基于 GPRS 通信的 10 kV 配电网监控系统建设及应用

余 长 水， 秦 如 意

（1.宁波电业局， 浙江 宁波 315010； 2.镇海供电局， 浙江 宁波 315200）

基于 GPRS 通信的 10 kV 配电网监控系统建设及应用

余 长 水1， 秦 如 意2

（1.宁波电业局， 浙江 宁波 315010； 2.镇海供电局， 浙江 宁波 315200）

介绍了采用 GPRS 无线网络的 10 kV 配电网监控系统建设和应用情况， 该系统可实现配电线路高压开关（负荷）设备遥控操作、 电气量相关数据及异常情况的自动报警等功能。系统安全性高、 经济可靠，提高了工作效率及供电的可靠性，有益于配电网络的智能化建设。

10 kV 配电网； 高压开关； GPRS； 监控系统

目前，10 kV 配电系统应用的户外高压开关（负荷）设备基本为手动， 操作时间长、 劳动强度大、管理难度高，由于其本体的质量问题或在恶劣的气候环境下，操作时存在着一定的危险。针对此现状，有些变电站采用红外线或高频无线电密码技术就地遥控高压开关，但该办法控制距离仅在百米之内，且仅限于高压开关单一的分、合闸功能操作；有些地方用电力载波或用自设电台的专用频率远程遥控高压开关，但因外界干扰多，维护工作量大，实际运行可靠性较低。近几年来正在试验推广的布设光缆传输网络、配置馈线自动化远程终端控制器等 10 kV 配电自动化工程，由于投入资金大、建设周期长、存在问题多而进退维谷。

本 文 探 讨 基 于 通用 分 组 无 线 业 务 （General Packet Radio Service，GPRS）通 信的 10 kV 配 电网远程监控系统的建设运行，以期解决此类生产运行问题， 提高 10 kV 配电网络智能化程度。

1 配电网监控系统介绍

1．1 监控系统结构

基于 GPRS 通信的 10 kV 配电网监控系统由配变管理主站、 监控终端、 GPRS 通道组成， 可实现终端电气设备的遥测、遥控及电气量的数据采集，系统结构见图1。

1．2 GPRS 专用通道及收发装置

在成熟的 GPRS公网中用防火墙、 隔离栏等措施开辟专用接入（Access Point Name， APN） 通道， 传递 10 kV 配电系统高压开关控制信息。 理论上只要存在移动信号即可实现遥控信息传送。GPRS 信息远程收发装置设有各个执行终端 （高压开关）的特定串口和 ID 号， 并分配一个动态的IP 地址， 与有固定 IP 地址的控制终端进行信息定向交换， 且具有可靠的防误、 防干扰功能。 GPRS网络数据传输容量大，能够满足实时通信要求，可以将执行终端的实时数据（开闭状态、电压、电流、功率因素等）即时返回到控制终端，通过开闭状态指示和电气量的对照，可以准确判断现场执行终端（高压开关）的实际状态。

图1 监控系统结构

1.3 执行终端

执行终端设有单片机、程序存储器、数据存储器、 通信模块、 A/D 转换模块、 通信口和开关控制器，其组成见图2。执行终端的工作电源采用电压变换器加直流蓄电池的供电模式。电压变换器利用电容、 电感谐振原理， 从 10 kV 高压侧直接获取稳定的直流电源为直流蓄电池充电，作为各类 10 kV 高压开关（负荷）设备的工作电源。 在无外界电源的状态下也能工作 72 h， 可靠性高。 电压变换器作为电气量测量装置，还可获取执行终端处的电压、电流等电气量。

通信硬件设施用总线方式，所有数据交换以通信板 CPU 为核心， 通信板 CPU 负责保持通信畅通，接收及解析控制中心命令，执行动作命令，转发AD采样板的数据等。

图2 执行终端框图

开关控制器位于高压开关和 CPU 模块之间，对高压开关实时控制，并可查询高压开关状态。其上有分合信号的输入口和执行后高压开关分合的状态信号输出口，还包括驱动高压开关开合的传动结构，见图3。

图3 执行终端和开关控制器接口

1.4 管理控制系统

后台软件系统在 Windows Server与 SQLServer平台下开发， 系统控制操作界面开关群体与实际状态一致，直观、 形象。比如：图4为配电网络接线简图，是一个两条手拉手单环网供电的简单网络。该接线图和生产中常用的单线图和网络图一致，清晰明了。在开关上单击鼠标右键，出现“控制菜单”， 即可进行相关操作， 使用直观方便。同理可以扩展到多条线路的复杂供电网络。

图4 配电网络接线

系统控制软件的控制程序严谨有序，执行流程见图5。 可以实现现场执行终端 “拒动、 擅动、跳闸、缺相、脱网”等异常情况的自动报警等功能，还具有电气量数据存储功能，可生成日报表、月报表。

