何 锋



基于GPRS通信故障指示器在配网自动化中的应用

何 锋

莆田电业局

针对10kV山区配电线路故障频繁的现象，采用基于GPRS通信故障指示器的配电自动化系统，实现故障自动定位指示系统的必要性。通过应用表明，该系统能及时准确地确定出故障点的确切位置，缩短了故障修复时间，提高了供电的可靠性。

通信 故障指示器 配网自动化 应用

在配电系统中，由于线路数量多、分支多，运行方式复杂，故障发生频繁。在线路发生故障后，故障的查找费时费力，维护线路的工作量较大，故障快速准确定位对于提高供电可靠性具有重要意义。目前对于故障点的检测，主要有线路故障指示器和线路FTU两种方式。利用普通故障指示器实现线路故障分段定位，问题是多数故障指示器没有自动定位功能，配电线路出现故障，需要人工沿线查找，增加了故障查找时间和难度。而利用FTU能够实现故障的自动定位和隔离，但现场运行的大量配网设备无光纤通道，也无预留自动化所必须的接入点，大量的设备更换和专用通讯通道的架设造成巨额的资金投入，一次设备改造困难，工程费用高，对如何提高故障（特别是接地故障）检测的准确性、安全转供和经济运行关注不够，过分要求通讯和故障的隔离速度，经济效益不明显，同时因为大量的线路和电力设备异动频繁，专用的通讯光缆维护难于跟上，造成后期的运行维护和使用困难。

针对上述问题，经过与各方面的技术分析，恰当地选择必要的功能，寻求一种符合配网现况及现代技术发展方向，能够“统一规划，分步实施”，不致因系统发展或技术进步而“推倒重来”，具有重要的意义。

基于GPRS通信的故障指示器能实现线路故障自动定位，从而改变过去人工巡视查找故障的落后做法，将配电网上的故障报警数据、实时运行数据、离线数据、电网结构、设备参数和地理信息等诸多信息进行综合处理和集成，构成功能完整的配电自动化系统。配电控制中心的故障定位软件系统与大量现场的故障检测和指示装置相配合，在故障发生后的几分钟（与当地基站转发短消息的延时有关）内即可在控制中心通过与地理信息系统的结合，给出故障位置和故障时间的指示信息，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，大大提高供电可靠性，同时大大减少故障巡线人员，提高工作效率，实现配电网正常运行时的控制和监测。

1 基于GPRS通信故障指示器配网自动化系统组成

基于GPRS通信故障指示器应用在配网自动化中主要是通过配电控制中心实现的，主要由故障指示器、数据采集装置、信息处理单元及配网故障定位分析软件组成。系统总体结构如图1所示，检测节点通过GPRS通讯方式将报警信息发送到移动内部网络，再经APN专线传送到监控中心服务器，通过安装在中心服务器上的故障自动定位分析软件，就可以自动定位找出故障区段。

FCI：Digital Fault Current Indicator 数字化的故障指示器 DCU：Data Collecting Unit 数据采集器（内置低功耗GPRS DTU），可选电动开关储能和遥控功能GPRS DTU：GPRS Data Terminal Uint GPRS通讯终端 EFU：Earth Fault Line Select Unit 接地选线装置

1.1 监测点的设备组成

由3～30只数字化的故障指示器，1台数据采集器（含太阳能电池板和后备锂电池）。

1.2 信息处理单元

信息处理单元收集分布在附近的一组指示器发送的的故障状态。由一个无线射频收发模块和一个GPRS通讯模块构成。当发生相间短路故障时，故障指示器检测到故障信号后，由GPRS通讯模块将带有节点编号的报警信息发送到配电控制中心。

1.3 配网故障定位分析软件组成

故障指示器节点通过射频技术和GPRS无线通讯网络上报信息，自动定位分析软件根据各节点上报的的故障检测信息，利用相应的故障定位算法，就可以定位出故障所在区段。

2 基于GPRS通信故障指示器配网自动化系统原理

故障指示器探头安装在线路主干分段处（可装在住上开关所在的电杆上）或分支线上，当线路出现相间短路接地故障时，故障指示器就能及时检测到短路故障电流，通过无线射频收发模块，将动作信号传送给安装在线路上的GPRS通讯模块。GPRS通讯模块在收到动作信息后，将故障指示器地址信息通过远距离无线通讯系统发回控制中心。控制中心主站接收GPRS通讯模块发来的信息后，经过进行解调、解码，可就地显示地址信息，同时将地址信息送给配电控制中心的计算机系统。配电控制中心在接收到这些动作信息后，经过计算机分析，与配电地理信息系统GIS相结合，就可以直接显示出故障点地理位置信息，并在地理背景上显示出来，同时还可以通过打印机将地理位置信息打印出来。根据这些信息运行维修人员就可以迅速到达故障地点及时排除故障。

