基于GPRS的10kV智能真空断路器在县级配电网中的应用

宋世兵

【摘 要】配网自动化是电力系统自动化系统的关键技术之一，本文详细分析了基于GPRS的10kV智能真空断路器的组成，原理，及软硬件技术框架，并结合四川省射洪县农村电网10kV线路加装智能真空断路器的试点成果，证明10kV智能真空断路器是实现农村配网自动化的关键设备；而GPRS通信技术由于其经济性和可靠性，特别适合应用在电力系统通信网络中，二者的结合更有助于配网自动化真正地实现远程遥控，遥测，遥信，遥调。

【关键词】配电网自动化 GPRS 10kV智能真空断路器 组网方案

1 引言

配网自动化就是应用计算机、自动控制、电子技术、通信技术以及先进的配电设备等技术手段，对配电网进行在线与离线的智能化管理，使配网处于安全、可靠、经济、优质、高效的运行状态。配电网自动化是电力系统现代化发展的必然趋势，其核心是实现配网线路故障的快速定位、隔离和恢复供电，提高配网运行管理水平，提高用户供电可靠性，而智能真空断路器正是实现这一目标的重要设备。

基于GPRS的10kV智能真空断路器是在传统真空断路器的基础上，采用最新的计算机和通信技术设计开发而成，能够实现配电电网的实时监控，故障自动定位，自动隔离，自动保护。

GPRS网络具有成本低廉，应用广泛，稳定可靠的优点，是智能真空断路器的首选通信网络。

2 10kV智能真空断路器监控系统介绍

智能真空断路器监控系统主要由三部分组成：10kV真空断路器，GPRS智能控制器，后台主站软件系统，其核心是GPRS智能控制器和后台主站软件系统。

2.1 10kV真空断路器

真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。

2.2 GPRS智能控制器

控制器实时监控真空断路器开关送过来的输入模拟量通，共有四个，A相电流、C相电流、零序电流、BC相间电压。控制器通过实时监测上述模拟量的值并与定值比较，从而快速发现线路异常，并做相应的处理。

控制器的主要功能如下图1所示。

2.2.1 交流信号采集模块

本模块主要由互感器分别将真空断路器的220V 交流电压和电流转换成小电压和小电流，提供给数据转换模块。

2.2.2 数据转换模块

本模块把采样模块送过来的模拟信号转换成数据信号存在存储器模块里面。

2.2.3 主控处理器模块

主控处理器模块是控制器最主要的模块，其功能如下：

（1）从信号处理模块的存储器里读出三相电路和电压所需要的参数，比与预设定值模块得到的数据比较，并且根据不同的情况控制输出模块来开合智能真空断路器。

（2）主控处理器通过两个红外接口接收遥控开关和PDA的命令，并根据命令控制输出模块来开合智能真空断路器。

（3）主控处理器可以从RS232模块接口接收配置数据，特别是GPRS模块通信所需的配置数据。

（4）主控处理器通过GPRS模块接收服务器软件发出的命令，同时通过GPRS模块上报实时的信息。

控制器通过与真空断路器的交互以及GPRS通信功能，实现了遥信、遥测、遥控、遥调等四遥功能：收集真空断路器的开合状态和储能状态，定期通过GPRS网络传递给远程的后台服务器并存入数据库，后台客户端软件实时访问数据库将开合状态和储能状态显示给操作人员实现遥信；控制器收集真空断路器的AC相电压、AC相电流和零序电流数值，定期通过GPRS网络传递给远程的后台服务器并存入数据库，后台客户端软件实时访问数据库将电压和电流值显示给操作人员实现遥测；有权限的操作人员在后台上可以对远端的真空断路器实施分合操作，分合命令通过GPRS网络传递给控制器，控制器实时对真空断路器下达分合命令实现遥控；定值专员根据线路需求在后台上设定各真空断路器的定值，并通过GPRS网络传递给控制器，控制器实时更新真空断路器的定制实现遥调。

2.3 后台主站软件系统

后台软件分为客户端和服务器端，在一个系统中，允许有一个服务器端和多个客户端。所有的软件都基于标准的windows平台，采用面向对象开发技术，标准的TCP/IP通信协议栈和标准的SQL SERVER数据库开发。服务器端的软件运行在服务器上，也可以运行在配置较高的PC上。客户端软件运行在PC机上。客户端PC和服务器通过内部以太网连接，服务器通过防火墙连接到移动GPRS公网上与智能真空断路器通信。

3 GPRS介绍

GPRS是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是利用“包交换”（Packet-Switched）的概念所发展出的一套无线传输方式。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。它提供端到端的、广域的无线IP连接。

GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可觀。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。

