智能計(jì)量測(cè)控終端在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

侯建敏

摘 要：介紹了智能電網(wǎng)中的高壓電子計(jì)量體系， 結(jié)合傳統(tǒng)高壓電能計(jì)量裝置的若干問(wèn)題， 分析了計(jì)量測(cè)控終端的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。提出了計(jì)量測(cè)控終端應(yīng)用于智能配電網(wǎng)的應(yīng)用方案， 并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；高壓電子計(jì)量體系；計(jì)量測(cè)控終端

智能電網(wǎng)是當(dāng)今電力系統(tǒng)發(fā)展的主流方向，智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。智能配電網(wǎng)是在當(dāng)前配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代傳感、測(cè)量、通信、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)與配電網(wǎng)絡(luò)高度集成形成的新型配電網(wǎng)[1]。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，智能配電網(wǎng)整合了配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和各種管理信息，為配電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員提供更全面、更完整的電網(wǎng)狀態(tài)信息，改變過(guò)去以時(shí)間滯后的有限信息為依據(jù)的配電網(wǎng)管理方式，促進(jìn)配電網(wǎng)精細(xì)化、智能化運(yùn)行的實(shí)施。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和電能計(jì)量主要采用基于電磁式互感器的高壓計(jì)量箱或高壓計(jì)量柜來(lái)實(shí)現(xiàn)。而智能配電網(wǎng)的發(fā)展則需要響應(yīng)更快、數(shù)據(jù)更準(zhǔn)、智能化程度更高的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和電能計(jì)量平臺(tái)，并以此為基礎(chǔ)來(lái)建設(shè)配電網(wǎng)的高級(jí)計(jì)量體系（AMI）。AMI通過(guò)傳感裝置（新型互感器）、智能電表、電力通信網(wǎng)絡(luò)將電力公司和用戶(hù)緊密相連。結(jié)合相應(yīng)的量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，AMI不僅能夠有效監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀況，為需求側(cè)管理（DSM）的實(shí)施提供數(shù)據(jù)支撐，還能為電力公司解決以下問(wèn)題提供技術(shù)支持：①削峰填谷；②降低用電客戶(hù)的管理成本；③縮短電費(fèi)回收周期；④竊電防治；⑤掌握客戶(hù)用電特性，更好地編制用電計(jì)劃；⑥優(yōu)化負(fù)荷管理，創(chuàng)造社會(huì)效益；⑦優(yōu)化線(xiàn)損計(jì)算，為能量平衡提供依據(jù)；⑧及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)故障[2-5]。

智能配電網(wǎng)建設(shè)計(jì)量體系首先要解決計(jì)量測(cè)控終端的問(wèn)題。通過(guò)新型傳感裝置、新型電能表和通信裝置解決電網(wǎng)運(yùn)行和計(jì)量數(shù)據(jù)的全面、準(zhǔn)確、高效采集和高效傳輸，從而滿(mǎn)足智能配電網(wǎng)的功能需求。

1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)高壓計(jì)量系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前，10kV中壓配電網(wǎng)多采用兩元件法（兩臺(tái)電磁式電壓互感器、兩臺(tái)電磁式電流互感器和一只三相多功能電能表）進(jìn)行電能計(jì)量和電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集。這種計(jì)量系統(tǒng)存在的問(wèn)題包括：①互感器體積大，絕緣較為復(fù)雜，導(dǎo)致銅、鐵和絕緣材料的大量消耗；②電流互感器僅在低壓狀態(tài)下檢定，未考慮高電壓對(duì)電流互感器的影響，其實(shí)際誤差具有不確定性；③電磁式互感器在中性點(diǎn)不接地（或小電流接地）的配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，易誘發(fā)鐵磁諧振而導(dǎo)致諧振過(guò)電壓，危及電網(wǎng)安全；④兩元件計(jì)量方式難以滿(mǎn)足不平衡負(fù)荷的精準(zhǔn)計(jì)量；⑤電磁式互感器頻帶較窄，難以準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)諧波信息和瞬態(tài)信息，不利于電網(wǎng)安全管理；⑥電磁互感器實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷往往遠(yuǎn)離互感器設(shè)計(jì)的下限負(fù)荷，互感器空載損耗大，造成電力浪費(fèi)；⑦缺乏實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互平臺(tái)。

要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化建設(shè)，需要優(yōu)先解決電網(wǎng)運(yùn)行和計(jì)量數(shù)據(jù)測(cè)的全、測(cè)的準(zhǔn)、響應(yīng)快、傳輸可靠的問(wèn)題。配電網(wǎng)的高壓計(jì)量系統(tǒng)就是解決這一問(wèn)題的實(shí)施平臺(tái)。采用新技術(shù)合理配置高壓計(jì)量終端，將測(cè)量、計(jì)量、保護(hù)和通信功能進(jìn)行有機(jī)融合，可有效推進(jìn)配電網(wǎng)的智能化建設(shè)和需求側(cè)管理的實(shí)施。