2.1 带通讯的故障指示器

带通讯的故障指示器主要由故障电流检测电路、就地指示部分、数字编码及无线调制发射单元组成。在线路发生相间短路、接地故障时，故障指示器在故障后将被触发，给出红色显示，同时将其数字编码信号通过无线射频进行传送，发射频率一般在220MHz，通讯距离在50m。其短路检测部分的工作原理是：根据线路短路时的特征，通过电磁感应方法测量线路中的电流突变及持续时间判断故障，因而它是一种适应负荷电流变化，只与故障时电流分量有关的故障检测装置。它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。只有流过故障电流时才给出故障指示。

2.2 GPRS通讯模块

GPRS通讯模块一般安装在故障指示器安装附近，它能接收多个故障指示器的编码信息，当它收到故障指示器的动作信号并经处理后，通过地址编码和时序控制，再将信息以无线电波方式发射出去，它的发射频率为220MHz左。GPRS通讯模块的所有元件安装在一个铁箱中，内部包含一个铅酸蓄电池。箱体外部安装一个太阳能电池板，用以给蓄电池充电，并在白天作为工作电源。在夜晚或阴雨天气时，由蓄电池供电。蓄电池在充足电后的情况下，可以维持子站连续20天工作，不需要补充能量。短距离用无线调频通讯，通讯能量主要取自导线电流感应取电（挂在线路上的数字化指示器）或者CT二次电流取电（挂在开关支架上的数字化指示器）。远距离用GPRS通讯，通讯能量主要来自太阳能电池板（架空线路）或者特制取电CT（电缆线路）以及大容量的后备锂电池。如果架空线路长期处于阴雨天气，不能保证GPRS实时在线工作电源要求（至少100mA/5V），则自动切换到低功耗运行方式：平时以20%-50%全天候定时上线，检测到故障动作信息以后立即上线。

2.3 通讯主站

通讯主站的功能是将GPRS通讯模块送来的无线信息接收后进行解调后并进行解码处理，最后将数据送往配电控制中心。

2.4 基于GIS平台的故障定位系统软件

定位系统软件是配电控制中心的核心组成部分，它的主要作用是搜集通讯主站传送的地址信息，对其进行纠错、校正后，通过拓扑分析和计算找出故障位置，最终显示在GIS 信息系统的背景上。

2.4.1故障指示器动作信息和网络拓扑数据的实时搜集

由于故障指示器的动作信息和开关动作到达通讯主站的时间也是不同步的，而故障定位是以故障前的网络拓扑状态为基础的。因此，系统在实时数据采集时随时保留故障前的开关状态，待搜集到完整的故障指示器动作信息时，作为拓扑分析的基础。

2.4.2故障通路和故障点的查找

故障通路和故障点的确定是故障定位系统主站软件的核心。首先输人故障前网络的开关状态和故障指示器的动作信息，调用拓扑分析程序，循环读取记录，找到发生报警的所有线路的干线。由干线开始分析，首先确定该干线有无支线报警，如果没有支线报警，则直接分析该干线；如果存在着支线报警，则必须分析干线与支线的报警数据的关系，根据分析结果报警。

2.4.3纠错和补漏

通讯主站在采集故障指示器动作信息时，偶尔会出现误报，故障指示器本身也会出现异常。因此，纠错和补漏是故障定位系统的一个必不可少的组成部分。该系统设计了一个智能纠错模块，它在网络拓扑分析过程中，不但可以有效地滤除错报的指示器信息，而且可以自动填补漏报的指示器信息。

2.4.4 GIS支撑平台

该定位系统是以地理信息系统GI S 为图形支撵平台，可以单独运行。系统的核心算法（如拓扑分析、故障查找、纠错和补漏）是采用组件技术实现的。

3 基于GPRS通信故障指示器配网自动化系统应用

2010年3月份，莆田电业局在荔城区常太镇院里线设了基于GPRS通信故障指示器配网自动化系统，共在主干线及分支线安装了9组带通讯的故障指示器和9套GPRS通讯模块（含太阳能蓄电池装置），从线路先后发生的几次事故看，该系统均能及时准确地显示线路故障的地点等，从而缩短了故障修复时间，节省了大量的人力、物力。原来线路发生故障时，一般每次都要动用10人左右、2~3辆车，少则半天、多则2~3天方能找出故障点，而现在只需2人最多半小时就可发现并将故障处理完毕。按照莆田电业局目前的情况，全部应用该系统，每年可多供电量620万千瓦时，创造经济效益310万元左右。采用基于GPRS通信故障指示器配网自动化系统，符合国际先进企业的发展要求，可使供电企业的配电管理水平和服务水平全方位、全过程的提高，是未来能够实现多方面、巨大经济效益的基础，该系统应用、推广将起到经济和社会双重效益的效果。

[1] 配网自动化系统功能规范,DL/T814-2002

[2] 配网自动化系统远方终端,DL/T721-2000

[3] 农网自动化及通信系统建设技术指导意见（试行）,2002,国家电力公司农电部 [农电2002-32号]

[4] 国家电网公司县城电网建设与改造技术导则,2003年,国家电力公司农电部

[5] 配电系统自动化规划设计导则,中国电机工程学会城市供电专业委员会

[6] 10千伏配网自动化发展规划要点,国电公司发输电运营部.