10 kV电网PLC故障自动隔离系统研究

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摘 要：10 kv电网是中压配电网，其主要职能是有效保证整个配电网的供电质量和供电能力。往往由于自然灾害等不可抗力条件，配电网线路经常会发生线路故障而造成供电中断，进而导致供电可靠率不高。随着电力技术的飞速发展，配电网络安全性能也不断提高，电力事故类型也主要集中在接地短路故障以及隐性故障。由于一般10 kV电网的配电系统属于非接地系统，对于发现一些高阻接地短路以及隐性故障往往没有很有效的方法和手段，最终导致上一级变电站跳闸而引起恶性的大面积的停电事故。过去几年发生了这一类故障事故的排查方法主要靠人工方法去排查，想查找故障点的位置是件费时间而又非常难的课题，目前大多数线路运维人员仍然采用手工拉闸等方法来查询故障点，这种办法不但效率低，而且有时还很难查询故障在哪儿？针对以上这种情况，基于10 kV电网plc故障隔离系统开展了深入的研究，取得了一些创新性的研究成果。

关键词：PLC SOG 前置机 故障隔离

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（a）-0026-02

1 研究课题的来源、背景、研究的意义、价值

PLC通信是利用10 kV电力线的一种载波通信方式。目前，PLC技术发展已经有几十年的历史，在电力系统各个电压等级都得到了不同的应用，其数据传输的通讯数率也在不断提升。特别是在10 kV配电网传输技术方面，其传输速率超过10 Mbps，作为一个新技术，其在10 kV电力线通信应用引起电力系统的高度重视。10 kV电网PLC故障自动隔离系统就是通过PLC通讯模块和SOG智能监测终端来判断10 kV电力线路故障区间，这种判断准确性非常高，无需大量布设通信光缆，大大节省时间和金钱，具有很好的推广价值。该系统在通信规约中规定了物理连接、通讯链路及应用技术规范，该规范主要参考了部颁DL/T 645-1997多功能电能表通信规约、浙江省电力公司企业标准Q/GDW-11-143-2008电能信息采集与管理系统通信协议，根据具体需求做了相应的扩展，可兼容性非常高。

国内外研究概况目前国外发达国家，特别在日本已普遍使用柱上SOG智能开关快速隔离故障区域及故障区域定位。国内在沿海发达地区已部分采用SOG智能开关做试点运行，由于SOG智能开关的特点，基本上都是采用单点运行，主要是针对用户侧事故进行隔离，无法进行多台串行运用。

2 SOG智能开关功能情况

（1）发生接地事故时，SOG智能开关能够通过分析零序电压与电流的相位角，自动区别故障发生在电源侧还是负荷侧。如果是在负荷侧，则开关将在设定时间内自动分闸。

（2）当SOG智能开关负荷侧发生短路事故时，能够记忆故障电流，先由变电站断路器跳闸线路失电后，开关自动分闸，断路器再重合闸成功。

基于以上SOG智能开关具有判别事故发生在开关前后方位的功能，加上PLC通信功能后，通过各开关的事故信息共享，能快速准确地判断出事故区间。事故区间前后邻近的开关分闸动作，隔离事故区间，使得变电站断路器重合闸成功。

PLC通信技术在日本等国外广泛地应用在继电保护通讯上，技术比较成熟。并且PLC智能系统在判定故障区间时，是在上级变电站分闸后重合闸之前的失电期间，通信时间短暂，通信有效范围小，保证了系统有效可靠地通信。

3 系统概述

该系统是应用于12 kV配电线路，利用PLC通信方式实现将事故区间隔离的一种馈线故障隔离系统。该系统与通常故障检出隔离方案完全不同。以往系统采用开关跳闸延时合闸的时序方式或后台集中控制方式不同，PLC系统无需通过后台系统来控制整个监控单元和通信终端设备，并且能快速查找故障点，缩短停电时间，减少停电范围。同时具有降低总体系统设备投资成本，安装简单方便等优点。

PLC故障隔离系统的创新技术、功能及前置机通信。PLC故障自动隔离系统在判断线路故障过程中只通过电力线进行载波通信，其后台控制单元模块就会智能判别故障区间，并通过PLC通信模块进行信号传输，PLC智能开关设备可以多级串接，实现10kV电网线路多分段判别故障能力，这种故障隔离系统主要特点是隔离故障时间短，进而使得电网停电区域小。

4 功能介绍

PLC事故隔离系统以上一级变电站分闸（或配电线路中重合器预置了分闸），10 kV配网主线及分支线路停电状态作为启动条件。10 kV配网线路中各PLC智能开关单元自带的控制装置在线路停电时通过载波通信，对各个控制单元所采集的信号进行交换、共享，根据各通信单元间的信息交互来判断故障区间，邻近事故区间的两侧开关发出分闸指令来隔离故障。

5 PLC通信

首先要设置前置机通讯模块端口、前置机支持通信方式参数设置：包括GPRS连接时登录用户名、登录密码、心跳间隔、SOCKET协议，抄读SOG控制器的轮间隔、项间隔，通信机连接GPRS网络的信号强度、连接状态。

基本信息包括：状态、通信地址，可进行操作：删除、导入、新增、修改、下发、召测。

档案信息包括：供电公司信息、供电分局信息、线路信息、SOG开关信息等，可进行操作：删除、导入、新增、修改。

供电公司信息包括：公司名称、公司地址、公司电话、邮政编码。

供电分局信息包括：分局名称、分局地址、联系人、联系电话。

线路信息包括：地区区域、变电站名称、供电线路名称、电压等级。

SOG开关信息包括：开关名称、开关型号、安装地址、对应设备、出厂编号、安装日期、使用状态、SIM卡号。

6 PLC通信终端

（1）密码功能：纯短信的SOG通信机，可通过密码设置进行密码维护，普通权限设置，需输入原密码、新密码，超级设置，仅需输入新密码。

（2）受警机号码。

开放操作，即通过密码通讯，开放设置受警机号码功能和取消受警机号码功能。

密码开放后，可设置、取消受警机号码一、二、三；查询不需密码开放。

可根据起始时间、结束时间、告警类别、变电站名称、供电线路名称、安装地址进行异常信息查询。

其次进行通讯监视：显示发送、接收帧情况，包括时间、源地址、目的地址、命令、说明、详细内容。

最后进行客户端连接，显示客户端连接状态，包括IP地址、上次连接时间、编号、客户端类型、厂商名称、登录状态、上次登录时间。

7 结语

该系统可采用PLC智能配电系统，在配网主线及支线上配置PLC智能负荷开关对于减少事故时的影响范围、提高供电可靠性，缩短故障恢复时间很非常有利的。

PLC负荷开关在线路发生故障时，能在一次重合闸之前，判断故障区间，并且在故障区间前后PLC能自动分闸，确保上一级变电站重合闸成功。通常重合闸要求在5 s以上，也就是在最短5秒钟之间内，将故障区间隔离。这与电压型时序开关系统相比较，故障隔离和系统恢复时间大大下降，开关数量越多，效果越明显。其通讯模块会将故障类型以短信形式立刻发送给接收者。这有两个好处：第一，缩短故障反映时间，与传统的调度通知相比，接收者在故障发生导致SOG开关动作后立刻就可以得到信息；第二，有利于帮助判断和定位故障点，减少排查范围和时间。最后的系统是实际可用的，该系统最大的优点就是可以缩短10KV电网线路故障恢复与查找时间，提高供电可靠率。

参考文献

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[2] 赵俊华，文福拴，薛禹胜，等.电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架[J].电力系统自动化，2011（16）：1-8.