隨著配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，大量配電終端、通信裝置等被應(yīng)用于配電網(wǎng)，為實(shí)時(shí)獲取配電網(wǎng)運(yùn)行與故障信息奠定了基礎(chǔ)?；诖耍芏喙╇娖髽I(yè)建設(shè)應(yīng)用了配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，解決了配電線(xiàn)路故障排查困難和效率低下的問(wèn)題，節(jié)省了供電搶修成本，減少了停電時(shí)間。偏遠(yuǎn)地區(qū)由于通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)困難，大多采用無(wú)線(xiàn)通信的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，其對(duì)于故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作是依靠故障指示器進(jìn)行相應(yīng)的定位，從而提升配網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

配電線(xiàn)路故障定位系統(tǒng)主要由故障指示器（故障采集器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器）和主站系統(tǒng)構(gòu)成。故障采集器主要監(jiān)測(cè)配電線(xiàn)路接地、短路等故障信息，監(jiān)測(cè)信息可通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器再通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式將故障指示器采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至主站系統(tǒng)。

1 現(xiàn)狀分析

甘肅農(nóng)村地區(qū)2017年之前安裝的較多故障指示器采用全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（global system for mobile communication, GSM）、碼分多址（code division multiple access, CDMA）或無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)（general packet radio service, GPRS）等2G通信方式與主站系統(tǒng)（系統(tǒng)運(yùn)行后臺(tái)）進(jìn)行通信。在線(xiàn)路發(fā)生短路或接地后，故障轉(zhuǎn)發(fā)器將接收的3個(gè)故障采集器發(fā)送的故障電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用的文件后上送主站系統(tǒng)。

主站系統(tǒng)根據(jù)各采集單元發(fā)送的信息進(jìn)行綜合研判，定位出故障區(qū)間并向運(yùn)維或搶修人員發(fā)送故障定位信息，為故障搶修提供輔助決策信息。

隨著國(guó)家信息通信產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代，運(yùn)營(yíng)商對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了升級(jí)改造，部分地區(qū)2G通信基站已停用或在逐步升級(jí)改造中。甘肅電網(wǎng)2017年以前建設(shè)應(yīng)用的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)終端主要采用“一遙”故障指示器，其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器主要以2G通信為主。

該類(lèi)終端通信模塊無(wú)法兼容4G模式，且部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器為一體化設(shè)計(jì)，不可將通信模塊單獨(dú)拆卸。一旦運(yùn)營(yíng)商停用2G網(wǎng)絡(luò)，將導(dǎo)致大量終端無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，引發(fā)配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)部分終端癱瘓。

2019年下半年，甘肅部分地區(qū)運(yùn)營(yíng)商已被告知將逐步退出2G業(yè)務(wù)，為確保已建成的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)正常運(yùn)行，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)升級(jí)改造方案，以期切實(shí)提高2G終端在壽命期內(nèi)的利用率，降低配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的重復(fù)投資，發(fā)揮其在配電故障定位中的價(jià)值，保障供電搶修效率和縮短故障停電時(shí)間。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的升級(jí)改造方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，物聯(lián)通信組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用推廣，譬如共享單車(chē)等。當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要使用近場(chǎng)通信（near field com- munication, NFC）技術(shù)和低頻率廣域網(wǎng)（low-power wide-area network, LPWAN）技術(shù)。

大多基于NFC的物聯(lián)應(yīng)用需要依賴(lài)傳統(tǒng)的長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)?！癗FC技術(shù)+蜂窩網(wǎng)絡(luò)”的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)模式占用網(wǎng)絡(luò)資源極大，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)通信的應(yīng)用成本居高不下。因此不適用大規(guī)模擴(kuò)展的終端接入。

而LPWAN技術(shù)滿(mǎn)足廣覆蓋效益和低功率成本的要求，其主要技術(shù)有：基于現(xiàn)有移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的窄頻物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）和LTE-M技術(shù)、基于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的802.11ah和802.11p協(xié)議技術(shù)、基于獨(dú)立組網(wǎng)和未授權(quán)頻段的長(zhǎng)距離廣域網(wǎng)（LoRaWAN）技術(shù)以及Sigfox技術(shù)等[5]。NB-IoT借用現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)施可以實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋和長(zhǎng)距離傳輸，且可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)協(xié)議的簡(jiǎn)化和低功耗應(yīng)用，因此基于窄頻物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越受到了重視并得到推廣。

為解決“一遙”2G終端停用和更換成本問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一套基于物聯(lián)網(wǎng)通信卡的配網(wǎng)故障信息采集方案。該方案通過(guò)將故障定位系統(tǒng)終端故障指示器通信模塊升級(jí)為物聯(lián)網(wǎng)卡通信模式，構(gòu)成遠(yuǎn)端物聯(lián)網(wǎng)組件，可在故障定位終端和遠(yuǎn)程電力通信系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、綁定和傳輸，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密防護(hù)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和反饋。最后完成數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確回傳。其具體方案的流程如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)升級(jí)改造方案

