探析北斗导航系统的智能配网线路综合监测系统

卢伟 江苏保旺达软件技术有限公司

配电网的网格化、智能化水平日益引发人们的关注，北斗卫星导航系统与智能配网体系的融合主要是采用端对端的通信方式，实现对配电自动化终端的对时、通信和定位。本文重点探讨基于北斗导航系统的智能配网线路综合监测系统的设计与应用，利用线路上的故障指示器进行主站系统的故障信息反馈、主动上报和处理，并获取系统时钟同步信号，完成线路故障的同步、快速、安全定位，实现配电网在监测、保护和控制上的现代化、智能化水平。

1 智能配网线路综合监测系统概述

智能配网线路综合监测系统涵盖配网数字故障指示器、北斗通信网络和主站系统，由故障指示器、北斗卫星导航系统实现时钟同步，进行线路故障的检测、准确定位和信息反馈，全面监测和发送配网线路相间短路故障和单相接地故障的类型、位置、时间，实时监测配网线路状态。

具体功能主要体现于以下方面：(1）实时采集和显示数据。系统能够自动识别并采集负荷电流实时对地基准、对地绝缘数据，实时有效监控配电网负荷电流，为故障排查和定位提供有效依据。(2）分析数据并发现故障。系统能够进行故障快速发现和高效处理，进行故障预警和提示，并进行故障历史统计。(3）北斗卫星系统时钟校准功能。系统能够实现“即插即用”，遥测线路的正常负荷电流和故障突变电流，遥信线路安装点故障信号及开关状态量，并具有遥调传感装置参数及报警门限值的扩展功能。

2 基于北斗通信模块的数字故障指示器设计

2.1 故障指示器故障检测原理。通过故障指示器能够实时监测配网线路的电压、电流等电气量，快速准确判定配网线路故障发生区间，并进行故障预警。通常采用电流突变法进行线路短路故障的检测，进行负荷电流的自动追踪，无须整定参数，具有良好的应用效果。可以采用首半波法进行单相接地故障选线，由于不同电网暂态信号频率不尽相同，其正弦信号具有按指数衰减的特点，当故障线与非故障线的主频信号极性相反且大于非故障线时，即可以进行故障选线。还可以将其与信号注入法相结合，检测故障线路并进行实时在线修改和调整。

2.2 基于北斗卫星导航系统的故障指示器通信应用。通常采用ZigBee 协议实现数字故障指示器与远程测控数据终端间的通信，进行信息的近距离无线传输，并通过现有移动网络进行遥控遥测。同时，还可以采用北斗卫星导航系统实现远程测控数据终端与主站之间的通信，利用基于北斗卫星导航模块中的基带芯片、射频芯片、低噪放大器和功率放大器，进行配置外设和通信定位。

3 基于北斗导航系统的智能配网通信网络设计

3.1 北斗短报文通信技术的应用。每个北斗通信终端都有各自唯一的北斗卡号，由地面中心进行短报文的转发，具有极强的响应能力和通信抗干扰能力，保密性和可靠性极高，并能够实现最大程度的覆盖。然而，北斗短报文通信技术也受到数据长度的限制，导致短报文通信频度、容量、链路受限。

3.2 基于北斗短报文通信技术的动态组网方式。北斗数据中心为通信终端提供与北斗卡号相对应的代码，由数据服务中心转发并推送信息，实现各通信终端各节点的数据同步共享和服务，并能够通过通信链路实现数据转发、交互、推送服务，完成对应地址的查询、解析和寻址服务。

3.3 北斗智能配网终端监测系统的架构部署。北斗智能配网终端监测系统的物理架构包括采集层、传输层、应用层和设备层，其中：采集层主要利用采集传感单元提取线路运行数据信息，传输层进行内外网系统间的衔接和安全接入，应用层则将接收的配电网运行数据传送至设备监控单元、数据管理单元、地理信息单元，设备层则将北斗短报文传输至北斗配电终端监测平台。

3.4 北斗智能配网线路综合监测主站系统的功能模块。系统实现短报文通信信息的转发、解析和推送服务，相关功能模块主要包括有：（1）系统管理。主要实现对智能配网线路的权限管理、密码修改和安全退出等功能。（2）线路电流预警。该部分主要设定和配置线路电流的上限值和下限值，并面向系统管理员自动发出超阈值预警信息。（3）图形管理。主要进行供电区域图窗口、馈线窗口、单线图窗口之间的切换，并实现开关人工置位和用户数据信息显示。(4）数据查询。主要实现对用户数据的检索和查询管理，包括对地绝缘、电流、温度、动作、接地故障、采集器在线状态等。(5）前置通信软件。主要进行用户数据的采集、监视和数据库存储，高效准确读取并修改配置文件的相关参数，实现远程遥控和通信。（6）后台监控软件。通过图形界面显示并进行故障告警和提示，进行远程遥控和定值设置，实现用户管理和报表管理，支持多种通信。

规约和方式。

3.5 北斗智能配网线路综合监测终端的功能模块。基于北斗导航系统的智能配网线路综合监测终端模块主要涵盖以下内容：(1）北斗运营管理监控模块。主要实现指挥机管理和终端管理，完成指挥机状态监测和终端状态监测，进行信息单点下发和通播下发，并进行通信记录的查询和统计。(2）北斗GIS 展现模块。该模块主要提供基础地图信息、配电设备位置信息，将线路故障点位置信息推送至北斗智能巡检手持终端设备，并在前端显示设备显示GIS 基础地图、配网设备状态信息和配网设备拓扑结构。(3）北斗电源模块。要独立设置北斗电源模块，并进行50Ah、25Ah 两种规格电池的待机时长和光伏板容量配比计算，使之满足北斗短报文模块的功率要求。(4）生产管理系统接口。由配网状态监控接口进行配网设备状态信息的上报，由北斗智能巡检手持终端工单推送接口实现工单信息的推送。

3.6 北斗智能配网线路综合监测终端设备改造。北斗智能配网线路综合监测终端设备主要包括有：(1）北斗箱开监测终端。可以将北斗授时和定位模块设置于北斗箱开监测终端，经由北斗短报文通道上报其状态信息，包括位置、时间、箱开状态等。(2）北斗线路开关监测终端。由配电开关和环网柜智能终端设备进行配网线路远方监控、故障检测和故障隔离。由北斗数据终端进行信息的发送，包括北斗线路状态信息、故障信息和位置信息。(3）北斗线路监测终端。主要识别和判定架空线的直接接地、电阻接地、相间短路及接地故障。(4）北斗线路故障定位装置。该模块通过线路状态监测器进行线路单相接地故障状态的检测，并由北斗定位授时模块获取时间、位置信息，将其传送至主站，根据架空线路网架拓扑图的故障指示器上传信息，判定故障点的类型、位置并发出预警（。5）北斗智能巡检手持终端。该模块内置北斗通讯卡、备用电池、充电器等，与地图软件配合使用确定故障点的具体位置，快速实现故障检修和处理。

4 小结

综上所述，基于北斗导航系统的智能配网线路综合监测系统研发应用带北斗通信模块的新型数字故障指示器，基于短报文北斗通信网络技术，进行线路故障数据信息推送和转发，并通过系统主站和终端设备的总体设计和改造优化，较好地进行配网线路数据拓扑分析、计算、存储和处理，实现对智能配网线路的全面监测和管理，包括线路故障定位、线路故障区段隔离、线路非故障区段转供电等监测，有效提升系统的实际应用价值和效能。