馬俊?何興昊

摘要：隨著線路故障檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備硬件技術(shù)的進(jìn)步，配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)作為簡(jiǎn)易型配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方式，以其投資小、見效快、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，成為配電自動(dòng)化建設(shè)的重要組成部分。在縣城和農(nóng)村配電線路中，應(yīng)用故障自動(dòng)定位技術(shù)成為提高故障搶修效率、縮短故障停電時(shí)間的重要手段。配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)依賴于故障“遙信”信息的及時(shí)、可靠上傳，因此故障自動(dòng)定位技術(shù)中的通信環(huán)節(jié)成為影響配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。比較和分析了在縣城和農(nóng)村配電線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)中常用的通信技術(shù)手段，并提出針對(duì)不同條件下多種通信方式相結(jié)合的故障自動(dòng)定位系統(tǒng)，做到對(duì)線路故障定位的全覆蓋，為縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)故障快速定位探索出一條有效的途徑。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；故障定位；通信方式

作者簡(jiǎn)介：馬?。?979-），男，內(nèi)蒙古五原人，天津市電

力公司城西供電分公司運(yùn)維檢修部，技師；何興昊（1970-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，天津市電力公司城西供電分公司運(yùn)維檢修部，高級(jí)工程師。（天津 300190）

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0186-02

一、配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位系統(tǒng)的必要性

隨著國(guó)內(nèi)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)的不斷推進(jìn)，縣城和農(nóng)村配電線路的負(fù)荷不斷增大，供電半徑也隨之加大，分支線路增多，使得配電線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，因此線路故障頻繁，且故障查找難度增大，導(dǎo)致線路的供電可靠性和連續(xù)性較低。停電成為影響供電可靠性的主要原因，2009年中電聯(lián)對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致的停電情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，在這些停電中，線路上發(fā)生故障導(dǎo)致的停電時(shí)間占到總停電時(shí)間的60%左右，處理故障過程中查找故障的時(shí)間占整個(gè)時(shí)間的70%～90%。[1]相比較之下，隨著城網(wǎng)線路的重點(diǎn)投資和技術(shù)升級(jí)改造，城市配電網(wǎng)線路的故障率不斷下降，其供電連續(xù)性較縣城和農(nóng)村線路有大幅提升，因此如何縮短縣城和農(nóng)村配電線路的故障查找時(shí)間、提高故障排查效率成為提高供電可靠性的重要手段。

為提高供電可靠性，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，針對(duì)不同的地域和配電網(wǎng)環(huán)境，提出了不同的配電自動(dòng)化建設(shè)指導(dǎo)方案。在覆蓋范圍廣、線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)中，簡(jiǎn)易型配電自動(dòng)化方案，[2]即通過故障定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速定位故障并確定搶修方式成為配電網(wǎng)建設(shè)的主要目標(biāo)。配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位系統(tǒng)的可靠實(shí)現(xiàn)與通信環(huán)節(jié)密不可分。在縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)線路中，因其線路分支多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所覆蓋地區(qū)范圍廣、地形復(fù)雜，通信系統(tǒng)的建設(shè)難度較大。速度快、可靠性高的光纖、電話線等有線物理介質(zhì)通信方式無法大面積推廣實(shí)施，無線通信以其靈活性、低成本等優(yōu)點(diǎn)成為主流的通信方式，在配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

二、配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位系統(tǒng)的通信方式

1.10kV故障定位系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

如圖1所示，典型的故障定位系統(tǒng)主要由：加裝在10kV線路上的站端檢測(cè)裝置、通信系統(tǒng)、監(jiān)控主站系統(tǒng)三部分組成。站端檢測(cè)裝置包括線路故障檢測(cè)裝置（FI）和數(shù)據(jù)采集傳輸裝置（DT）。

