10kV柱上開關監控系統的研究

胡詩泉

摘要：在10kV配電線路運行過程中，對柱上開關的實時監控非常重要。本文從實際應用出發，介紹了10kV柱上開關監控系統的結構特點，選擇了合適的通信模式，分析了監控中心主站系統的功能，并闡述了系統的軟件設計方法。該系統安全可靠，實現了對柱上開關實時、準確的監控。

關鍵詞：柱上開關；故障排查；監控系統

引言

隨著城市化建設的不斷發展，電網規模逐漸擴大，對電網架設的要求逐漸提高。10kV配電線路越來越復雜，涉及到的分段和聯絡點越來越多，因此，配電柱上開關的數量也不斷增多，為相應操作和管理帶來了新的難度。當配電線路負荷過高出現故障時，開關會感應故障并自動跳閘，嚴重影響供電實時性和安全性[1]。傳統配電網絡對開關狀態沒有很好的監視，當出現故障時，配電中心往往并不知道，通常是用戶反應之后才開始檢修。由于配電線路比較復雜，檢修人員并不清楚故障點的準確位置，只能靠經驗逐級排查，增加了工作的難度，效率較低，而且還不能及時解決用戶的問題。因此，對10kV配電線路柱上開關進行實時監控非常有必要，當出現跳閘時，監控中心會在第一時間發現問題，并檢測出故障點的準確位置[2]，報告給檢修人員，不僅減小了檢修人員的工作量，提高了工作效率，還避免了長時間、大面積停電的可能性，具有非常大的實用價值。

本文從實際應用出發，介紹了10kV柱上開關監控系統的結構組成，選擇了實用性較高的系統通信方式，分析了監控中心主站系統的功能，并闡述了系統的軟件設計方法。

1. 系統結構組成

此開關監控系統由兩個模塊組成，第一部分為電力線載波通訊模塊，其中核心為載波集中器，負責采集、處理并存儲用電信息。該模塊還包括遠程終端控制系統（Remote Terminal Unit， RTU），不僅可用來監視和測量現場狀態，還能接收計算機中心發來的命令，實現對設備儀器的直接控制。第二部分為集中器到計算機中心系統管理模塊，該模塊包括電力線信號傳輸部分、信號采集部分、互聯網信息傳輸部分和配電信息監控軟件四部分。該系統設計終端設備和Internet之間采用電力線連接，實現了與具有上網功能的客戶前置機之間的互相通信。系統結構組成如圖1所示。

1.1 監控終端設備介紹

選用RS5011G型監控終端設備，該監控裝置集成了數據通信、過程IO控制和模擬信號采集三項功能。可以實時監控配電網柱上開關兩側的供電狀態，收集電壓信號；具有完善的無線通信模塊，可以實現掉線自動重新連接；采用雙電源終端設計，具有獨立供電功能，保證終端不掉電；存儲量大，支持自動采樣和數據查詢；內設工業繼電器，可以實現遠程控制，當出現故障時可完成自動排障，減少了搶修人員的工作量。該監控設備可以通過RS485/RS232接口實現數據傳輸，因此，可以直接和電表、電壓檢測設備以及配電檢測儀等連接，對現場開關工作狀態實現遠程監控功能。在電力線路發生故障，開關跳閘后，RS5011G監控設備會在第一時間將開關狀態發送到計算機管理中心，完成故障報警，如果有要求，還可以將故障信息發送到相應負責檢修人員的手機上。RS5011G監控終端集采集、傳輸、控制功能于一體，硬件結構簡單，可靠性高，實用性強，是目前應用最廣泛的終端設備。

1.2 系統通信方式選擇

1.2.1 GSM/GPRS、CDMA無線通信方式

隨著國家經濟的發展，國內關于該系統通訊方式的研究越來越多，張子紅[3]等研究了基于GPRS的電網遠程檢測系統，實現了設備溫度以及泄漏電流的實時監控與顯示，取得了良好的成果。雖然相關研究均取得了良好的成果，但是由于電網系統規模龐大，配電網柱上開關的數量眾多，使用該種傳輸方式在實際應用中的成本非常高，一般企業負擔不起，一定程度上限制了該通訊模式的應用。

1.2.2串行通信總線

串行通信總線在諸多領域都有廣泛的應用，尤其是RS-232、RS-485總線，技術相對成熟，傳輸速率較高，在智能遠程抄表系統中的應用很成功。但是配電網柱上開關分布非常廣，數量也非常多，僅采用此種通信方式難以完成實時、準確的通信。

1.2.3低壓電力線載波PLC

從實際應用出發，本設計采用低壓電力線載波PLC，并結合數據傳輸速率較高的RS-232/RS-485方式，作為開關監控系統的通信方式。并且RS5011G型監控終端可以采用RS-232/RS-485方式作為數據接口，因此，此種通信方式的可行性較高。當然，采用此種通信方式也存在相應的缺陷，例如噪聲大、衰減嚴重等，而且在不同的應用場合，通信效果也不盡相同。所以，必須采用高技術含量的調制解調器，只有這樣才能實現電力線載波的可靠通信。

2. 監控中心主站系統

主站相當于監控系統的大腦，支配著整個監控系統的運行。不僅可以對配電線路柱上開關的狀態進行實時的監控，還可以發送命令，對開關故障進行自動維修。如果故障無法完成自動維修，主站系統收到信號后，會將故障情況和故障位置以短信的形式發送到檢修人員手機，第一時間通知檢修人員進行維修。

主站系統可以實現以下功能。可以和第三方系統進行相互通信，實時獲取斷電信息及警告信息；配有聲光報警器，當發現開關發生故障時，第一時間通知相關管理部門和人員；可以同時監控多個柱上開關的狀態，能提供實時監控數據；可控制單個開關的開閉狀態，便于維修和管理；具有大存儲單元，可進行歷史數據查詢；存儲數據可以輸出并形成報表，方便閱讀和管理。

3. 系統軟件設計

系統軟件主要用于和各監控端建立連接，負責接收、存儲和管理RTU終端的信息。此時，需要固定系統服務器的IP地址，并建立在最常用的Windows操作系統之上。系統軟件設計包含三部分，第一部分為通信互聯，實現同RTU終端的通信；第二部分為顯示獲取的數據并進行管理；第三部分為發送并執行命令。本系統采用多線程技術，避免了子線程之間的相互影響，又保證了主線程的通暢性。

4. 結束語

隨著電網規模的不斷擴大，10kV配電線路的開關設置越來越復雜，對開關狀態的實時監控可以保證配電的安全性。本文從實際應用出發，詳細介紹了10kV柱上開關監控系統的結構組成，選擇了合適的通信方式，分析了監控中心主站系統的功能，并闡述了系統的軟件設計方法。該系統可行性高，安全可靠，可以對配電線路柱上開關進行實時、準確的監控。

參考文獻：

[1]陳偉凡，陳曉亮，高偉. 變電站10kV開關柜運行環境監控系統設計[J]. 電氣技術，2016，（09）：83-87+97.

[2]蔣冰華，楊超，楊雨. 基于Android的10kV真空開關狀態監測系統的設計[J]. 中國儀器儀表，2016，（06）：60-64.

[3]張子紅，秦淑香，馮進玫，周連臣. 基于ZigBee技術和GPRS的高壓電網設備遠程在線監測系統[J]. 黑龍江電力，2016，（02）：155-160.endprint