2 計(jì)量測(cè)控終端的組成

2.1 傳感系統(tǒng)

計(jì)量測(cè)控終端的傳感系統(tǒng)主要由電阻分壓電壓互感器和羅氏線(xiàn)圈（或低功耗小鐵心）電流互感器組成。電阻分壓電壓互感器采用純阻性的納米導(dǎo)電陶瓷精密分壓電阻作為感知電網(wǎng)電壓的一次傳感器。由于精密分壓電阻為純阻性元件，具有電磁式電壓互感器無(wú)法比擬的響應(yīng)速度、線(xiàn)性度和頻帶寬度，能快速、準(zhǔn)確地采集電網(wǎng)的瞬態(tài)、基波、諧波和直流分量信息，可以為計(jì)量、保護(hù)和運(yùn)行監(jiān)測(cè)提供全面、準(zhǔn)確的線(xiàn)路電壓信息。羅氏線(xiàn)圈（或低功耗小鐵心）電流互感器具有良好的線(xiàn)性度和寬頻帶寬度，能快速、準(zhǔn)確地采集電網(wǎng)的瞬態(tài)、基波、諧波信息，可以結(jié)合電阻分壓互感器提供實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的線(xiàn)路參數(shù)，為計(jì)量、保護(hù)和運(yùn)行監(jiān)測(cè)提供支持。

傳感系統(tǒng)包括三支電壓互感器和三支電流互感器，提供的線(xiàn)路電壓、電流信息均是實(shí)際測(cè)數(shù)據(jù)，能夠適應(yīng)不平衡電網(wǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)可避免利用兩元件計(jì)量漏洞竊電。

電阻分壓電壓互感器和羅氏線(xiàn)圈（或低功耗小鐵心）電流互感器的功耗和銅、鐵資源消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)互感器，可以節(jié)省大量運(yùn)行能耗和銅、鐵資源?，F(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)鐵磁互感器，消除了鐵磁諧振危害，有利于電網(wǎng)安全。

2.2 智能電表

計(jì)量測(cè)控終端的智能電表作為本地智能系統(tǒng)的中樞，包含數(shù)據(jù)接收單元、計(jì)量單元、保護(hù)控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、人機(jī)交互單元和中央處理器。來(lái)自傳感系統(tǒng)的線(xiàn)路參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)接收單元進(jìn)入智能電表后，計(jì)量單元和保護(hù)控制單元共享線(xiàn)路參數(shù)。計(jì)量單元對(duì)電能進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量，確保整體計(jì)量精度達(dá)到有功0.5s級(jí)和無(wú)功2級(jí)。保護(hù)控制單元?jiǎng)t對(duì)線(xiàn)路參數(shù)進(jìn)監(jiān)測(cè)和實(shí)行綜合處理，按照設(shè)定的規(guī)則和上級(jí)指令對(duì)本地線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)和控制，向執(zhí)行系統(tǒng)下達(dá)動(dòng)作指令并接收?qǐng)?zhí)行系統(tǒng)狀態(tài)反饋信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)指令、協(xié)議和計(jì)量、測(cè)試數(shù)據(jù)。人機(jī)交互單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)測(cè)控終端和用戶(hù)之間的信息交互，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶(hù)互動(dòng)化的平臺(tái)。中央處理器則負(fù)責(zé)智能電表各個(gè)單元之間以及計(jì)量測(cè)控終端與上級(jí)之間的信息交互、協(xié)調(diào)。

2.3 通信系統(tǒng)

計(jì)量測(cè)控終端的通信系統(tǒng)是以GS-18電力線(xiàn)載波通信單元為核心的寬帶電力線(xiàn)載波系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)將本地的計(jì)量、測(cè)控、保護(hù)信息和用戶(hù)反饋信息上傳和上級(jí)管理、控制指令的下達(dá)。通信系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理單元、GS-18 OFDM載波單元和信號(hào)耦合單元組成。

