載波通信，對各個控制單元所采集的信號進行交換、共享，根據各通信單元間的信息交互來判斷故障區間，鄰近事故區間的兩側開關發出分閘指令來隔離故障。

5 PLC通信

首先要設置前置機通訊模塊端口、前置機支持通信方式參數設置：包括GPRS連接時登錄用戶名、登錄密碼、心跳間隔、SOCKET協議，抄讀SOG控制器的輪間隔、項間隔，通信機連接GPRS網絡的信號強度、連接狀態。

基本信息包括：狀態、通信地址，可進行操作：刪除、導入、新增、修改、下發、召測。

檔案信息包括：供電公司信息、供電分局信息、線路信息、SOG開關信息等，可進行操作：刪除、導入、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、聯系人、聯系電話。

線路信息包括：地區區域、變電站名稱、供電線路名稱、電壓等級。

SOG開關信息包括：開關名稱、開關型號、安裝地址、對應設備、出廠編號、安裝日期、使用狀態、SIM卡號。

6 PLC通信終端

（1）密碼功能：純短信的SOG通信機，可通過密碼設置進行密碼維護，普通權限設置，需輸入原密碼、新密碼，超級設置，僅需輸入新密碼。

（2）受警機號碼。

開放操作，即通過密碼通訊，開放設置受警機號碼功能和取消受警機號碼功能。

密碼開放后，可設置、取消受警機號碼一、二、三；查詢不需密碼開放。

可根據起始時間、結束時間、告警類別、變電站名稱、供電線路名稱、安裝地址進行異常信息查詢。

其次進行通訊監視：顯示發送、接收幀情況，包括時間、源地址、目的地址、命令、說明、詳細內容。

最后進行客戶端連接，顯示客戶端連接狀態，包括IP地址、上次連接時間、編號、客戶端類型、廠商名稱、登錄狀態、上次登錄時間。

7 結語

該系統可采用PLC智能配電系統，在配網主線及支線上配置PLC智能負荷開關對于減少事故時的影響范圍、提高供電可靠性，縮短故障恢復時間很非常有利的。

PLC負荷開關在線路發生故障時，能在一次重合閘之前，判斷故障區間，并且在故障區間前后PLC能自動分閘，確保上一級變電站重合閘成功。通常重合閘要求在5 s以上，也就是在最短5秒鐘之間內，將故障區間隔離。這與電壓型時序開關系統相比較，故障隔離和系統恢復時間大大下降，開關數量越多，效果越明顯。其通訊模塊會將故障類型以短信形式立刻發送給接收者。這有兩個好處：第一，縮短故障反映時間，與傳統的調度通知相比，接收者在故障發生導致SOG開關動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，減少排查范圍和時間。最后的系統是實際可用的，該系統最大的優點就是可以縮短10KV電網線路故障恢復與查找時間，提高供電可靠率。

參考文獻

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[2] 趙俊華，文福拴，薛禹勝，等.電力信息物理融合系統的建模分析與控制研究框架[J].電力系統自動化，2011（16）：1-8.