10kV柱上开关监控系统的研究

胡诗泉

摘要：在10kV配电线路运行过程中，对柱上开关的实时监控非常重要。本文从实际应用出发，介绍了10kV柱上开关监控系统的结构特点，选择了合适的通信模式，分析了监控中心主站系统的功能，并阐述了系统的软件设计方法。该系统安全可靠，实现了对柱上开关实时、准确的监控。

关键词：柱上开关；故障排查；监控系统

引言

随着城市化建设的不断发展，电网规模逐渐扩大，对电网架设的要求逐渐提高。10kV配電线路越来越复杂，涉及到的分段和联络点越来越多，因此，配电柱上开关的数量也不断增多，为相应操作和管理带来了新的难度。当配电线路负荷过高出现故障时，开关会感应故障并自动跳闸，严重影响供电实时性和安全性[1]。传统配电网络对开关状态没有很好的监视，当出现故障时，配电中心往往并不知道，通常是用户反应之后才开始检修。由于配电线路比较复杂，检修人员并不清楚故障点的准确位置，只能靠经验逐级排查，增加了工作的难度，效率较低，而且还不能及时解决用户的问题。因此，对10kV配电线路柱上开关进行实时监控非常有必要，当出现跳闸时，监控中心会在第一时间发现问题，并检测出故障点的准确位置[2]，报告给检修人员，不仅减小了检修人员的工作量，提高了工作效率，还避免了长时间、大面积停电的可能性，具有非常大的实用价值。

本文从实际应用出发，介绍了10kV柱上开关监控系统的结构组成，选择了实用性较高的系统通信方式，分析了监控中心主站系统的功能，并阐述了系统的软件设计方法。

1. 系统结构组成

此开关监控系统由两个模块组成，第一部分为电力线载波通讯模块，其中核心为载波集中器，负责采集、处理并存储用电信息。该模块还包括远程终端控制系统（Remote Terminal Unit， RTU），不仅可用来监视和测量现场状态，还能接收计算机中心发来的命令，实现对设备仪器的直接控制。第二部分为集中器到计算机中心系统管理模块，该模块包括电力线信号传输部分、信号采集部分、互联网信息传输部分和配电信息监控软件四部分。该系统设计终端设备和Internet之间采用电力线连接，实现了与具有上网功能的客户前置机之间的互相通信。系统结构组成如图1所示。

1.1 监控终端设备介绍

选用RS5011G型监控终端设备，该监控装置集成了数据通信、过程IO控制和模拟信号采集三项功能。可以实时监控配电网柱上开关两侧的供电状态，收集电压信号；具有完善的无线通信模块，可以实现掉线自动重新连接；采用双电源终端设计，具有独立供电功能，保证终端不掉电；存储量大，支持自动采样和数据查询；内设工业继电器，可以实现远程控制，当出现故障时可完成自动排障，减少了抢修人员的工作量。该监控设备可以通过RS485/RS232接口实现数据传输，因此，可以直接和电表、电压检测设备以及配电检测仪等连接，对现场开关工作状态实现远程监控功能。在电力线路发生故障，开关跳闸后，RS5011G监控设备会在第一时间将开关状态发送到计算机管理中心，完成故障报警，如果有要求，还可以将故障信息发送到相应负责检修人员的手机上。RS5011G监控终端集采集、传输、控制功能于一体，硬件结构简单，可靠性高，实用性强，是目前应用最广泛的终端设备。

1.2 系统通信方式选择

1.2.1 GSM/GPRS、CDMA无线通信方式

随着国家经济的发展，国内关于该系统通讯方式的研究越来越多，张子红[3]等研究了基于GPRS的电网远程检测系统，实现了设备温度以及泄漏电流的实时监控与显示，取得了良好的成果。虽然相关研究均取得了良好的成果，但是由于电网系统规模庞大，配电网柱上开关的数量众多，使用该种传输方式在实际应用中的成本非常高，一般企业负担不起，一定程度上限制了该通讯模式的应用。

1.2.2串行通信总线

串行通信总线在诸多领域都有广泛的应用，尤其是RS-232、RS-485总线，技术相对成熟，传输速率较高，在智能远程抄表系统中的应用很成功。但是配电网柱上开关分布非常广，数量也非常多，仅采用此种通信方式难以完成实时、准确的通信。

1.2.3低压电力线载波PLC

从实际应用出发，本设计采用低压电力线载波PLC，并结合数据传输速率较高的RS-232/RS-485方式，作为开关监控系统的通信方式。并且RS5011G型监控终端可以采用RS-232/RS-485方式作为数据接口，因此，此种通信方式的可行性较高。当然，采用此种通信方式也存在相应的缺陷，例如噪声大、衰减严重等，而且在不同的应用场合，通信效果也不尽相同。所以，必须采用高技术含量的调制解调器，只有这样才能实现电力线载波的可靠通信。

2. 监控中心主站系统

主站相当于监控系统的大脑，支配着整个监控系统的运行。不仅可以对配电线路柱上开关的状态进行实时的监控，还可以发送命令，对开关故障进行自动维修。如果故障无法完成自动维修，主站系统收到信号后，会将故障情况和故障位置以短信的形式发送到检修人员手机，第一时间通知检修人员进行维修。

主站系统可以实现以下功能。可以和第三方系统进行相互通信，实时获取断电信息及警告信息；配有声光报警器，当发现开关发生故障时，第一时间通知相关管理部门和人员；可以同时监控多个柱上开关的状态，能提供实时监控数据；可控制单个开关的开闭状态，便于维修和管理；具有大存储单元，可进行历史数据查询；存储数据可以输出并形成报表，方便阅读和管理。

3. 系统软件设计

系统软件主要用于和各监控端建立连接，负责接收、存储和管理RTU终端的信息。此时，需要固定系统服务器的IP地址，并建立在最常用的Windows操作系统之上。系统软件设计包含三部分，第一部分为通信互联，实现同RTU终端的通信；第二部分为显示获取的数据并进行管理；第三部分为发送并执行命令。本系统采用多线程技术，避免了子线程之间的相互影响，又保证了主线程的通畅性。

4. 结束语

随着电网规模的不断扩大，10kV配电线路的开关设置越来越复杂，对开关状态的实时监控可以保证配电的安全性。本文从实际应用出发，详细介绍了10kV柱上开关监控系统的结构组成，选择了合适的通信方式，分析了监控中心主站系统的功能，并阐述了系统的软件设计方法。该系统可行性高，安全可靠，可以对配电线路柱上开关进行实时、准确的监控。

参考文献：

[1]陈伟凡，陈晓亮，高伟. 变电站10kV开关柜运行环境监控系统设计[J]. 电气技术，2016，（09）：83-87+97.

[2]蒋冰华，杨超，杨雨. 基于Android的10kV真空开关状态监测系统的设计[J]. 中国仪器仪表，2016，（06）：60-64.

[3]张子红，秦淑香，冯进玫，周连臣. 基于ZigBee技术和GPRS的高压电网设备远程在线监测系统[J]. 黑龙江电力，2016，（02）：155-160.endprint