杨珂，张运强，谢依霖，胡海瑞
昆明盘龙供电局 云南省昆明市 650000
摘要：针对当前配网柱上开关存在的问题，引入先进的UHF技术，配备智能化的配网控制平台，对各类重要数据进行监测，并未运维人员提供更好的作业环境，节省运维时间，提高运维效率，并实现更好的运维效果。通过移动终端APP帮助运维人员统一操作和维护配电器具。设计和研发利用手机或其他终端设备，基于UHF传输和蓝牙技术，通过无线局域网以及通信技术，为配网终端适配数据模块，改进控制系统，确保配网安全稳定运行。
关键词：UHF技术；智能化配网；智能控制平台
针对配网存在的主站系统的实用化应用不足，开关数量庞大，故障率高，故障点定位困难，维修不及时，运维条件较差等问题，从配网终端的监测、定位、运维简化、操作的落地化、控制统一管理化、线路故障定位，等多个方面提高配网供电的可靠性、实现配网透明化、简化配网终端运维、提高运维的安全性、解决遥控器管理的薄弱环节。
一、目前配网自动化开关控制存在的问题
当前我国的配网自动化建设正处于高速发展阶段，配网柱上开关广泛分布于架空线路，多数柱上开关配套FTU，从而实现包括分段、分界以及联络等功能，依靠PT、CT等互感器，能够测量线路正常运行状态下的电压、电流、功率、开关分合状态等参数，以及记录发生故障时的故障类型、故障信息。但是柱上智能型开关具备自动化功能，但未接入配电自动化主站，主站系统的实用化应用不足、且数量大、分布广，大部分终端已经过了质保期，均安装于杆塔上，故障发生率随时间的延伸不断升高，后期升级维护难度大；在正常的设备巡视运维以及故障查找工作中，作业人员需上杆才能查看获取开关信息，日常运维效率低，增加了高坠、触电的作业风险；故障巡视尤其是夜间故障查找，风险更大的同时，影响故障隔离复电时间，增加故障停电时户数。FTU还具备地面遥控器控制分合的功能，但每一台柱上开关地面操作所配置的遥控器不具有通用性、相互独立，增加了遥控器数量，为遥控器的使用和管理带来了很大的难度，且遥控器极易被干扰，是电力安全的薄弱环节。为了解决这些问题，不仅要在设备方面进行不断革新改进，引入先进技术，提高设备水平，还要在智能化控制系统方面加以研究，实现对配网自动化开关的深度管理，改善运维作业环境的同时，提高运维效率以及配网安全性，确保输电线路运行稳定。
二、智能控制平台系统设计目标
为了解决当前柱上开关控制问题，并提高运维效率，计划利用手机等移动终端具备，以UHF传输理论为基础，运用蓝牙技术、无线局域网技术、4G通讯网络，对多个厂家的柱上馈线终端通过加装相应的适配数据模块的方式改进、开发移动APP平台、架设专网服务器与软件服务子站。
首先要对线路设备进行一次性改造，加装适配模块、开发服务子站和移动APP平台、调整通信。对老旧架空线路的柱上馈线终端、配变终端等扁平化管理、实时运行信息及故障监控、运维路径优化、落地调试及操作，解决目前对于老旧架空线路上的终端的管理难、遥控器管理难存在风险、故障不实时、设备安装点位不明确、登高运维作业带来的安全风险的缺点。
与柱上馈线终端厂家合作，利用蓝牙和无线网络传输的低功耗、抗干扰能力强、加密性能好等特点，从软件层面上提高控制水平。手机等移动终端通过蓝牙连接或者无线网络连接，利用移动APP和柱上馈线终端建立通讯协议，实现在故障现场利用移动APP统一查看多厂家的柱上馈线终端监测记录的信息、设备运行状态、定值下载、控制柱上开关的分合等数据和操作。并且运维人员在现场无需上杆作业，避免高坠、触电的风险，作业条件得到改善。加强遥控器的管理避免遥控器丢失为配网带来的风险。在保障电力数据及设备绝对安全的情况下对配网线路设备一次性改造，加装4G专线APN数据模块、开发服务子站和移动APP平台、调整通信，将馈线终端的运行信息采集至服务子站。服务子站通过虚拟专网VPN通道将信息单向推送至移动APP平台，实现信息扁平化管理、各层级领导和运维人员可实时掌握故障信息及运行状况，降低故障排除时间提高供电可靠性，实时监控用电负荷，平衡线路负荷等。
在智能设备的移动APP中嵌入地图，实现对现场柱上馈线终端的定位，为运维人员提供导航，选择最佳到达现场的路径，避开拥堵路段等使运维人员快速机动到达故障现场，可直观性的查看受故障影响的地理区域情况。
