应用GIS设备的10kV配电网自动化系统研究

广西万信工程咨询有限责任公司 陈剑

1 引言

随着电网的不断扩大，尤其是城市化的快速发展和能源消耗的不断增加，电网数据呈几何倍数形式增长，对人力资源的需求也在增加。特别是随着城市化的发展，变电站、输电线路和配电线路的交叉口和分支越来越复杂。电网拓扑分析和可靠性分析不仅保证了电网在复杂工作环境中的安全，而且保证了电网的可靠性。另外，配电网络中的装置和线路的更新换代比较迅速，因此造成了许多不同的设计方案与现实不符，会遇到突发事件。在此背景下，配电系统的运行维护与维护需要采用现代的自动控制方法。10kV等级电力系统由于规模庞大、系统结构复杂，给发展带来了许多困难。在配电网络中增设GIS，是今后配电网络发展的主要特点[1-2]。

2 配电自动化现状

随着配电自动化系统的应用和开发，国家电网从2000年开始实施测试项目。例如，在测试区域设置SCADA 系统，以测量远程控制和远程监控的基本网络信息。在目前的技术水平下，已实现了66kV以上电力系统的故障探测与绝缘。然而，在试验中，存在着许多问题，如通信流畅、系统的可靠度等。在通信上的问题是由于网络的变化，导致通信不稳，当电网的谐波很大时，通信会发生断续和混乱的代码。而换通信模式，使用专门的电缆网，会导致线路费用增高。本文对目前配电自动化应用中存在的问题进行分析，主要有几个方面的问题，一是电网设计之初缺乏前期规划管理，二是配电网自动化相关设备和系统可靠性较差，三是缺少无线通信平台支撑，四是运维管理工作的欠缺，五是忽略了信息孤岛问题。

3 配电网自动化系统结构

目前10kV 配电电网中采用的自动化系统，配电网自动化系统结构如图1所示。由图1可知，目前10kV电网配电自动化系统主要包括有几点。一是配电网自动化设备，作为构成系统的基础，这些设备存在整个电网的每个可用节点和设备中，主要作用是进行设备参数的自动获取并上传，实现对电网中各节点的控制。二是通信系统，主要作用是对各电气设备及设备控制主站之间进行信息传输与通信，与电网中各个节点均相连，串接电网数据，实现电网信息的稳定传输。三是GIS 系统，在GIS 信息的支持下，可以清晰、详细地获取配电自动化系统的信息。四是系统集成，配电网自动化的实现主要依靠众多设备、系统和技术，以此来形成综合性较强的集成系统和多重功能的实现。

图1 配电网自动化系统结构

GIS技术可以从平台上直接读出失效点的位置，并与当前使用的导航技术相配合，快速定位发生事故地点，并进行故障诊断。GIS 的基本数据是设备的地理位置，有了这些数据，通过电脑将这些数据转换成相应的数据，最终实现点、线、面和整个区域的地理数据。

4 电气设计与无线通信方式确定

4.1 配电网自动化电气构成

本文从配电网企业组成入手，对配电网的自动控制技术进行了研究，是配电网络实现自动化的基础保障。电力系统的稳定运行是实现电力系统的重要保障。本系统能够对电力系统进行自动化控制，并将工作状况的相关信息传递给电网监测系统。

4.2 配电网自动化系统中无线通信技术的选定

当前无线抄表作业中，GPRS 是常用的通信方式。功率线型通信方式的可靠性较差，传送速度较慢，GPRS 通信方式的传送速度较慢。另外，4G、5G 通信技术的不断发展，2G 中的GPRS 正在逐步被取代。所以，在无线通信方式下，需要采用高传输率的无线专用网通信方式。

5 GIS信息获取方式对比

在配电自动化中，GIS 的主要功能是确定各设备的结点位置，在事故发生时进行准确的定位和迅速的查找。所以，并不需要太高的精确度，只需要使用基础的GPS 就可以确定设备的位置，再根据GPS数据去现场检查即可。

5.1 在电力装置中安装GPS组件

GPS模块置于电气设备的设计方案如图2所示。配电网络的电力设备需要在网络上采集各种数据，经过汇总后用在网络交换与区域电力调度中心进行交流。在此方法中，GPS 模块被放置在各个电子装置上，优势是可以对各电子装置进行精确的定位，从而可以进行GPS 信号的单独采集与定位，从而达到较佳的效果。

