探析北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

盧偉 江蘇保旺達(dá)軟件技術(shù)有限公司

配電網(wǎng)的網(wǎng)格化、智能化水平日益引發(fā)人們的關(guān)注，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與智能配網(wǎng)體系的融合主要是采用端對(duì)端的通信方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電自動(dòng)化終端的對(duì)時(shí)、通信和定位。本文重點(diǎn)探討基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，利用線路上的故障指示器進(jìn)行主站系統(tǒng)的故障信息反饋、主動(dòng)上報(bào)和處理，并獲取系統(tǒng)時(shí)鐘同步信號(hào)，完成線路故障的同步、快速、安全定位，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)在監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控制上的現(xiàn)代化、智能化水平。

1 智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涵蓋配網(wǎng)數(shù)字故障指示器、北斗通信網(wǎng)絡(luò)和主站系統(tǒng)，由故障指示器、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，進(jìn)行線路故障的檢測(cè)、準(zhǔn)確定位和信息反饋，全面監(jiān)測(cè)和發(fā)送配網(wǎng)線路相間短路故障和單相接地故障的類型、位置、時(shí)間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配網(wǎng)線路狀態(tài)。

具體功能主要體現(xiàn)于以下方面：(1）實(shí)時(shí)采集和顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別并采集負(fù)荷電流實(shí)時(shí)對(duì)地基準(zhǔn)、對(duì)地絕緣數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)有效監(jiān)控配電網(wǎng)負(fù)荷電流，為故障排查和定位提供有效依據(jù)。(2）分析數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)故障。系統(tǒng)能夠進(jìn)行故障快速發(fā)現(xiàn)和高效處理，進(jìn)行故障預(yù)警和提示，并進(jìn)行故障歷史統(tǒng)計(jì)。(3）北斗衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)鐘校準(zhǔn)功能。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“即插即用”，遙測(cè)線路的正常負(fù)荷電流和故障突變電流，遙信線路安裝點(diǎn)故障信號(hào)及開關(guān)狀態(tài)量，并具有遙調(diào)傳感裝置參數(shù)及報(bào)警門限值的擴(kuò)展功能。

2 基于北斗通信模塊的數(shù)字故障指示器設(shè)計(jì)

2.1 故障指示器故障檢測(cè)原理。通過(guò)故障指示器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)配網(wǎng)線路的電壓、電流等電氣量，快速準(zhǔn)確判定配網(wǎng)線路故障發(fā)生區(qū)間，并進(jìn)行故障預(yù)警。通常采用電流突變法進(jìn)行線路短路故障的檢測(cè)，進(jìn)行負(fù)荷電流的自動(dòng)追蹤，無(wú)須整定參數(shù)，具有良好的應(yīng)用效果?？梢圆捎檬装氩ǚㄟM(jìn)行單相接地故障選線，由于不同電網(wǎng)暫態(tài)信號(hào)頻率不盡相同，其正弦信號(hào)具有按指數(shù)衰減的特點(diǎn)，當(dāng)故障線與非故障線的主頻信號(hào)極性相反且大于非故障線時(shí)，即可以進(jìn)行故障選線。還可以將其與信號(hào)注入法相結(jié)合，檢測(cè)故障線路并進(jìn)行實(shí)時(shí)在線修改和調(diào)整。

2.2 基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障指示器通信應(yīng)用。通常采用ZigBee 協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)字故障指示器與遠(yuǎn)程測(cè)控?cái)?shù)據(jù)終端間的通信，進(jìn)行信息的近距離無(wú)線傳輸，并通過(guò)現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遙控遙測(cè)。同時(shí)，還可以采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控?cái)?shù)據(jù)終端與主站之間的通信，利用基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航模塊中的基帶芯片、射頻芯片、低噪放大器和功率放大器，進(jìn)行配置外設(shè)和通信定位。

3 基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.1 北斗短報(bào)文通信技術(shù)的應(yīng)用。每個(gè)北斗通信終端都有各自唯一的北斗卡號(hào)，由地面中心進(jìn)行短報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，具有極強(qiáng)的響應(yīng)能力和通信抗干擾能力，保密性和可靠性極高，并能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度的覆蓋。然而，北斗短報(bào)文通信技術(shù)也受到數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的限制，導(dǎo)致短報(bào)文通信頻度、容量、鏈路受限。

3.2 基于北斗短報(bào)文通信技術(shù)的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方式。北斗數(shù)據(jù)中心為通信終端提供與北斗卡號(hào)相對(duì)應(yīng)的代碼，由數(shù)據(jù)服務(wù)中心轉(zhuǎn)發(fā)并推送信息，實(shí)現(xiàn)各通信終端各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同步共享和服務(wù)，并能夠通過(guò)通信鏈路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、交互、推送服務(wù)，完成對(duì)應(yīng)地址的查詢、解析和尋址服務(wù)。

3.3 北斗智能配網(wǎng)終端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)部署。北斗智能配網(wǎng)終端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物理架構(gòu)包括采集層、傳輸層、應(yīng)用層和設(shè)備層，其中：采集層主要利用采集傳感單元提取線路運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，傳輸層進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)系統(tǒng)間的銜接和安全接入，應(yīng)用層則將接收的配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)管理單元、地理信息單元，設(shè)備層則將北斗短報(bào)文傳輸至北斗配電終端監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

