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箱式變電站遠(yuǎn)程控制的解決方案

瀏覽次數(shù):1837更新日期:2013-11-08

箱式變電站遠(yuǎn)程控制的解決方案

蔣偉1 曹雪華1
(1上海安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定,201801)

摘    要:介紹基于GPRS網(wǎng)絡(luò)無線監(jiān)控在智能箱式變電站系統(tǒng)監(jiān)控中的解決方案,描述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各其構(gòu)成模塊功能,對系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞:箱式變電站  GPRS   通訊服務(wù)器  監(jiān)控系統(tǒng)

0  概述
  隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展,城市配電系統(tǒng)的不斷改造更新,一種新型的智能箱式變電站應(yīng)運(yùn)而生,如圖1所示,這種新型的箱式變電站將高壓受電、變壓器降壓、低壓配電等功能有機(jī)地組合在一起,由于其具有集成化程度高、工廠預(yù)安裝、節(jié)能、節(jié)地、安全、美觀等特點(diǎn),因此在城網(wǎng)建設(shè)與改造中得到廣泛應(yīng)用。

圖1 智能箱式變電站

  信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的快速發(fā)展,要求箱變不僅要安全穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)還要具有“四遙”(遙測、遙信、遙調(diào)、遙控)的智能化功能;達(dá)到故障區(qū)段快速準(zhǔn)確定位、故障及時(shí)切除、負(fù)荷轉(zhuǎn)帶、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等功能,從而保證快速恢復(fù)供電。
  但是,智能箱式變電站一般安裝在負(fù)荷密集的工礦企業(yè)、港口、機(jī)場、城市公共建筑、高速公路、地下設(shè)施和居民住宅小區(qū)等場所;要對智能箱式變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)組網(wǎng),由于其布線施工比較苦難,一般的現(xiàn)場總線組網(wǎng)方式就很難實(shí)現(xiàn)。
  本文介紹的就是一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)在智能箱式變電站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例,該系統(tǒng)成功解決了對箱式變電站進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)控中存在的布線困難問題,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的通訊問題,比有線通訊方式有著*的*性。目前該系統(tǒng)在山東淄博電力環(huán)網(wǎng)改造箱式變電站系統(tǒng)監(jiān)控中得以成功的應(yīng)用,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,達(dá)到了預(yù)期的效果和設(shè)計(jì)要求。

1   基于GPRS箱變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)
  基于GPRS箱變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖2所示,即現(xiàn)場層、通訊層、管理層?,F(xiàn)場層主要由智能儀表組成主要完成箱變內(nèi)部電量與非電量的數(shù)據(jù)采集;通訊層主要由智能通訊服務(wù)器、GPRS MODEM組成,主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的集中采集和通訊管理;管理層不設(shè)監(jiān)控中心,主要由移動數(shù)據(jù)終端(用戶手機(jī)、等)組成,主要用于接收箱變內(nèi)部運(yùn)行數(shù)據(jù);系統(tǒng)借助于移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和管理。

