摘要：該文闡述了基於GIS的配電設備運行監控系統的系統架構、工作流程、功能模塊，及其在實際中的應用，提出通過對配電設備進行實時監控和數據分析，可以提高配電網絡運行管理水平。
關鍵詞：配電設備 GIS 監控技術
爲了滿足配電網絡發展的需要，綜合多年配電網絡監控技術應用的經驗，瀋陽市沈北新區農電局提出並開發了“基於GIS的配電網設備運行監控系統”，這套系統是建立在電力地理信息系統的基礎上，以實現後臺監控系統對故障點邏輯相關信息的判斷分析和自動提取相關信息的功能爲根本目的，非常符合配電網絡迅速發展的需要。本文通過闡述“基於GIS的配電網絡設備運行監控系統”的系統架構、工作流程、功能模塊，並結合沈北新區農電局道義線、紡校線、開發一線和開發二線四條線路配電設備監控情況，總結出通過對配電設備進行實時監控和數據分析，可以提高配電網絡運行管理水平。
1基於GIS的配電設備運行監控系統的構成
1.1系統的組成
本系統的架構包括三部分：監控主站、通訊鏈路、監控終端。
監控主站是本系統的樞紐，位於局調度中心，由主工作站、前置機與數據庫服務器組成。主工作站是調度員查詢與管理受監控配電設備的窗口，通過GIS將配電線路與設備信息與實際地理位置相對應的顯示在電子地圖上。前置機與數據庫服務器通過數據總線與主工作站連接，其安全性通過監控和雙機備份的方式得到保證。監控系統採用orcale9i數據庫平臺，能夠容納大量的用戶基礎數據和歷史數據，從而提供了更快和更穩定的運行環境。GIS功能採用的是國際優秀的ArcGIS平臺。
通訊鏈路採用GPRS數據傳輸方式。GPRS（通用分組無線業務）適用於間斷的、突發性的或者是頻繁的數據傳輸，也適合於偶發的大量數據傳輸的特性，剛好適應於配電網絡穩定運行及突發故障的工作狀態。通過實時在線、高傳輸速率、高可靠性的GPRS技術，將採集到的海量數據完整無誤的傳輸到監控主站。根據目前的通訊需要，系統可以滿足2000個監控點同時監控的需要，在10個開關同時發生故障並且頻繁開斷的情況下，系統的響應處理完成時間不會超過2s，根據未來的發展可以採用集羣的方式，來滿足更大規模和更高水平的監控需求。
監控終端位於現場配電設備端，分爲測量監控器與通訊模塊兩部分。測量監控器與配電設備直接連接，能夠測量及整定控制配電設備，可以允許將數據就地存儲並保留15～30天，以便於故障的分析。它由COM接口與通訊模塊銜接。這種結構適於電力網絡的統一監控及分佈式管理。
1.2系統工作流程
本系統的工作流程爲：採集－分析－處理三個過程。監控終端來完成對設備及線路信息數據的實時採集與傳送，監控主站對積累的海量數據、線路參數的變化進行分析，進而對配電網絡進行監控及故障處理。
實時採集設備運行參數。根據這些採集的數據進行分析，藉助於GIS對故障點快速定位（包括對終端設備數據的主動提取和分析）、控制開關隔離故障，甚至控制環網手拉手開關的動作等，降低停電時間和停電範圍。同時提供綜合數據，爲監控人員分析線路狀況提供全面的綜合型的信息（包括線路出口詳細信息，開關的動作和動作前後的線路詳細信息，開關邏輯相關的分析設備包括變壓器的運行信息等），在採用手動執行方式時，爲方案制定者提供一個可供參考的隔離故障實施方案。
根據對歷史數據的分析，形成開關動作的定值調整等方案，提示控制人員採用相應的方案保持線路的合理、經濟、可靠運行。供電負荷的特點是不同季節負荷變化相對較大，本系統能夠按照經驗整定值、實際負荷情況與季節性負荷預測情況，由實時數據與歷史數據相結合分析給出的定值調整方案來整定開關的控制信號。
根據採集的數據和當前GIS設備的現狀進行線損理論計算，利用出口代表日均方根電流法、末端電流法、電量法等都可以進行實時在線的線損理論計算。爲生產管理提供理論數據依據。