3.4 北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)的功能模塊。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)短報(bào)文通信信息的轉(zhuǎn)發(fā)、解析和推送服務(wù)，相關(guān)功能模塊主要包括有：（1）系統(tǒng)管理。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配網(wǎng)線路的權(quán)限管理、密碼修改和安全退出等功能。（2）線路電流預(yù)警。該部分主要設(shè)定和配置線路電流的上限值和下限值，并面向系統(tǒng)管理員自動(dòng)發(fā)出超閾值預(yù)警信息。（3）圖形管理。主要進(jìn)行供電區(qū)域圖窗口、饋線窗口、單線圖窗口之間的切換，并實(shí)現(xiàn)開關(guān)人工置位和用戶數(shù)據(jù)信息顯示。(4）數(shù)據(jù)查詢。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的檢索和查詢管理，包括對(duì)地絕緣、電流、溫度、動(dòng)作、接地故障、采集器在線狀態(tài)等。(5）前置通信軟件。主要進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，高效準(zhǔn)確讀取并修改配置文件的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控和通信。（6）后臺(tái)監(jiān)控軟件。通過(guò)圖形界面顯示并進(jìn)行故障告警和提示，進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控和定值設(shè)置，實(shí)現(xiàn)用戶管理和報(bào)表管理，支持多種通信。

規(guī)約和方式。

3.5 北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)終端的功能模塊?；诒倍穼?dǎo)航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)終端模塊主要涵蓋以下內(nèi)容：(1）北斗運(yùn)營(yíng)管理監(jiān)控模塊。主要實(shí)現(xiàn)指揮機(jī)管理和終端管理，完成指揮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和終端狀態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行信息單點(diǎn)下發(fā)和通播下發(fā)，并進(jìn)行通信記錄的查詢和統(tǒng)計(jì)。(2）北斗GIS 展現(xiàn)模塊。該模塊主要提供基礎(chǔ)地圖信息、配電設(shè)備位置信息，將線路故障點(diǎn)位置信息推送至北斗智能巡檢手持終端設(shè)備，并在前端顯示設(shè)備顯示GIS 基礎(chǔ)地圖、配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)信息和配網(wǎng)設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(3）北斗電源模塊。要獨(dú)立設(shè)置北斗電源模塊，并進(jìn)行50Ah、25Ah 兩種規(guī)格電池的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)和光伏板容量配比計(jì)算，使之滿足北斗短報(bào)文模塊的功率要求。(4）生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口。由配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控接口進(jìn)行配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)信息的上報(bào)，由北斗智能巡檢手持終端工單推送接口實(shí)現(xiàn)工單信息的推送。

3.6 北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)終端設(shè)備改造。北斗智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)終端設(shè)備主要包括有：(1）北斗箱開監(jiān)測(cè)終端。可以將北斗授時(shí)和定位模塊設(shè)置于北斗箱開監(jiān)測(cè)終端，經(jīng)由北斗短報(bào)文通道上報(bào)其狀態(tài)信息，包括位置、時(shí)間、箱開狀態(tài)等。(2）北斗線路開關(guān)監(jiān)測(cè)終端。由配電開關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜智能終端設(shè)備進(jìn)行配網(wǎng)線路遠(yuǎn)方監(jiān)控、故障檢測(cè)和故障隔離。由北斗數(shù)據(jù)終端進(jìn)行信息的發(fā)送，包括北斗線路狀態(tài)信息、故障信息和位置信息。(3）北斗線路監(jiān)測(cè)終端。主要識(shí)別和判定架空線的直接接地、電阻接地、相間短路及接地故障。(4）北斗線路故障定位裝置。該模塊通過(guò)線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)器進(jìn)行線路單相接地故障狀態(tài)的檢測(cè)，并由北斗定位授時(shí)模塊獲取時(shí)間、位置信息，將其傳送至主站，根據(jù)架空線路網(wǎng)架拓?fù)鋱D的故障指示器上傳信息，判定故障點(diǎn)的類型、位置并發(fā)出預(yù)警（。5）北斗智能巡檢手持終端。該模塊內(nèi)置北斗通訊卡、備用電池、充電器等，與地圖軟件配合使用確定故障點(diǎn)的具體位置，快速實(shí)現(xiàn)故障檢修和處理。

4 小結(jié)

綜上所述，基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的智能配網(wǎng)線路綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用帶北斗通信模塊的新型數(shù)字故障指示器，基于短報(bào)文北斗通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行線路故障數(shù)據(jù)信息推送和轉(zhuǎn)發(fā)，并通過(guò)系統(tǒng)主站和終端設(shè)備的總體設(shè)計(jì)和改造優(yōu)化，較好地進(jìn)行配網(wǎng)線路數(shù)據(jù)拓?fù)浞治觥⒂?jì)算、存儲(chǔ)和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配網(wǎng)線路的全面監(jiān)測(cè)和管理，包括線路故障定位、線路故障區(qū)段隔離、線路非故障區(qū)段轉(zhuǎn)供電等監(jiān)測(cè)，有效提升系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和效能。