圖2 系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

  箱變內(nèi)部智能元器件由進(jìn)線多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、漏電報(bào)警裝置、溫濕度控制裝置、饋線測量儀表、開關(guān)量I/O模塊、風(fēng)機(jī)故障檢測裝置、智能通訊服務(wù)器、無線GPRS MODEM等智能器件組成。
  進(jìn)線回路實(shí)現(xiàn)對低壓進(jìn)線側(cè)的全電參量的測量:如檢測進(jìn)線回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等電參量;同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對進(jìn)線回路遙信量的檢測,如:進(jìn)線刀閘,斷路器位置,斷路器故障等;通過自身的繼電器輸出模塊,完成遠(yuǎn)程合分?jǐn)嗦菲鞯墓δ堋?br />  饋線回路通過多回路監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)對多條饋線回路點(diǎn)參量的集中采集,主要采集箱變內(nèi)部饋線回路的電流參量和開關(guān)位置信息;直觀的了解箱變內(nèi)部各個(gè)饋線的運(yùn)行負(fù)荷狀態(tài)和開關(guān)位置。
  漏電報(bào)警裝置通過安裝在各個(gè)回路的零序電流互感器分別采集各回路的漏電流,同時(shí)對超出安全警戒的漏電信息發(fā)出報(bào)警;提高各饋線回路用電安全指數(shù)。
  溫濕度控制器主要檢測箱變內(nèi)部的溫濕度和變壓器鐵心溫度;通過箱變內(nèi)部的風(fēng)機(jī)和加熱器,調(diào)節(jié)箱變內(nèi)部的溫濕度指數(shù);為箱變內(nèi)部元器件提供穩(wěn)定的工作環(huán)境;從而提高內(nèi)部元器件的使用壽命和安全運(yùn)行指數(shù)。
  風(fēng)機(jī)故障檢測裝置完成對風(fēng)機(jī)制冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測判斷,提高整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行環(huán)境的指數(shù)。
  智能通訊服務(wù)器為一臺嵌入式計(jì)算機(jī),其具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)(內(nèi)嵌uCLinux操作系統(tǒng))及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成,它是可獨(dú)立工作的“器件”。支持用戶編程操作,通過用戶設(shè)計(jì)應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)對箱變內(nèi)部數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、任務(wù)管理、發(fā)送信息存儲和與無線GPRS MODEM的通訊等功能。
  無線GPRS MODEM主要實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)器與無限公網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸;GPRS是GSM的一種新數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),它在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接,給移動用戶提供高速無線IP和X.25 分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。GPRS (General Packet Radio Service)中文含義為通用分組無線服務(wù),它是利用“包交換”(Packet-Switch)的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將Date 封裝成許多獨(dú)立的封包,再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去,形式上有點(diǎn)類似寄包裹,采用包交換的好處是只有在有資料需要傳送時(shí)才會占用頻寬,而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計(jì)價(jià),這對用戶來說是比較合理的計(jì)費(fèi)方式,因?yàn)橄驣nternet 這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時(shí)間頻寬是閑置的。此外,在GSM phase 2+的標(biāo)準(zhǔn)里,GPRS 可以提供4種不同的編碼方式,這些編碼方式也分別提供不同的錯(cuò)誤保護(hù)能力。GPRS技術(shù)的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的通訊組網(wǎng)靈活性、穩(wěn)定性。

2   基于GPRS箱變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能分析
  系統(tǒng)功能根據(jù)箱變實(shí)際運(yùn)行的智能要求和對整體運(yùn)行成本的節(jié)約化進(jìn)行設(shè)計(jì);系統(tǒng)主要由運(yùn)行故障報(bào)警和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集兩大任務(wù)模塊,如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)任務(wù)流程

  運(yùn)行故障報(bào)警主要為箱變內(nèi)部高壓開關(guān)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和變位報(bào)警;報(bào)警內(nèi)容如圖4所示,包括:故障報(bào)警產(chǎn)生日期時(shí)間,站號,回路名稱,報(bào)警內(nèi)容等信息;報(bào)警范圍為高低壓主斷路器實(shí)時(shí)監(jiān)測,故障報(bào)警,變位報(bào)警;饋線斷路器狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測及開關(guān)變位報(bào)警;各饋線回路的漏電報(bào)警;箱變內(nèi)部溫度異常報(bào)警;風(fēng)機(jī)故障報(bào)警;及運(yùn)行電壓的缺相和不平衡報(bào)警等報(bào)警信息組成。該報(bào)警信息主要通過智能元器件對箱變數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、運(yùn)算、通訊上傳至由智能通訊服務(wù)器,再由通訊服務(wù)器進(jìn)行運(yùn)算、分析判斷;zui后利用GPRS modem把的報(bào)警信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至用戶手機(jī);使用戶及時(shí)響應(yīng)故障報(bào)警,縮短故障恢復(fù)時(shí)間。同時(shí)考慮到GSM網(wǎng)絡(luò)繁忙和用戶手機(jī)是否在線等因素,支持報(bào)警信息多用戶,多次間隔發(fā)送。保證信息及時(shí)傳輸至用戶,增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全指數(shù)。

