應用GIS設備的10kV配電網自動化系統研究

廣西萬信工程咨詢有限責任公司 陳劍

1 引言

隨著電網的不斷擴大，尤其是城市化的快速發展和能源消耗的不斷增加，電網數據呈幾何倍數形式增長，對人力資源的需求也在增加。特別是隨著城市化的發展，變電站、輸電線路和配電線路的交叉口和分支越來越復雜。電網拓撲分析和可靠性分析不僅保證了電網在復雜工作環境中的安全，而且保證了電網的可靠性。另外，配電網絡中的裝置和線路的更新換代比較迅速，因此造成了許多不同的設計方案與現實不符，會遇到突發事件。在此背景下，配電系統的運行維護與維護需要采用現代的自動控制方法。10kV等級電力系統由于規模龐大、系統結構復雜，給發展帶來了許多困難。在配電網絡中增設GIS，是今后配電網絡發展的主要特點[1-2]。

2 配電自動化現狀

隨著配電自動化系統的應用和開發，國家電網從2000年開始實施測試項目。例如，在測試區域設置SCADA 系統，以測量遠程控制和遠程監控的基本網絡信息。在目前的技術水平下，已實現了66kV以上電力系統的故障探測與絕緣。然而，在試驗中，存在著許多問題，如通信流暢、系統的可靠度等。在通信上的問題是由于網絡的變化，導致通信不穩，當電網的諧波很大時，通信會發生斷續和混亂的代碼。而換通信模式，使用專門的電纜網，會導致線路費用增高。本文對目前配電自動化應用中存在的問題進行分析，主要有幾個方面的問題，一是電網設計之初缺乏前期規劃管理，二是配電網自動化相關設備和系統可靠性較差，三是缺少無線通信平臺支撐，四是運維管理工作的欠缺，五是忽略了信息孤島問題。

3 配電網自動化系統結構

目前10kV 配電電網中采用的自動化系統，配電網自動化系統結構如圖1所示。由圖1可知，目前10kV電網配電自動化系統主要包括有幾點。一是配電網自動化設備，作為構成系統的基礎，這些設備存在整個電網的每個可用節點和設備中，主要作用是進行設備參數的自動獲取并上傳，實現對電網中各節點的控制。二是通信系統，主要作用是對各電氣設備及設備控制主站之間進行信息傳輸與通信，與電網中各個節點均相連，串接電網數據，實現電網信息的穩定傳輸。三是GIS 系統，在GIS 信息的支持下，可以清晰、詳細地獲取配電自動化系統的信息。四是系統集成，配電網自動化的實現主要依靠眾多設備、系統和技術，以此來形成綜合性較強的集成系統和多重功能的實現。

圖1 配電網自動化系統結構

GIS技術可以從平臺上直接讀出失效點的位置，并與當前使用的導航技術相配合，快速定位發生事故地點，并進行故障診斷。GIS 的基本數據是設備的地理位置，有了這些數據，通過電腦將這些數據轉換成相應的數據，最終實現點、線、面和整個區域的地理數據。

4 電氣設計與無線通信方式確定

4.1 配電網自動化電氣構成

本文從配電網企業組成入手，對配電網的自動控制技術進行了研究，是配電網絡實現自動化的基礎保障。電力系統的穩定運行是實現電力系統的重要保障。本系統能夠對電力系統進行自動化控制，并將工作狀況的相關信息傳遞給電網監測系統。

4.2 配電網自動化系統中無線通信技術的選定

當前無線抄表作業中，GPRS 是常用的通信方式。功率線型通信方式的可靠性較差，傳送速度較慢，GPRS 通信方式的傳送速度較慢。另外，4G、5G 通信技術的不斷發展，2G 中的GPRS 正在逐步被取代。所以，在無線通信方式下，需要采用高傳輸率的無線專用網通信方式。

5 GIS信息獲取方式對比

在配電自動化中，GIS 的主要功能是確定各設備的結點位置，在事故發生時進行準確的定位和迅速的查找。所以，并不需要太高的精確度，只需要使用基礎的GPS 就可以確定設備的位置，再根據GPS數據去現場檢查即可。

5.1 在電力裝置中安裝GPS組件

GPS模塊置于電氣設備的設計方案如圖2所示。配電網絡的電力設備需要在網絡上采集各種數據，經過匯總后用在網絡交換與區域電力調度中心進行交流。在此方法中，GPS 模塊被放置在各個電子裝置上，優勢是可以對各電子裝置進行精確的定位，從而可以進行GPS 信號的單獨采集與定位，從而達到較佳的效果。