图5 控制程序执行流程图

2 配电网远程监控系统建设

2.1 签订协议

与移动通信公司签订 GPRS 通道租用协议，建立专用的 APN 通道和接入光缆通道。鉴于信息安全考虑，信息传输可纳入网、省电网公司统一的网络管理。

2．2 方案设计

研发单位根据使用单位挂网线路的实际情况，设计出监控系统的整体方案及配套的控制软件，控制软件应具有可扩展性。

2．3 安装和调试

在供电所内建立专用监控室 （覆盖范围较大时可以建在调度室）。在相关 10 kV 配电线路高压开关（负荷）上安装调试， 并对其技术指标和要求进行测试和验证，对存在的问题进行必要的修正和完善。

2.4 培训管理

组织监控系统操作人员培训，熟悉系统运行和控制程序执行流程。结合电力生产实际制定相应安全操作规程，电气操作符合相关要求，保证系统的安全可靠。

2．5 建立运行档案

组织专家对系统实际建设情况进行评审、总结和验收，并在实际挂网运行中根据技术指标及要求进行全面验证，建立详细的运行档案，为系统日后的改造和升级打下基础。

3 经验与建议

3.1 安全性

遥控高压开关本体采用可遥控组合式真空断路器。该断路器外壳具有极好的密封性，电气部分防潮抗腐蚀能力较强。通信回路采用工业级电子元器件，具有防电磁干扰措施及良好的抗高温老化、低温冷冻、强烈振动的能力。通信系统采用专用 APN 通道、 终端 IP 地址绑定和电子看门狗相结合等特殊安全措施。控制系统有严格的用户口令验证，实施合、分闸操作时必须有两人同时工作，一人操作，一人监护，控制操作程序符合电力系统相关规定的要求，确保远程遥控高压开关（负荷）本体及控制系统软硬件的安全。

3.2 经济性和可靠性

远程遥控高压开关（负荷）及控制系统投资省、见效快、功能较完备、操作简单，运行稳定。监控系统的信息传输利用移动通信的 GPRS 网络， 节省了大量的光缆网络建设资金。宁波某供电局2008 年 7 月建设投运了一套由 10 台开关组成的远程遥控高压开关（负荷）控制系统，投资约 60万元，其中变电所出线开关2台，线路分段开关5台，线路分支开关3台，线路联络开关1台。系统投运1年多来，应用遥控功能共进行了正常停送电操作 7台次，季度校验停送电操作 40次，动作正确率 100%， 开关误动率 0%， 电气量采集正确率 100%， 系统通信在线率 99.5%（受移动公司基站维修影响， 未达 100%）， 系统总体可靠性较高。

3.3 高效性

通过监控系统，高压开关的合分闸操作只需按系统提示操作即可完成，无需到开关现场登杆操作，缩短了开关设备停复役操作时间，工作效率明显提高，同时消除了操作中恶劣天气和设备故障的影响。宁波某供电局针对该系统制定了严格的管理办法和操作流程，编制了相应的倒闸操作票， 按照《安规》要求根据开关分合指示和电气量判断操作结果。经测算，单次柱上高压开关分合操作时间由原来的平均 25min（路上来回时间按 20min 计）缩短到 2min， 工作效率大大提高。

3.4 易操作性

监控系统图示形象、清晰简明，功能完备、操作简单，控制程序易懂易学，控制人员稍加培训即能正确掌握。整个控制网络和开关群体，从提供设计方案到安装、调试、投运，一个月内即可完成，建设周期短，有利于全面推广。

3．5 可扩展性

结合配网地理信息系统（GIS）和配网调度， 该系统的应用可进一步扩展。利用配网地理信息系统（GIS）的配网接线图，实现资源共享和系统整合；根据配网调度的发展趋势和要求，可将配网调度工作与 10 kV 配网远程监控相结合， 实现配网的数字化和智能化管理。

4 结语

本文介绍了基于 GPRS 的配电网远程监控系统的建设和运行情况，总结了相关经验，提出合理化建议，以供借鉴参考。

作者简历： 余长水（1964-）， 男， 浙江宁波人， 高级工程师，多年从事输、配电技术管理工作。

秦如意 （1981-）， 男， 工程师， 湖北襄樊人， 从事配电技术管理工作。

（本文编辑：李文娟）

Construction and Application of 10 kV Distribution M onitoring System Based on GPRS

YU Chang-shui1， QIN Ru-yi2
（1.Ningbo Electric Power Bureau,Ningbo Zhejiang 315010， China；2.Zhenhai Electric Power Bureau,Ningbo Zhejiang 315200， China）

The construction and application of the 10 kV distribution monitoring system based on the GPRS mobile communication was introduced.The remote operation of the high voltage switches of the 10 kV distribution and the automatic alarm of relative parameters or abnormal conditionswere available.This system has high availability and security.It can reduce the labor intensity and enhance the service reliability,which is in favor of the intelligent distribution construction.

10 kV distribution；high voltage switch；GPRS； monitoring system

TM764 ∶TN929.5

： B

：1007-1881（2010）04-0013-03

2009-08-04