圖4 短信報(bào)警信息

  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測,主要完成對箱變內(nèi)部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。郵件內(nèi)容如圖5,包括:子站ID號碼,郵件發(fā)送日期時(shí)間,高低側(cè)遙測:三相電壓,三相電流,環(huán)境溫度,變壓器溫度;低壓進(jìn)線側(cè)遙測:三相相電壓,三相線電壓,三相電流,有功功率,無功功率,功率因數(shù),頻率,吸收有功電度,無功電度,負(fù)荷率,不平衡率;以及饋線回路的三相電流,漏電流等信息。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和郵件數(shù)據(jù)發(fā)送;由于郵件發(fā)送是采用定時(shí)發(fā)送機(jī)制,為了保證報(bào)警數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,因此對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集也是定時(shí)完成的,即在需要發(fā)送郵件之前由通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集,處理,存儲;然后編輯郵件進(jìn)行定時(shí)郵件發(fā)送,zui終完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送。

 圖5 遙測信息內(nèi)容

3  基于GPRS箱變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)特性
  經(jīng)濟(jì)性;由于監(jiān)控站點(diǎn)相對分散,大大減少了線纜鋪設(shè)的施工難度;只要有GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場所即可完成對箱變子站的監(jiān)控;不設(shè)監(jiān)控主站,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用定時(shí)發(fā)送;報(bào)警信息實(shí)時(shí)短消息發(fā)送,大大減少了利用GPRS網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量費(fèi)用;減少系統(tǒng)運(yùn)行的成本,降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。
  穩(wěn)定性與可靠性;本系統(tǒng)是基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成的,數(shù)據(jù)采集、報(bào)警發(fā)送、郵件發(fā)送都是有通訊服務(wù)器即嵌入式計(jì)算機(jī)完成;嵌入式計(jì)算機(jī)內(nèi)嵌uCLinux操作系統(tǒng),具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性;避免系統(tǒng)因軟件和硬件造成的系統(tǒng)故障,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的免維護(hù)性。
  獨(dú)立性;可以不依賴有固有的監(jiān)控主站獨(dú)立運(yùn)行;每個(gè)子站都是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)控單元,單個(gè)子站的故障不會影響其它站點(diǎn)的正常使用;減少了因?yàn)楸O(jiān)控主站單點(diǎn)故障造成的整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的弊端。
  實(shí)時(shí)性;系統(tǒng)所有的功能都是有嵌入式計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)完成,嵌入式計(jì)算機(jī)采用了具有實(shí)時(shí)性很高的uCLinux操作系統(tǒng),同時(shí)借助于覆蓋范圍廣,覆蓋信號強(qiáng),傳輸速度快的GPRS網(wǎng)絡(luò),大提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理和報(bào)警發(fā)送的實(shí)時(shí)性;大的提高了報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)性,縮短故障報(bào)警的響應(yīng)時(shí)間。
  易用性;系統(tǒng)通過內(nèi)部配置文件完成對移動數(shù)據(jù)接收終端的配置,方便用戶對移動數(shù)據(jù)接收終端信息的變更;主要完成完成的變更信息為:短信報(bào)警發(fā)送次數(shù)、發(fā)送時(shí)間間隔、接收SIM號碼、發(fā)送地址、接收地址、發(fā)送郵件間隔、站地址等信息的變更;用戶把變更后的配置文件通過FTP上傳工具上傳至通訊服務(wù)器即可完成對監(jiān)控站點(diǎn)信息的變更;方便用戶對監(jiān)控站點(diǎn)信息修改和維護(hù)。

4  結(jié)束語
  目前在智能箱式變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)的通信中,主要采用數(shù)傳電臺、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺的優(yōu)勢是除了每年的頻點(diǎn)費(fèi)以外,平時(shí)運(yùn)行無需額外費(fèi)用,缺點(diǎn)是受地形、氣候的影響較大,造成系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性較差,無法主動上報(bào);GSM短消息方式可以實(shí)現(xiàn)主動上報(bào),缺點(diǎn)是按條收費(fèi),運(yùn)行費(fèi)用高,而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時(shí)延時(shí)相當(dāng)長;光纖通信穩(wěn)定可靠,但是施工成本投入太大、擴(kuò)展性差、光纖及設(shè)備等的維護(hù)方面很不方便;而GPRS通信則避免了以上問題,組網(wǎng)靈活,數(shù)據(jù)傳輸速度快,提高數(shù)據(jù)采集的靈活性和穩(wěn)定性。
  實(shí)踐證明,該系統(tǒng)不僅可以用于遠(yuǎn)程電力監(jiān)控,在遠(yuǎn)程抄表電能管理方面也有很好的應(yīng)用前景。

  文章來源于:《供用電》2009年12期。

參考文獻(xiàn)
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