针对多种开关设备统一运维管理平台，降低运维难度、无需登高作业规避高坠和触电的风险、定位故障位置增、无需专有遥控器提高运维效率。系统的总体技术方案如图1所示。
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图1 UHF技术就地运维柱上自动化开关全通用智能操作系统总体技术方案示意
三、基于UHF技术的智能化配网控制平台系统构成
（一）蓝牙技术与无线局域网传输互为支持
在该智能平台中，为了确保系统稳定性，蓝牙技术与无线局域网技术结合互为冗余、互相抗干扰及数据防撞车、信号在复杂的自然和电磁环境下的空间分布强度数据库，确保移动APP平台在复杂的电磁环境和自然环境下可靠使用，要求蓝牙技术与无线局域网技术可互为热备份，可相互低延迟通道切换，当某一种通信技术宕机时可以快速切换至另一种备用通信技术进行通讯。系统总体结构如图2所示。
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图2 基于UHF传输的Bluetooth技术与无线局域网技术在电力配网场景中的高效应用结构示意图
要求蓝牙技术使用4.0及以上版本并且向下兼容，传输距离不低于50米，传输速率不小于1Mbps，传输延迟小于50毫秒，使用32位寻址，可抵御其他2.4GHz ISM频段无线技术的串扰，使用24-bitCRC校验，确保最大程度抵御干扰，使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证。无线局域网技术支持双波段接入，提供2.4GHz802.11b/g/n和5.8GHz802.11a标准性能，有效传输距离大于50米，传输延迟小于50毫秒，可抵御其他2.4GHz/5.8GHz ISM频段无线技术的串扰。
（二）建立统一的通讯标准
建立通讯协议库、参数及点表库，研究自动识别并选择正确协议类和参数及点表类的方法、蓝牙技术与无线局域网针对各不同的通信协议进行误码率分析、丢帧率分析及通信速率测试。来自不同生产厂商的终端设备所定义的通信协议存在差异、内部参数定义、点表定义、参数存储地址、点表存储地址都是不一致的，特别是早期的各厂家设备，没有标准化通信协议，互不互通，给后续统一管理和升级系统带来困扰。应形成统一的管理平台，对通信协议和数据传输的方式进行统一管理。要求适配通信模块内部建立通信协议库、参数及点表库，适配通信模块可根据各厂家设备的通讯协议特征自主选择匹配类，同时识别终端的厂家，为该终端匹配参数定义、参数存储地址、点表定义、点表存储地址，其传输转换识别误码率小于0.5%、速率大于1Mbps、延迟小于10毫秒。
（三）强化安全机制
基于UHF传输的智能操作平台对电力数据的安全性能及方案研究、分析研究智能操作平台的需要流通的数据类型及数据量、研究数据分类机制，根据数据分类自动选择数据加密的方法、研究智能操作平台对数据流通的通道管理机制、研究智能操作平台安全管控机制，移动终端防丢失机制。
整体框架可大致分为以下几个模块：硬件平台、移动APP数据平台、专网服务子站系统和地图云平台。移动平台采用四级密码防护+挂失机制，数据安全可靠；移动端APP控制界面与地图界面之间须确保完全独立，无数据交互，保证电力敏感数据不暴露至公网；移动端APP与不同厂家的FTU通讯协议匹配，保证通讯稳定可靠；移动端APP地图界面采用加密传输，对于非敏感数据也采用加密，防止任意有可能造成安全威胁的环节。移动终端APP监测平台各模块互相隔离，无任何数据交互，防止网络攻击导致电力敏感数据暴露。
移动端APP内部控制界面与地图界面互相独立，无任何数据交互；控制界面负责本地控制，与FTU通过蓝牙/WLAN模块通讯，完成运维需要的操作；配网监测负责连接接受专网服务子站推送的FTU运行信息及故障信息和其他必要信息等，使运维人员实时了解线路运行情况；地图界面负责连接地图服务器，与其他移动平台共享登记数据、指导运维人员准确到达现场。