從圖1可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的升級(jí)改造主要解決“一遙”2G終端的通信問(wèn)題。圖1詳細(xì)給出了目前故障指示器信息采集、傳輸?shù)耐暾溌?。針?duì)“一遙”故障指示器的停用風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)結(jié)合通信模塊更換與否、終端剩余使用壽命和更換經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評(píng)估。

總結(jié)升級(jí)策略主要如下：

1）如果2G通信已停用，在剩余壽命大于3年且廠家更換通信模塊費(fèi)用較小的情況下，直接更換4G通信模塊；其余情況下，將通信模塊軟件升級(jí)為支持物聯(lián)網(wǎng)卡通信模式，采集信息通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)卡傳輸至物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，云平臺(tái)將物聯(lián)網(wǎng)卡通信信息轉(zhuǎn)換為普通2G/4G通信格式信息。

2）2G通信暫未停用，在終端壽命大于3年且廠家更換通信模塊費(fèi)用較小的情況下，結(jié)合當(dāng)?shù)?G停用計(jì)劃，在終端日常維護(hù)和定期巡檢中安排更換計(jì)劃；在終端壽命大于3年且廠家通信模塊不可更換的情況下，結(jié)合當(dāng)?shù)?G停用計(jì)劃，在終端日常維護(hù)和定期巡檢中安排將通信模塊軟件升級(jí)為支持物聯(lián)網(wǎng)卡的通信模式；在終端壽命小于3年情況下，沿用目前方式不變，在壽命期內(nèi)根據(jù)停用計(jì)劃選擇直接更換“二遙”故障指示器或短期物聯(lián)網(wǎng)卡過(guò)渡方案。

3 驗(yàn)證測(cè)試

為驗(yàn)證本文所提方案的有效性，本文從以下兩個(gè)方面進(jìn)行了實(shí)例測(cè)試驗(yàn)證，其線(xiàn)路接線(xiàn)圖如圖2所示。

圖2 10kV饋線(xiàn)115梨花路線(xiàn)接線(xiàn)圖

1）“一遙”物聯(lián)網(wǎng)通信驗(yàn)證

通過(guò)軟件模擬10kV饋線(xiàn)115梨花線(xiàn)路2#故障指示器短路信號(hào)動(dòng)作，該信號(hào)傳遞至2#故障指示器轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)器通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)卡將信息轉(zhuǎn)發(fā)至物聯(lián)網(wǎng)通信云平臺(tái)，云平臺(tái)將信息解碼為統(tǒng)一格式后，轉(zhuǎn)發(fā)至故障定位系統(tǒng)后臺(tái)。其故障報(bào)文如圖3所示，證明該方案可行。

圖3 梨花路線(xiàn)2#故障指示器的故障報(bào)文

2）“一遙”物聯(lián)網(wǎng)通信二遙”4G通信故障定位兼容驗(yàn)證

通過(guò)軟件模擬10kV饋線(xiàn)115梨花線(xiàn)路2#故障指示器和5#故障指示器短路信號(hào)動(dòng)作，信號(hào)分別被傳遞至2#故障指示器轉(zhuǎn)發(fā)器和5#故障指示器轉(zhuǎn)發(fā)器。5#轉(zhuǎn)發(fā)器通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)直接將故障信息傳送至故障定位系統(tǒng)；2#轉(zhuǎn)發(fā)器將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至物聯(lián)網(wǎng)通信云平臺(tái)，云平臺(tái)將信息解碼為統(tǒng)一格式后，轉(zhuǎn)發(fā)至故障定位系統(tǒng)后臺(tái)。5#故障指示器和2#故障指示器顯示的故障報(bào)文分別如圖4和圖5所示，115梨花線(xiàn)路故障定位信息如圖6所示，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提方案在故障定位應(yīng)用中的有效性。

圖4 梨花路線(xiàn)5#故障指示器的故障報(bào)文

圖5 梨花路線(xiàn)2#故障指示器的故障報(bào)文

圖6 115梨花路線(xiàn)故障定位信息

4 結(jié)論

為解決采用2G通信模式的配網(wǎng)“一遙”故障指示器通信問(wèn)題和提高壽命期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，本文給出了基于物聯(lián)網(wǎng)卡通信的解決方案，分析了升級(jí)改造的思路，并通過(guò)“一遙”故障指示器的實(shí)測(cè)驗(yàn)證和“一遙”、“二遙”故障指示器混合通信鏈路故障定位適用性驗(yàn)證，證明了本文所提方案的有效性和可靠性。

本文編自2020年第11期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的應(yīng)用研究”，作者為張光儒、馬振祺 等。