图2 GPS模块置于电气设备的设计方案

5.2 在一个网络通信的结点中放置电力装置

电气设备置于现场通信节点中的实施方案如图3所示，在一个实时通信的结点上放置GPS 组件，可以充分地使用网络中的网络结点进行配置。本方法对多个现场通信节点和尽可能对野外的电器装置进行精确的位置测量。

图3 电气设备置于现场通信节点中的实施方案

6 基于GIS 技术的10kV 配电网自动化系统需要解决的主要问题

6.1 GIS技术在配电网自动化系统内的实现问题

配电网应用GIS 技术后，需要完成电网设备有效定位，在确定详细位置参数前提下，进行实物资产管控与保护。按照电网拓扑结构，能够高效、精确定位故障点设备情况，为后续运维提供支持。因此首先应该提出切实可行的应用方案，确保GIS 顺利实现。

6.2 通信实现问题

为满足10kV配电网通信需求，针对所有设备、GPS 等信息，需要高效发送至控制系统，确保正常交互顺利完成。

6.3 系统集成实现问题

配电网自动化、GIS 两个系统想要顺利集成，需要对电网现有管理系统进行有效衔接，譬如生产PMS、集控等系统。在不同系统互联互通的前提下，基于GIS 的10kV 配电网综合自动化系统才能够发挥作用。反之，就算系统建成，始终处于独立运行状态，系统也无法起到任何实质性作用。

7 GIS与配电网自动化系统的集成

GIS 信息作为当前配电网的辅助信息，需要满足配电网基础数据平台的要求，为配电网自动化系统提供基础数据。信息交流的内容和过程应符合几点要求。一是信息交互内容，配电网的自动控制中心系统必须创建统一的图形用户界面。控制中心系统通过信息采集总线将GIS 实时传输至配电GIS 子系统，以支持GIS 信息。二是信息交互流程，在地理位置上通信节点收集地理坐标信息，输入GIS 系统。通过逆绝缘装置后，通过安全区域I和安全区域III，然后通过前绝缘装置，最后到达主配电系统的服务器通信接口。将GIS 的单线图、地理图、架空线图转换为配电网主站的单线图模型，最终存储在DMS服务器中。

8 配电网自动化系统与集控系统的集成

8.1 集成目的

PMS生产管理系统负责配电系统设备和生产管理信息平台的信息维护。在10kV 配电网自动化系统中，必须增加通信节点和其他电子控制装置，以加强PMS 系统的维护和集成，只有PMS 生产管理系统才能输入有关设备和账户的附加信息，以确保信息源的唯一性[3-4]。

8.2 信息交互内容

信息交换的内容主要包括通过信息交换总线发送到主站系统的设备账号信息和生产管理信息。

8.3 信息交互过程

发送PMS产品信息有两种方式。一方面，采用分布式主站系统发送信息，该信息具有PMS系统的服务器通信接口，通过防隔离装置后，通过安全I区和安全III区，通过前端隔离装置到达分布式主站系统的通信服务器，生产站系统不再向PMS系统发送数据。另一种方法是PMS系统和GIS系统之间的信息交互。由于两者都处在安全区III，因此不需要隔离信息交互。

9 信息系统集成建设方案

9.1 集成目的

10kV配电网络是从变电所引出的，这一部分是配电网络的重要内容。配电网的主机必须与调度集控制中心进行数据通信，方便对变电所及其输电线的实时情况进行采集。在采集到这些信息后，在配电网中进行集成与管理，从而将整个配网的信息显示在配电网中[5]。

9.2 信息交互内容

配电系统自动化系统将配电系统自动化系统的离线模型10kV 和实时信息模型发送至配电系统主站系统，配电系统自动化系统将10kV 出线开关的操作要求发送至中央控制系统。

9.3 信息交互过程

在调度集中控制与配电网的主机均位于安全域I区域，因此在数据通信中要添加一个垂直的密码验证设备。配电主机系统通过纵向密码验证设备发送一个运行命令要求，然后到达调度集控制系统的预设服务器。本调度集控制中心将实时的信息模型数据传输给分配中心的DMS服务器，通过垂直的密码验证设备进行验证。

10 结语

基于GIS 技术的配电网自动化系统集成整合，GIS 系统需要集成到电网原有的系统中，实现信息的互补与集成，才能够充分实现GIS 系统的功能。GIS 系统与配电网自动化系统的集成，需要配电网自动化系统与生产PMS系统的集成和配电网自动化系统与集控系统的集成，形成信息交互的流程，最终可以实现安全可靠的基于GIS 系统的配电网自动化系统。