配网终端通过嵌入式的适配通信模块将运行数据远程与子站服务器通信，完成远程在线监测功能，同时参数、调试数据与移动APP平台的离线操作模块近场通信，实现就地运维调试功能，使运维调试落地化，无需登高作业避免高坠和触电风险，子站服务器将配网终端的在线监测数据单向推送到移动APP平台，结合离线地图实现线路拓扑关系与地理位置的结合展示、故障定位、运维路径规划、等功能。
（四）设计兼容性强的通信模块
现存的配电自动化设备种类多、厂家多，接口和规约多样。为了达到统一参数设置方法的目的，需要研制一种集成多种通信接口、多种通信规约、多种参数设置方法，并具备通信规约转换的通信模块，此通信模块需要将不同厂家、不同终端、不同硬件接口、不同规约、统一转换至一个接口、一种规约 、一个界面；并且能够自动识别现场终端的类型和参数设置方式。
要求适配通信模块为工业嵌入式通信管理机模块，蓝牙或无线局域网WLAN用于就地调试的近场通讯，4G移动通信用于设备在线监测的通讯；无线发射功率不小于200mW，接收灵敏度高于-105dBm；EMC性能满足国家标准要求的相关电磁兼容四级标准。
（五）研发服务子站
服务子站采用模块化设计，由运行子系统、配置子系统、作图子系统、数据发布模块4部分组成，满足2000台以上配电自动化设备的监控要求。系统历史数据存储时间：大于12个月，报警准确率：100%，数据列表界面刷新响应时间：小于2秒，图形监控界面刷新响应时间：小于3秒，采用MySql数据库，并可以扩展支持SQL、Oracle等商用数据库；全面支持各类电力行业标准。服务子站支持图形化界面，采用高效的拓扑算法实时显示电力图形；数据发布模块基于地理信息系统设计，能够清晰直观的查看管理区域内的配电线路、各种配电自动化设备的运行状况[1]。
（六）移动APP设计
移动APP是运维人员进行开关控制时直接使用的平台，需要具备全面的功能和友好的人机交互界面。实现以下工作要求：能够搜索附近的配电设备，并通过无线名称的关键字符过滤普通设备。根据不同配电设备配置不同的点表，可自行配置定义点表。其中遥控需根据不同的授权开放。展示设备信息统计：设备总数、在线设备数、离线设备数量，进行故障信息统计，如最近12个月的按月统计故障信息，以及未处理的故障信息。可以对故障描述，包括具体位置、编号、故障发生时间等。可以对所有现场发生的故障信息统计：线路名称、故障描述、发生时间等。所有桩点的名称、所属变电站、所属线路名称、开关状态等。利用导航，指导用户到桩点的路线。能够管理该移动设备使用人信息；显示所有移动设备，如有移动设备丢失，可通过云平台挂失，挂失后相应丢失的移动平台APP软件将无法打开，确保信息安全。
结语：全通用智能操作平台有效的解决了配网老旧架空线路设备的“孤岛”问题，让配网运维工作更加便利迅速，提高了运维效率。通过全通用智能操作平台的研发应用，可以使老旧配网架空线路的终端实现扁平化管理、电力资产明确统计，其采集的线路运行数据还可支撑其后的大数据高级应用，每年可以节约大量的人力物力，带来良好的经济效益。
参考文献：
[1]肖勇,孙勇,孔政敏,方彦军.基于UHF RFID技术的电能智能计量系统电力设备的全生命周期管理研究[J].科技管理研究,2018,33(02):213-217.
[2]电力自动化系统在配网运行中的应用[J]. 刘岩,卢潇妍,张菁菁.??通信电源技术. 2019(12)
[3]10kV配网运行事故原因及对策研究[J]. 陈伟皓.??科技创新与应用. 2019(36)
[4]10kV配网运行维护及检修分析[J]. 王方林.??电工技术. 2019(23)
[5]当前电力自动化系统在配网运行中的应用探索[J]. 邓忠亮.??科技经济导刊. 2020(02)
[6]电力配网运行可靠性的主要影响因素及防范对策[J]. 刘奶军.??中国新通信. 2020(08)
作者简介：
杨珂，1992.7.18，男，汉族，云南施甸，供电局运行维护专责，本科，昆明盘龙供电局
张运强1987.06.男，汉族，河南省夏邑县，本科，昆明盘龙供电局
谢依霖，1992.12.18 女 汉族，云南曲靖，监测分析员，本科，昆明盘龙供电局
胡海瑞，1977，男，汉族，云南，助理工程师/规划建设管理中心主任，昆明盘龙供电局