10kV柱上开关监控系统的研究

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  摘要:在10kV配电线路运行过程中,对柱上开关的实时监控非常重要。本文从实际应用出发,介绍了10kV柱上开关监控系统的结构特点,选择了合适的通信模式,分析了监控中心主站系统的功能,并阐述了系统的软件设计方法。该系统安全可靠,实现了对柱上开关实时、准确的监控。
  关键词:柱上开关;故障排查;监控系统
  引言
  随着城市化建设的不断发展,电网规模逐渐扩大,对电网架设的要求逐渐提高。10kV配電线路越来越复杂,涉及到的分段和联络点越来越多,因此,配电柱上开关的数量也不断增多,为相应操作和管理带来了新的难度。当配电线路负荷过高出现故障时,开关会感应故障并自动跳闸,严重影响供电实时性和安全性[1]。传统配电网络对开关状态没有很好的监视,当出现故障时,配电中心往往并不知道,通常是用户反应之后才开始检修。由于配电线路比较复杂,检修人员并不清楚故障点的准确位置,只能靠经验逐级排查,增加了工作的难度,效率较低,而且还不能及时解决用户的问题。因此,对10kV配电线路柱上开关进行实时监控非常有必要,当出现跳闸时,监控中心会在第一时间发现问题,并检测出故障点的准确位置[2],报告给检修人员,不仅减小了检修人员的工作量,提高了工作效率,还避免了长时间、大面积停电的可能性,具有非常大的实用价值。
  本文从实际应用出发,介绍了10kV柱上开关监控系统的结构组成,选择了实用性较高的系统通信方式,分析了监控中心主站系统的功能,并阐述了系统的软件设计方法。
  1. 系统结构组成
  此开关监控系统由两个模块组成,第一部分为电力线载波通讯模块,其中核心为载波集中器,负责采集、处理并存储用电信息。该模块还包括远程终端控制系统(Remote Terminal Unit, RTU),不仅可用来监视和测量现场状态,还能接收计算机中心发来的命令,实现对设备仪器的直接控制。第二部分为集中器到计算机中心系统管理模块,该模块包括电力线信号传输部分、信号采集部分、互联网信息传输部分和配电信息监控软件四部分。该系统设计终端设备和Internet之间采用电力线连接,实现了与具有上网功能的客户前置机之间的互相通信。系统结构组成如图1所示。
  1.1 监控终端设备介绍
  选用RS5011G型监控终端设备,该监控装置集成了数据通信、过程IO控制和模拟信号采集三项功能。可以实时监控配电网柱上开关两侧的供电状态,收集电压信号;具有完善的无线通信模块,可以实现掉线自动重新连接;采用双电源终端设计,具有独立供电功能,保证终端不掉电;存储量大,支持自动采样和数据查询;内设工业继电器,可以实现远程控制,当出现故障时可完成自动排障,减少了抢修人员的工作量。该监控设备可以通过RS485/RS232接口实现数据传输,因此,可以直接和电表、电压检测设备以及配电检测仪等连接,对现场开关工作状态实现远程监控功能。在电力线路发生故障,开关跳闸后,RS5011G监控设备会在第一时间将开关状态发送到计算机管理中心,完成故障报警,如果有要求,还可以将故障信息发送到相应负责检修人员的手机上。RS5011G监控终端集采集、传输、控制功能于一体,硬件结构简单,可靠性高,实用性强,是目前应用最广泛的终端设备。
  1.2 系统通信方式选择
  1.2.1 GSM/GPRS、CDMA无线通信方式
  随着国家经济的发展,国内关于该系统通讯方式的研究越来越多,张子红[3]等研究了基于GPRS的电网远程检测系统,实现了设备温度以及泄漏电流的实时监控与显示,取得了良好的成果。虽然相关研究均取得了良好的成果,但是由于电网系统规模庞大,配电网柱上开关的数量众多,使用该种传输方式在实际应用中的成本非常高,一般企业负担不起,一定程度上限制了该通讯模式的应用。
  1.2.2串行通信总线
  串行通信总线在诸多领域都有广泛的应用,尤其是RS-232、RS-485总线,技术相对成熟,传输速率较高,在智能远程抄表系统中的应用很成功。但是配电网柱上开关分布非常广,数量也非常多,仅采用此种通信方式难以完成实时、准确的通信。
  1.2.3低压电力线载波PLC
  从实际应用出发,本设计采用低压电力线载波PLC,并结合数据传输速率较高的RS-232/RS-485方式,作为开关监控系统的通信方式。并且RS5011G型监控终端可以采用RS-232/RS-485方式作为数据接口,因此,此种通信方式的可行性较高。当然,采用此种通信方式也存在相应的缺陷,例如噪声大、衰减严重等,而且在不同的应用场合,通信效果也不尽相同。所以,必须采用高技术含量的调制解调器,只有这样才能实现电力线载波的可靠通信。
  2. 监控中心主站系统
  主站相当于监控系统的大脑,支配着整个监控系统的运行。不仅可以对配电线路柱上开关的状态进行实时的监控,还可以发送命令,对开关故障进行自动维修。如果故障无法完成自动维修,主站系统收到信号后,会将故障情况和故障位置以短信的形式发送到检修人员手机,第一时间通知检修人员进行维修。
  主站系统可以实现以下功能。可以和第三方系统进行相互通信,实时获取断电信息及警告信息;配有声光报警器,当发现开关发生故障时,第一时间通知相关管理部门和人员;可以同时监控多个柱上开关的状态,能提供实时监控数据;可控制单个开关的开闭状态,便于维修和管理;具有大存储单元,可进行历史数据查询;存储数据可以输出并形成报表,方便阅读和管理。
  3. 系统软件设计
  系统软件主要用于和各监控端建立连接,负责接收、存储和管理RTU终端的信息。此时,需要固定系统服务器的IP地址,并建立在最常用的Windows操作系统之上。系统软件设计包含三部分,第一部分为通信互联,实现同RTU终端的通信;第二部分为显示获取的数据并进行管理;第三部分为发送并执行命令。本系统采用多线程技术,避免了子线程之间的相互影响,又保证了主线程的通畅性。
  4. 结束语
  随着电网规模的不断扩大,10kV配电线路的开关设置越来越复杂,对开关状态的实时监控可以保证配电的安全性。本文从实际应用出发,详细介绍了10kV柱上开关监控系统的结构组成,选择了合适的通信方式,分析了监控中心主站系统的功能,并阐述了系统的软件设计方法。该系统可行性高,安全可靠,可以对配电线路柱上开关进行实时、准确的监控。
  参考文献:
  [1]陈伟凡,陈晓亮,高伟. 变电站10kV开关柜运行环境监控系统设计[J]. 电气技术,2016,(09):83-87+97.
  [2]蒋冰华,杨超,杨雨. 基于Android的10kV真空开关状态监测系统的设计[J]. 中国仪器仪表,2016,(06):60-64.
  [3]张子红,秦淑香,冯进玫,周连臣. 基于ZigBee技术和GPRS的高压电网设备远程在线监测系统[J]. 黑龙江电力,2016,(02):155-160.
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