根據設備狀況、運行數據、線損數據、GIS地理位置信息綜合分析電網架構的合理性，並形成優化更改的建議性方案，爲電網更安全穩定、經濟可靠地運行提供強大的技術支持和保障。
1.3系統功能介紹
根據系統架構將系統主要功能模塊分成兩大部分：監控主站端功能模塊與監控終端功能模塊。監控主站端作爲GIS數據及監控數據顯示的基本平臺，主要的功能有：GIS地圖顯示、監控數據查詢與維護、遠程整定控制參數及權限管理；而監控終端的功能爲數據採集與通訊、自動隔離故障。
在設計線路監控終端設備的安裝地點時，主要考慮以下三個方面：一是負荷的分佈；其次是保護配合的順序；三爲線路的長短和分支的情況，儘可能做到分支線路故障不引起主幹開關動作。主幹線路故障時，儘可能做到不引起變電所開關動作。因此當配電開關控制器監測到線路電流超過保護值時，將啓動相應的保護措施進行分閘。自診斷故障類型，通過幾次重合閘，對於瞬時故障或涌流將故障排除；對於永久故障，及時切斷故障電流。同時，對於大故障電流引起幹線開關動作的，在線路分支隔離故障成功之後，受到影響的幹路及其他線路會自動恢復送電。這些動作信息實時傳送回監控主站。
2基於GIS配電設備運行監控系統的特點分析
沈北新區農電局通過“基於GIS的配電設備運行監控系統”試點的實施，及時、準確地獲得了道義線、紡校線、開發一及開發二線的配電設備運行的全面信息，實現了數據共享的基礎，爲未來系統的發展奠定了良好的開端；實現了對配電線路的故障進行快速診斷與自動隔離，減少了故障停電範圍，恢復非故障段供電；使配電網處於安全可靠、經濟優質的運行狀態。
其提高配電網絡設備的先進管理水平主要體現在以下幾個方面：
故障點快速定位及響應：未實施“基於GIS的配電設備運行監控系統”之前，故障發生地點要依靠人工方式進行排查。往往會造成停電範圍大、故障點排查不準確、搶修時間長、工作效率低等現象，進而影響供電可靠性。這種情況下做出的決策往往目的性差、時效性差。本系統實施後，由於採用了實時監控系統，監控終端的開關控制器（重合閘控制器與斷路器控制器）會迅速動作，排除故障；同時在GIS地理圖與線路拓撲圖上語音報警提示故障位置及監控終端動作信息並渲染線路影響區域。這樣快速響應的機制，爲決策者提供了準確的故障點與周圍環境的特徵，爲搶修工作的進行贏得了寶貴的時間，有效的控制了停電時間與停電範圍。
遠程整定控制值：實施的監控系統採用的是B/S結構，輔助無線通訊模塊，可以準確快捷的遠程整定控制值。遠程整定主要體現在兩個方面：一是在局調度室即可完成整定，免去現場的環節，並且可以對線路上多處監控裝置進行統一調整，體現了時效性與同時性；二是在實時在線監測四條配電線路各種參數變化的基礎上，積累了大量的基礎數據，爲統計、分析線路的變化情況提供了豐富的數據基礎。避免了因開關動作限流值整定及動作順序配合不合理而引起的“誤動”，提高了這四條線路的管理水平，保障了線路運行的可靠性。
爲合理規劃配電網以及數據整合提供平臺：基於GIS的實時監控系統的實施，爲合理規劃配電網以及數據整合提供了平臺。通過對配電設備的實時監控，可以實時掌握配電網絡的運行參數，查詢歷史故障記錄，在GIS環境下綜合考慮地理環境、配電網線路分配、供電半徑等各方面因素，從而爲網絡優化規劃評估提供一個輔助決策的平臺。
目前實施的“基於GIS的配電網絡設備運行監控系統”已經與全局生產運行管理系統、調度管理系統、營銷管理系統、計量管理系統等建立了接口，實現了監控的設備信息與地理信息系統中設備信息完全一致，所有監控設備取得的監控數據都可以通過地理信息系統原有的接口爲其他的系統提供準確一致的信息服務。
關鍵詞：配電設備 GIS 監控技術