線路故障檢測(cè)裝置一般安裝在配電線路的分支處的主干和分支線上。當(dāng)線路發(fā)生短路或單相接地故障時(shí)，線路故障檢測(cè)裝置會(huì)向附近的數(shù)據(jù)采集傳輸裝置發(fā)送不同的編碼信息，從而區(qū)分開這兩種故障。數(shù)據(jù)采集傳輸裝置一般也安裝在線路的分支處，接收線路故障檢測(cè)裝置發(fā)送的動(dòng)作信息，并通過通信系統(tǒng)將故障信息發(fā)送給監(jiān)控主站系統(tǒng)。

2.通信方式分析

（1）電力線載波通信。電力線載波通信（PLC）技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)的二十年代初期，它以電力線作為傳輸媒體，利用載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)變成高頻信號(hào)，通過電力線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。它具有傳輸距離遠(yuǎn)、通道可靠性高、安全保密性好、投資少見效快、與電網(wǎng)建設(shè)同步等優(yōu)點(diǎn)，早已成為電力系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的通信方式。它主要用于電網(wǎng)調(diào)度通信、復(fù)用遠(yuǎn)動(dòng)、高頻保護(hù)和遠(yuǎn)方跳閘信號(hào)等。[3]然而，電力載波通信在載波頻率使用、設(shè)備技術(shù)、維護(hù)技術(shù)等方面存在技術(shù)限制或缺陷，使得電力載波通信的應(yīng)用范圍受到了很大限制。比如載波頻率使用問題，我國(guó)電力線載波頻率使用范圍為40～500KHz，載波頻帶帶寬為4KHz，在整個(gè)載波頻率范圍內(nèi)只能不重復(fù)安排57套載波機(jī)，而在配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)中所需載波機(jī)數(shù)量要遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)目。[3]

就配電網(wǎng)而言，一方面，由于配電網(wǎng)運(yùn)行方式靈活、用戶負(fù)荷投切存在隨機(jī)性等造成線路阻抗不穩(wěn)定；另一方面，縣城和農(nóng)村配電線路分支、“T”型結(jié)構(gòu)過多，信號(hào)在接入同一條母線的線路上會(huì)嚴(yán)重衰減。因此，中壓載波通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用一直以來都受到傳輸衰減、噪聲干擾及復(fù)雜時(shí)變特性等諸多關(guān)鍵技術(shù)難題的困擾，目前無法在縣城和農(nóng)村配電線路中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

（2）光纖通信。光纖通信是以光波作為信息載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的通信方式。目前光纖通信在電力系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成熟，主要有光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)兩種通信方式。光纖通信主要特點(diǎn)是頻帶極寬、通信容量大；損耗低、中繼距離長(zhǎng)；速率高、穩(wěn)定性好；抗干擾能力強(qiáng)、無串音干擾、保密性好；溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。然而，光纖通信也存在一些缺點(diǎn)，如一次性建設(shè)投資大，架設(shè)比較困難，一旦發(fā)生故障，修復(fù)工藝要求高，維護(hù)費(fèi)用高。

對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)成熟的城市電網(wǎng)和縣城電網(wǎng)可選擇光纖通信方式；對(duì)于具備光纖通信網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，為充分利用現(xiàn)有資源，故障指示器的動(dòng)作信息可通過附近的站端設(shè)備（FTU、TTU或DTU）的光纖通信系統(tǒng)上傳至主站系統(tǒng)。故障指示器信息作為站端設(shè)備的遙信量上傳至配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)中，其原理如圖2如所示。

（3）無線GPRS/CDMA通信。GPRS是通過在現(xiàn)有GSM（全球移動(dòng)通信）網(wǎng)絡(luò)中增加GGSN（網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）和SGSN（服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）來實(shí)現(xiàn)的，是GSM網(wǎng)絡(luò)的演變形式，是在演變進(jìn)程中推出的一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)，將移動(dòng)通信技術(shù)與IP技術(shù)有機(jī)結(jié)合，組成了移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)。[4]GPRS具有一下特點(diǎn)：分組交換技術(shù)，適合突發(fā)、頻繁、間斷、少量數(shù)據(jù)傳送，也適于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸；傳輸率高且可靠；網(wǎng)絡(luò)資源利用率高；經(jīng)濟(jì)性好；網(wǎng)絡(luò)接入速度快等。配電網(wǎng)通信系統(tǒng)采用GPRS方式，可以節(jié)約通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用，只需在配電設(shè)備中加裝GPRS通信模塊即可。GPRS通信方式具有投資少、易于安裝、建設(shè)周期短、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，能很好地完成配電數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。