圖2 GPS模塊置于電氣設備的設計方案

5.2 在一個網絡通信的結點中放置電力裝置

電氣設備置于現場通信節點中的實施方案如圖3所示，在一個實時通信的結點上放置GPS 組件，可以充分地使用網絡中的網絡結點進行配置。本方法對多個現場通信節點和盡可能對野外的電器裝置進行精確的位置測量。

圖3 電氣設備置于現場通信節點中的實施方案

6 基于GIS 技術的10kV 配電網自動化系統需要解決的主要問題

6.1 GIS技術在配電網自動化系統內的實現問題

配電網應用GIS 技術后，需要完成電網設備有效定位，在確定詳細位置參數前提下，進行實物資產管控與保護。按照電網拓撲結構，能夠高效、精確定位故障點設備情況，為后續運維提供支持。因此首先應該提出切實可行的應用方案，確保GIS 順利實現。

6.2 通信實現問題

為滿足10kV配電網通信需求，針對所有設備、GPS 等信息，需要高效發送至控制系統，確保正常交互順利完成。

6.3 系統集成實現問題

配電網自動化、GIS 兩個系統想要順利集成，需要對電網現有管理系統進行有效銜接，譬如生產PMS、集控等系統。在不同系統互聯互通的前提下，基于GIS 的10kV 配電網綜合自動化系統才能夠發揮作用。反之，就算系統建成，始終處于獨立運行狀態，系統也無法起到任何實質性作用。

7 GIS與配電網自動化系統的集成

GIS 信息作為當前配電網的輔助信息，需要滿足配電網基礎數據平臺的要求，為配電網自動化系統提供基礎數據。信息交流的內容和過程應符合幾點要求。一是信息交互內容，配電網的自動控制中心系統必須創建統一的圖形用戶界面。控制中心系統通過信息采集總線將GIS 實時傳輸至配電GIS 子系統，以支持GIS 信息。二是信息交互流程，在地理位置上通信節點收集地理坐標信息，輸入GIS 系統。通過逆絕緣裝置后，通過安全區域I和安全區域III，然后通過前絕緣裝置，最后到達主配電系統的服務器通信接口。將GIS 的單線圖、地理圖、架空線圖轉換為配電網主站的單線圖模型，最終存儲在DMS服務器中。

8 配電網自動化系統與集控系統的集成

8.1 集成目的

PMS生產管理系統負責配電系統設備和生產管理信息平臺的信息維護。在10kV 配電網自動化系統中，必須增加通信節點和其他電子控制裝置，以加強PMS 系統的維護和集成，只有PMS 生產管理系統才能輸入有關設備和賬戶的附加信息，以確保信息源的唯一性[3-4]。

8.2 信息交互內容

信息交換的內容主要包括通過信息交換總線發送到主站系統的設備賬號信息和生產管理信息。

8.3 信息交互過程

發送PMS產品信息有兩種方式。一方面，采用分布式主站系統發送信息，該信息具有PMS系統的服務器通信接口，通過防隔離裝置后，通過安全I區和安全III區，通過前端隔離裝置到達分布式主站系統的通信服務器，生產站系統不再向PMS系統發送數據。另一種方法是PMS系統和GIS系統之間的信息交互。由于兩者都處在安全區III，因此不需要隔離信息交互。

9 信息系統集成建設方案

9.1 集成目的

10kV配電網絡是從變電所引出的，這一部分是配電網絡的重要內容。配電網的主機必須與調度集控制中心進行數據通信，方便對變電所及其輸電線的實時情況進行采集。在采集到這些信息后，在配電網中進行集成與管理，從而將整個配網的信息顯示在配電網中[5]。

9.2 信息交互內容

配電系統自動化系統將配電系統自動化系統的離線模型10kV 和實時信息模型發送至配電系統主站系統，配電系統自動化系統將10kV 出線開關的操作要求發送至中央控制系統。

9.3 信息交互過程

在調度集中控制與配電網的主機均位于安全域I區域，因此在數據通信中要添加一個垂直的密碼驗證設備。配電主機系統通過縱向密碼驗證設備發送一個運行命令要求，然后到達調度集控制系統的預設服務器。本調度集控制中心將實時的信息模型數據傳輸給分配中心的DMS服務器，通過垂直的密碼驗證設備進行驗證。

10 結語

基于GIS 技術的配電網自動化系統集成整合，GIS 系統需要集成到電網原有的系統中，實現信息的互補與集成，才能夠充分實現GIS 系統的功能。GIS 系統與配電網自動化系統的集成，需要配電網自動化系統與生產PMS系統的集成和配電網自動化系統與集控系統的集成，形成信息交互的流程，最終可以實現安全可靠的基于GIS 系統的配電網自動化系統。