爲了滿足配電網絡發展的需要，綜合多年配電網絡監控技術應用的經驗，瀋陽市沈北新區農電局提出並開發了“基於GIS的配電網設備運行監控系統”，這套系統是建立在電力地理信息系統的基礎上，以實現後臺監控系統對故障點邏輯相關信息的判斷分析和自動提取相關信息的功能爲根本目的，非常符合配電網絡迅速發展的需要。本文通過闡述“基於GIS的配電網絡設備運行監控系統”的系統架構、工作流程、功能模塊，並結合沈北新區農電局道義線、紡校線、開發一線和開發二線四條線路配電設備監控情況，總結出通過對配電設備進行實時監控和數據分析，可以提高配電網絡運行管理水平。
1基於GIS的配電設備運行監控系統的構成
1.1系統的組成
本系統的架構包括三部分：監控主站、通訊鏈路、監控終端。
監控主站是本系統的樞紐，位於局調度中心，由主工作站、前置機與數據庫服務器組成。主工作站是調度員查詢與管理受監控配電設備的窗口，通過GIS將配電線路與設備信息與實際地理位置相對應的顯示在電子地圖上。前置機與數據庫服務器通過數據總線與主工作站連接，其安全性通過監控和雙機備份的方式得到保證。監控系統採用orcale9i數據庫平臺，能夠容納大量的用戶基礎數據和歷史數據，從而提供了更快和更穩定的運行環境。GIS功能採用的是國際優秀的ArcGIS平臺。
通訊鏈路採用GPRS數據傳輸方式。GPRS（通用分組無線業務）適用於間斷的、突發性的或者是頻繁的數據傳輸，也適合於偶發的大量數據傳輸的特性，剛好適應於配電網絡穩定運行及突發故障的工作狀態。通過實時在線、高傳輸速率、高可靠性的GPRS技術，將採集到的海量數據完整無誤的傳輸到監控主站。根據目前的通訊需要，系統可以滿足2000個監控點同時監控的需要，在10個開關同時發生故障並且頻繁開斷的情況下，系統的響應處理完成時間不會超過2s，根據未來的發展可以採用集羣的方式，來滿足更大規模和更高水平的監控需求。
監控終端位於現場配電設備端，分爲測量監控器與通訊模塊兩部分。測量監控器與配電設備直接連接，能夠測量及整定控制配電設備，可以允許將數據就地存儲並保留15～30天，以便於故障的分析。它由COM接口與通訊模塊銜接。這種結構適於電力網絡的統一監控及分佈式管理。
1.2系統工作流程
本系統的工作流程爲：採集－分析－處理三個過程。監控終端來完成對設備及線路信息數據的實時採集與傳送，監控主站對積累的海量數據、線路參數的變化進行分析，進而對配電網絡進行監控及故障處理。
實時採集設備運行參數。根據這些採集的數據進行分析，藉助於GIS對故障點快速定位（包括對終端設備數據的主動提取和分析）、控制開關隔離故障，甚至控制環網手拉手開關的動作等，降低停電時間和停電範圍。同時提供綜合數據，爲監控人員分析線路狀況提供全面的綜合型的信息（包括線路出口詳細信息，開關的動作和動作前後的線路詳細信息，開關邏輯相關的分析設備包括變壓器的運行信息等），在採用手動執行方式時，爲方案制定者提供一個可供參考的隔離故障實施方案。
根據對歷史數據的分析，形成開關動作的定值調整等方案，提示控制人員採用相應的方案保持線路的合理、經濟、可靠運行。供電負荷的特點是不同季節負荷變化相對較大，本系統能夠按照經驗整定值、實際負荷情況與季節性負荷預測情況，由實時數據與歷史數據相結合分析給出的定值調整方案來整定開關的控制信號。
根據採集的數據和當前GIS設備的現狀進行線損理論計算，利用出口代表日均方根電流法、末端電流法、電量法等都可以進行實時在線的線損理論計算。爲生產管理提供理論數據依據。
根據設備狀況、運行數據、線損數據、GIS地理位置信息綜合分析電網架構的合理性，並形成優化更改的建議性方案，爲電網更安全穩定、經濟可靠地運行提供強大的技術支持和保障。
1.3系統功能介紹
