伴随着通信技术的发展，部分运营商已经停用2G服务，使早期基于2G通信的配网故障定位系统终端被迫停用。国网甘肃省电力公司电力科学研究院的研究人员张光儒、马振祺、杨军亭、拜润卿、张家午，在2020年第11期《电气技术》上撰文，从提高配网故障定位系统终端利用率和全寿命周期内终端的实用价值出发，提出了一种基于物联网通信技术的配网故障定位系统升级改造方案。

通过实测验证，该方案可有效解决“一遥”终端的停用问题，保证终端产品的可靠运行，为配网故障定位系统高效、经济运行提供了有益借鉴。

随着配电自动化技术的发展，大量配电终端、通信装置等被应用于配电网，为实时获取配电网运行与故障信息奠定了基础。基于此，很多供电企业建设应用了配网故障定位系统，解决了配电线路故障排查困难和效率低下的问题，节省了供电抢修成本，减少了停电时间。偏远地区由于通信网络建设困难，大多采用无线通信的配网故障定位系统，其对于故障的实时监测工作是依靠故障指示器进行相应的定位，从而提升配网运行的安全性和可靠性。

配电线路故障定位系统主要由故障指示器（故障采集器、数据转发器）和主站系统构成。故障采集器主要监测配电线路接地、短路等故障信息，监测信息可通过无线方式传输至数据转发器；数据转发器再通过无线通信方式将故障指示器采集数据转发至主站系统。

1 现状分析

甘肃农村地区2017年之前安装的较多故障指示器采用全球移动通信系统（global system for mobile communication, GSM）、码分多址（code division multiple access, CDMA）或无线分组业务（general packet radio service, GPRS）等2G通信方式与主站系统（系统运行后台）进行通信。在线路发生短路或接地后，故障转发器将接收的3个故障采集器发送的故障电流数据转换为通用的文件后上送主站系统。

主站系统根据各采集单元发送的信息进行综合研判，定位出故障区间并向运维或抢修人员发送故障定位信息，为故障抢修提供辅助决策信息。

随着国家信息通信产业的升级换代，运营商对通信网络进行了升级改造，部分地区2G通信基站已停用或在逐步升级改造中。甘肃电网2017年以前建设应用的配网故障定位系统终端主要采用“一遥”故障指示器，其数据转发器主要以2G通信为主。

该类终端通信模块无法兼容4G模式，且部分数据转发器为一体化设计，不可将通信模块单独拆卸。一旦运营商停用2G网络，将导致大量终端无法进行数据上传，引发配网故障定位系统部分终端瘫痪。

2019年下半年，甘肃部分地区运营商已被告知将逐步退出2G业务，为确保已建成的配网故障定位系统正常运行，本文提出一种基于物联网通信技术的配网故障定位系统升级改造方案，以期切实提高2G终端在寿命期内的利用率，降低配网故障定位系统的重复投资，发挥其在配电故障定位中的价值，保障供电抢修效率和缩短故障停电时间。

2 基于物联网通信技术的升级改造方案

随着物联网的快速发展，物联通信组网技术已经得到了一定的应用推广，譬如共享单车等。当前的物联网应用主要使用近场通信（near field com- munication, NFC）技术和低频率广域网（low-power wide-area network, LPWAN）技术。

大多基于NFC的物联应用需要依赖传统的长距离网络信息处理技术，如蜂窝网络。“NFC技术+蜂窝网络”的数据联网模式占用网络资源极大，导致物联网通信的应用成本居高不下。因此不适用大规模扩展的终端接入。

而LPWAN技术满足广覆盖效益和低功率成本的要求，其主要技术有：基于现有移动蜂窝网络设备的窄频物联网（NB-IoT）和LTE-M技术、基于无线局域网的802.11ah和802.11p协议技术、基于独立组网和未授权频段的长距离广域网（LoRaWAN）技术以及Sigfox技术等[5]。NB-IoT借用现有的蜂窝网络设施可以实现广域覆盖和长距离传输，且可以实现无线协议的简化和低功耗应用，因此基于窄频物联网技术越来越受到了重视并得到推广。

为解决“一遥”2G终端停用和更换成本问题，本文设计一套基于物联网通信卡的配网故障信息采集方案。该方案通过将故障定位系统终端故障指示器通信模块升级为物联网卡通信模式，构成远端物联网组件，可在故障定位终端和远程电力通信系统之间实现数据采集、绑定和传输，结合物联网数据加密防护对传输数据进行验证和反馈。最后完成数据的点对点远程传输，实现验证数据的准确回传。其具体方案的流程如图1所示。

图1 基于物联网通信技术升级改造方案

从图1可以看出，基于物联网通信技术的升级改造主要解决“一遥”2G终端的通信问题。图1详细给出了目前故障指示器信息采集、传输的完整链路。针对“一遥”故障指示器的停用风险，应结合通信模块更换与否、终端剩余使用寿命和更换经济性进行综合评估。

总结升级策略主要如下：

1）如果2G通信已停用，在剩余寿命大于3年且厂家更换通信模块费用较小的情况下，直接更换4G通信模块；其余情况下，将通信模块软件升级为支持物联网卡通信模式，采集信息通过物联网卡传输至物联网云平台，云平台将物联网卡通信信息转换为普通2G/4G通信格式信息。

2）2G通信暂未停用，在终端寿命大于3年且厂家更换通信模块费用较小的情况下，结合当地2G停用计划，在终端日常维护和定期巡检中安排更换计划；在终端寿命大于3年且厂家通信模块不可更换的情况下，结合当地2G停用计划，在终端日常维护和定期巡检中安排将通信模块软件升级为支持物联网卡的通信模式；在终端寿命小于3年情况下，沿用目前方式不变，在寿命期内根据停用计划选择直接更换“二遥”故障指示器或短期物联网卡过渡方案。

3 验证测试

为验证本文所提方案的有效性，本文从以下两个方面进行了实例测试验证，其线路接线图如图2所示。

图2 10kV馈线115梨花路线接线图

1）“一遥”物联网通信验证

通过软件模拟10kV馈线115梨花线路2#故障指示器短路信号动作，该信号传递至2#故障指示器转发器，转发器通过物联网卡将信息转发至物联网通信云平台，云平台将信息解码为统一格式后，转发至故障定位系统后台。其故障报文如图3所示，证明该方案可行。

图3 梨花路线2#故障指示器的故障报文

2）“一遥”物联网通信二遥”4G通信故障定位兼容验证

通过软件模拟10kV馈线115梨花线路2#故障指示器和5#故障指示器短路信号动作，信号分别被传递至2#故障指示器转发器和5#故障指示器转发器。5#转发器通过4G网络直接将故障信息传送至故障定位系统；2#转发器将信号转发至物联网通信云平台，云平台将信息解码为统一格式后，转发至故障定位系统后台。5#故障指示器和2#故障指示器显示的故障报文分别如图4和图5所示，115梨花线路故障定位信息如图6所示，进一步验证了本文所提方案在故障定位应用中的有效性。