智能真空断路器与服务器通过GPRS的数据传输有两种方式。一种是服务器通过移动公司专线有线方式或是GPRS Modem 无线方式接入GPRS 网络，实现服务器与智能真空断路器之间的GPRS 网内数据传输；另一种是由服务器通过固定IP或者动态IP的方式接入Internet 网络，由于中国移动GPRS网络通过CMNet网关与Internet网络互连，这样每个智能真空断路器也可以接入Internet网络，实现双方之间的数据通信。本系统采用第二种方式。

4 基于GPRS的智能真空断路器监控系统在县级配网中的应用实例

以射洪县明珠电力公司农村配网10kV线路智能真空断路器监控系统的实现方案举例说明。

射洪县属丘陵农业大县，有60条10kV配网线路分布在广大农村地区。射洪县目前的配电网相比以前已经有了很大的发展，但是仍然比较薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线，可靠性差，尤其在农村，送电距离太长，损耗严重，电压质量差。配电设备比较陈旧，大多是不可遥控的。配电网运行状态监测设备少，信息传输通道缺乏，因而信息搜集量少，这些导致事故处理自动化程度低，处理时间长，事故后恢复供电慢。特别是以自然延伸辐射型为主的架空馈线，主干线上带有多条分支线，分支线再延伸出多条小分支线，线路结构复杂，而且分支线上的每一次永久或瞬时故障均会引起全条馈线停电，影响范围较大。

通过基于GPRS的10kV智能真空断路器监控系统在各条线路的逐步使用，配网性能得到了明显的改善，取得了良好的社会效益和经济效益。其GPRS组网方案，如下图2所示。

所有10kV线路上的分段、分支真空断路器的GPRS智能控制器（FTU）接入移动GPRS公网，并得到一个由移动公网分配的动态IP地址。同时县调度中心的服務器通过移动专线经过专用防火墙接入GPRS骨干网，分配一个固定的公网IP地址，并把这个服务器固定IP地址配置给各个FTU控制器终端，建立起了服务器和FTU之间基于公网IP的通信通道。后期系统也可以直接接入基于GPRS的配电终端（TTU）和开闭所终端（DTU），而无需任何额外的网络建设和后台主站软件系统；同时射洪县明珠电力公司调度中心的营销、调度等客户端通过电力局域内网连接到服务器，可以实时监控各条配网线路的运行状态。位于服务器上的后台主站软件系统实现了与地理信息系统GIS的接口，可以将分布在全县各处的智能真空断路器通过GPRS返回来的各条线路的运行状态动态的显示在地图上，从而一目了然的掌握整个配网线路的运行状况。而辖区各个供电所的客户端也同样通过电力内网接入县中心服务器，负责各自责任范围内各条线路的开合控制及其他管理。分级和分区域的账户权限设置，实现县调度中心的统一管理以及各供电所责任人的灵活控制，实现了集中式的数据管理和分布式的监控，大大提高了数据的安全性和管理的可控性。

5 基于GPRS的10kV智能真空断路器监控系统实施后的经济效益

具有GPRS远程通讯功能的智能断路器监控系统投入使用后，极大的方便各条10kV馈线的监控和管理，将会产生可观的经济效益。

5.1 节约了大量的人力维护成本

除了对线路的定期巡视以外，所有的日常操作和控制直接由主站系统的客户端远程实现。发生故障时，自动隔离故障分支线路，不再需要投入大量的人力通过传统的人工拉网方式做故障寻找定位。调度中心可以通过GPRS远程控制断路器的分、合，快速有效的完成调度，不需要人到现场操作。

5.2 减少了停电时间和频率，缩小了停电范围

通过故障的自动隔离，可以有效的减少停电范围和时间，提高了用户满意度的同时也减少了因停电导致的售电损失；通过GPRS传回的各条线路的实时运行数据，可以提前发现异常并处理，从而减少停电的频率；通过对历史数据的分析比较，可以实现线路的优化，减少线损，提高经济效益。

5.3 打下了配网自动化的基础

本系统通过和调配一体化系统无缝对接，可以完全满足配网自动化的需求，不需要任何额外的投资。同时系统也可以接入配电变压器终端（TTU），开闭所和环网柜终端（DTU）以及智能漏保等设备，纳入后台统一管理，而无需新建管理系统，为以后的扩展节约了大量资金。

6 结语

基于GPRS的智能真空断路器及监控系统在射洪农村配网的成功使用证明，智能真空断路器是配网自动化的关键和可靠的设备，是实现配网自动化的基础，益与推广。在今后的应用中，主要加强两方面的改进：一是根据需要整合扩展后台软件的功能；二是为了提高通信的可靠性，在一些重要的节点站中采用光纤通信，在比较偏远的节点则采用GPRS通信，这样，就能更好的利用GPRS通信的优点，避免它的缺点，以更好的平衡电力通信系统的可靠性和经济性，以实现效益的最大化。

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