動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理單元承擔(dān)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)管理兩大功能。電力線(xiàn)是連接電力用戶(hù)和電力運(yùn)行管理部門(mén)的天然網(wǎng)絡(luò)，是電網(wǎng)通信的優(yōu)選信道。但是，由于電力線(xiàn)是為了傳輸電能而架設(shè)的，線(xiàn)路上連接有各種負(fù)載，因而其信道特性具有時(shí)變性。為了實(shí)現(xiàn)在電力線(xiàn)上高效率、高可靠通信，動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理單元將依據(jù)GS-18 OFDM載波單元獲取的信道特性動(dòng)態(tài)配置通信頻率等參數(shù)。GS-18 OFDM載波單元是以GS-18載波芯片為核心的寬帶電力線(xiàn)載波通信模塊，該模塊具有18個(gè)獨(dú)立的通信頻段、54個(gè)子載波，能夠在數(shù)據(jù)通信的同時(shí)檢測(cè)電力線(xiàn)信道特性，并在動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理單元的支持下從18個(gè)通信頻段中選配合適的通信頻率組合動(dòng)態(tài)組網(wǎng)來(lái)適應(yīng)時(shí)變的電力線(xiàn)信道，確保高效率、高可靠通信。信號(hào)耦合單元承擔(dān)著信號(hào)耦合和高壓-低壓電氣隔離的功能。通過(guò)信號(hào)耦合單元，可實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)在電力線(xiàn)與通信系統(tǒng)收發(fā)單元之間的耦合并確保通信系統(tǒng)電氣安全。較傳統(tǒng)的SMS或GPRS信號(hào)傳輸有著信號(hào)穩(wěn)定、沒(méi)有通信費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)。

2.4 執(zhí)行系統(tǒng)

計(jì)量測(cè)控終端的執(zhí)行系統(tǒng)由永磁開(kāi)關(guān)單元、狀態(tài)指示與反饋單元及手動(dòng)開(kāi)關(guān)組成。該系統(tǒng)承擔(dān)本地保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行和上級(jí)管控指令執(zhí)行的功能。通過(guò)該系統(tǒng)，可以快速實(shí)現(xiàn)故障線(xiàn)路剝離、負(fù)荷管控等功能。

3 計(jì)量測(cè)控終端的應(yīng)用

計(jì)量測(cè)控終端作電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互和電能計(jì)量的平臺(tái)，主要安裝于配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變用戶(hù)的進(jìn)線(xiàn)側(cè)、公變臺(tái)區(qū)進(jìn)線(xiàn)側(cè)、線(xiàn)路重要分支節(jié)點(diǎn)和不同線(xiàn)路互倒開(kāi)關(guān)點(diǎn)等重要節(jié)點(diǎn)。計(jì)量測(cè)控終端的傳感系統(tǒng)、智能電表、通信系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)四大功能模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)，在實(shí)現(xiàn)本地計(jì)量、保護(hù)的同時(shí)還能與上級(jí)和用戶(hù)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交互。計(jì)量測(cè)控終端利用GS-18電力線(xiàn)載波通信系統(tǒng)通過(guò)電力線(xiàn)與變電站終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，各個(gè)變電站終端與供電公司服務(wù)器實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，從而推進(jìn)現(xiàn)配電網(wǎng)管理的信息化和互動(dòng)化。

與傳統(tǒng)計(jì)量系統(tǒng)相比，計(jì)量測(cè)控終端可以為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和線(xiàn)損分析提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、還可以在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)竊電防控和負(fù)荷管控等功能。

我公司4座變電站6條10kV線(xiàn)路安裝計(jì)量測(cè)控終端46套組成智能配電系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、可視地體現(xiàn)在運(yùn)行管理系統(tǒng)上，各崗位可以隨時(shí)調(diào)取所需數(shù)據(jù)進(jìn)行分析調(diào)度，大大提高了工作效率。該系統(tǒng)還在竊電防控和負(fù)荷管控上顯示出了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。運(yùn)行期間，分支線(xiàn)路計(jì)量測(cè)控終端通過(guò)定值整定配合共正確動(dòng)作16次，縮小了停電范圍，提高了供電可靠性；配合線(xiàn)損測(cè)算軟件，準(zhǔn)確定位線(xiàn)損異常分支，縮小排查范圍，提高了工作效率，共協(xié)助查獲竊電戶(hù)6戶(hù)，挽回經(jīng)濟(jì)損失20余萬(wàn)元，其中系統(tǒng)提示某用戶(hù)出現(xiàn)三相嚴(yán)重不平衡、且用電數(shù)據(jù)偏離該用戶(hù)用電習(xí)慣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。管理人員及時(shí)通過(guò)系統(tǒng)警示用戶(hù)，防止了一次用戶(hù)在B相非法取電、可能危及電網(wǎng)安全的竊電行為的發(fā)生。用電高峰期間，通過(guò)該系統(tǒng)分時(shí)段配置各專(zhuān)變用戶(hù)負(fù)荷，由系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)管各節(jié)點(diǎn)用電狀況并及時(shí)將用電狀況通知供電公司和用戶(hù)，避免通過(guò)拉閘方式調(diào)配負(fù)荷。

4 結(jié)論

計(jì)量測(cè)控終端是一種將測(cè)控、保護(hù)、計(jì)量和通信功能進(jìn)行有機(jī)融合的配電網(wǎng)智能裝備。通過(guò)該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)的本地計(jì)量、保護(hù)和配電網(wǎng)管理的信息化和互動(dòng)化。

實(shí)際運(yùn)行表明，計(jì)量測(cè)控終端在電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度、線(xiàn)損分析、竊電防控和負(fù)荷管控上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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