根據系統架構將系統主要功能模塊分成兩大部分：監控主站端功能模塊與監控終端功能模塊。監控主站端作爲GIS數據及監控數據顯示的基本平臺，主要的功能有：GIS地圖顯示、監控數據查詢與維護、遠程整定控制參數及權限管理；而監控終端的功能爲數據採集與通訊、自動隔離故障。
在設計線路監控終端設備的安裝地點時，主要考慮以下三個方面：一是負荷的分佈；其次是保護配合的順序；三爲線路的長短和分支的情況，儘可能做到分支線路故障不引起主幹開關動作。主幹線路故障時，儘可能做到不引起變電所開關動作。因此當配電開關控制器監測到線路電流超過保護值時，將啓動相應的保護措施進行分閘。自診斷故障類型，通過幾次重合閘，對於瞬時故障或涌流將故障排除；對於永久故障，及時切斷故障電流。同時，對於大故障電流引起幹線開關動作的，在線路分支隔離故障成功之後，受到影響的幹路及其他線路會自動恢復送電。這些動作信息實時傳送回監控主站。
2基於GIS配電設備運行監控系統的特點分析
沈北新區農電局通過“基於GIS的配電設備運行監控系統”試點的實施，及時、準確地獲得了道義線、紡校線、開發一及開發二線的配電設備運行的全面信息，實現了數據共享的基礎，爲未來系統的發展奠定了良好的開端；實現了對配電線路的故障進行快速診斷與自動隔離，減少了故障停電範圍，恢復非故障段供電；使配電網處於安全可靠、經濟優質的運行狀態。
其提高配電網絡設備的先進管理水平主要體現在以下幾個方面：
故障點快速定位及響應：未實施“基於GIS的配電設備運行監控系統”之前，故障發生地點要依靠人工方式進行排查。往往會造成停電範圍大、故障點排查不準確、搶修時間長、工作效率低等現象，進而影響供電可靠性。這種情況下做出的決策往往目的性差、時效性差。本系統實施後，由於採用了實時監控系統，監控終端的開關控制器（重合閘控制器與斷路器控制器）會迅速動作，排除故障；同時在GIS地理圖與線路拓撲圖上語音報警提示故障位置及監控終端動作信息並渲染線路影響區域。這樣快速響應的機制，爲決策者提供了準確的故障點與周圍環境的特徵，爲搶修工作的進行贏得了寶貴的時間，有效的控制了停電時間與停電範圍。
遠程整定控制值：實施的監控系統採用的是B/S結構，輔助無線通訊模塊，可以準確快捷的遠程整定控制值。遠程整定主要體現在兩個方面：一是在局調度室即可完成整定，免去現場的環節，並且可以對線路上多處監控裝置進行統一調整，體現了時效性與同時性；二是在實時在線監測四條配電線路各種參數變化的基礎上，積累了大量的基礎數據，爲統計、分析線路的變化情況提供了豐富的數據基礎。避免了因開關動作限流值整定及動作順序配合不合理而引起的“誤動”，提高了這四條線路的管理水平，保障了線路運行的可靠性。
爲合理規劃配電網以及數據整合提供平臺：基於GIS的實時監控系統的實施，爲合理規劃配電網以及數據整合提供了平臺。通過對配電設備的實時監控，可以實時掌握配電網絡的運行參數，查詢歷史故障記錄，在GIS環境下綜合考慮地理環境、配電網線路分配、供電半徑等各方面因素，從而爲網絡優化規劃評估提供一個輔助決策的平臺。
目前實施的“基於GIS的配電網絡設備運行監控系統”已經與全局生產運行管理系統、調度管理系統、營銷管理系統、計量管理系統等建立了接口，實現了監控的設備信息與地理信息系統中設備信息完全一致，所有監控設備取得的監控數據都可以通過地理信息系統原有的接口爲其他的系統提供準確一致的信息服務。
電力應用：電力,圖形,接線圖,配圖,操作票,線路圖,SCADA,電力圖符,電力圖形編輯,電力信息,電力系統,電力技術,電力設備,電力管理,抄表,電網,PAS,線損,調度,仿真,無功優化,控制,遠程載波,
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