配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)少、設(shè)備覆蓋范圍廣，因此無線GPRS/CDMA通信成為當(dāng)前最主要的通信方式，在縣城和農(nóng)村配電線路上得到了廣泛的應(yīng)用。

（4）遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)接力技術(shù)。在縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)中，尤其是農(nóng)村配電網(wǎng)線路上，采用光纖通信時(shí)光纖的走徑也很難選擇，而且成本較高。很多設(shè)備處于通信信號(hào)盲區(qū)或通信信號(hào)較弱，采用GPRS通信時(shí)無法將數(shù)據(jù)傳輸至目標(biāo)主站。為保證故障指示器的動(dòng)作信息及時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控主站系統(tǒng)，減少故障排查時(shí)間，可采用遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)接力技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障指示器動(dòng)作信息的遠(yuǎn)程傳輸。

無線數(shù)據(jù)接力裝置安裝在信號(hào)盲區(qū)上的線路上，接收到故障指示器的動(dòng)作信息后，將動(dòng)作信息發(fā)送給下一級(jí)無線數(shù)據(jù)接力裝置。通過逐級(jí)接力傳輸，故障指示器的動(dòng)作信息被轉(zhuǎn)發(fā)至具備無線GPRS通信地區(qū)，從而將動(dòng)作信息上傳至監(jiān)控主站系統(tǒng)。

無線接力轉(zhuǎn)發(fā)站可分三個(gè)部分：遠(yuǎn)距離無線通信轉(zhuǎn)發(fā)站、遠(yuǎn)距離無線通信中繼站和遠(yuǎn)距離無線通信至GPRS/GSM中轉(zhuǎn)站。

遠(yuǎn)距離無線通信轉(zhuǎn)發(fā)站可以接收故障指示器發(fā)出來的故障數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在任務(wù)堆棧列表，等待取得無線通道使用權(quán)后，按照設(shè)定通訊地址傳輸數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)距離無線通信中繼站在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)工作方式與長(zhǎng)距離通信轉(zhuǎn)發(fā)站類似，但是不接收故障指示器數(shù)據(jù)，只是用來接力故障數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)距離無線通信至GPRS/CDMA通信裝置是無線接力的終端，負(fù)責(zé)將收到的故障數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控主站。此裝置一般安裝在移動(dòng)信號(hào)較好的地方。這樣，通過無線接力的方式，將移動(dòng)GPRS信號(hào)盲區(qū)或不穩(wěn)定地區(qū)的故障信息，接力到移動(dòng)信號(hào)強(qiáng)的地方，達(dá)到故障數(shù)據(jù)有效上傳的目的。

遠(yuǎn)距離無線接力轉(zhuǎn)發(fā)站工作原理如圖3所示。

遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)作為無線GPRS/CDMA通信方式的延伸，擴(kuò)大了故障定位的范圍，尤其是為偏遠(yuǎn)、落后地區(qū)的配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)提供了可靠的技術(shù)手段。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)配電網(wǎng)故障定位技術(shù)的通信方式進(jìn)行了比較和分析，同時(shí)根據(jù)縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)的不同環(huán)境對(duì)故障指示器的接入方式進(jìn)行了介紹。

每種通信手段都有其適用的范圍和環(huán)境。配電通信設(shè)備工作環(huán)境惡劣，設(shè)備分布范圍廣、數(shù)量多，結(jié)合縣城和農(nóng)村配電線路通信系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性、可擴(kuò)展性、設(shè)備狀態(tài)自身監(jiān)控性及建設(shè)費(fèi)用等多方面的因素，因此，縣城和農(nóng)村配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)的實(shí)施需因地制宜選擇合適的通信方式，才能適應(yīng)我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向，使其發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。

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[4]戴新文.配電網(wǎng)自動(dòng)化通信方式的比較[J].供用電，2007，24（1）.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）