基于GPRS的供電電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究

何小飛，王 銳，葉茂青

（1.國網(wǎng)樂山供電公司，四川 樂山 614000；2.四川電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072）

基于GPRS的供電電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究

何小飛1，王 銳1，葉茂青2

（1.國網(wǎng)樂山供電公司，四川 樂山 614000；2.四川電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072）

針對以往電壓監(jiān)測裝置需現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，電壓采集系統(tǒng)功能較單一的情況，構(gòu)建了基于GPRS的電網(wǎng)供電電壓監(jiān)測管理系統(tǒng)。通過GPRS傳輸將終端電壓數(shù)據(jù)上傳到采集系統(tǒng)中，并通過與調(diào)度OMS系統(tǒng)以及用電信息采集互聯(lián)實現(xiàn)電壓數(shù)據(jù)共享，從而使得各類電壓數(shù)據(jù)全面實時準確監(jiān)測，同時該系統(tǒng)還提供了各類分析手段，為技術(shù)人員采取提升電壓合格率措施提供了有效技術(shù)支撐。應(yīng)用實例準確反映電網(wǎng)電壓合格率狀況，通過本系統(tǒng)可以有針對性地改善電網(wǎng)電壓，提高經(jīng)濟效益，從而進一步促進電網(wǎng)電壓無功精益化管理。

電壓在線監(jiān)測；電壓合格率；GPRS；精益化管理

電壓合格率是衡量電能質(zhì)量的重要指標，電壓質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行，最大限度提高電壓合格率是電力企業(yè)向客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要體現(xiàn)。根據(jù)國家電網(wǎng)公司供電電壓監(jiān)測管理網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求，本文提出了目前樂山供電公司的供電電壓采集分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可真實反映用戶端供電電壓合格率的實際情況，同時還能對全網(wǎng)電壓合格率進行多角度分析，通過分析得到改進策略，從而提高電壓合格率指標。

以往的電壓監(jiān)測裝置需要人員到現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，同時采集系統(tǒng)功能軟件，只能對前一日（月）各電壓合格率進行統(tǒng)計，不具備輔助分析能力［1-2］。本文提出基于GPRS的電網(wǎng)供電電壓監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)國家電網(wǎng)公司全面推廣應(yīng)用供電電壓自動采集系統(tǒng)發(fā)展而來，它通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸將終端裝置數(shù)據(jù)采集進入系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，并提供多種方式輔助分析，為技術(shù)人員做出相應(yīng)決策改進供電電壓質(zhì)量提供有效依據(jù)。目前該系統(tǒng)在樂山供電公司應(yīng)用情況良好。

1 目前電壓無功管理現(xiàn)狀

目前樂山供電公司已建成供電電壓采集系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能實現(xiàn)各類電壓監(jiān)測點的監(jiān)測分析，同時AVC系統(tǒng)已經(jīng)投入運行，替代了過去各個變電站的VQC裝置，實現(xiàn)對所管轄變電站的電容器投切及主變檔位的升降，電壓無功管理進一步加強，電壓合格率指標得到提升，但目前公司無功電壓管理方面仍存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下4個方面。

a.主網(wǎng)變電站中仍存在部分無載調(diào)壓變壓器，電壓調(diào)整的能力仍然不足。另外部分變電站無功補償容量配置仍然不足，未遵照《并聯(lián)電容器設(shè)計規(guī)范》（GB50227—2008）要求，設(shè)置變電站并聯(lián)電容器安裝容量應(yīng)占主變?nèi)萘康?0%～30%的規(guī)定。導(dǎo)致高峰時段功率因數(shù)不能滿足要求。

b.AVC系統(tǒng)運行可靠性較差，時常出現(xiàn)運行缺陷，一些變電站沒有安裝VQC裝置，基本靠人工判斷和投切，不能完全做到及時跟蹤和調(diào)整［3］。

c.無功補償不能做到完全就地平衡。部分變電站中低壓出線功率因數(shù)偏低，一是部分配網(wǎng)臺區(qū)無功補償不足，二是部分用戶無功配置不足。

d.客戶需求側(cè)無功設(shè)備管理難度較大。用戶無功補償設(shè)備普遍存在設(shè)備老舊、補償容量不足、運行維護不當或無補償設(shè)備的情況，這些都有待于進一步加強用電監(jiān)察等管理力度［4-6］。

按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，電壓合格率分為城市綜合電壓合格率和農(nóng)網(wǎng)綜合電壓合格率。城市綜合電壓合格率主要涵蓋城區(qū)范圍，農(nóng)網(wǎng)綜合電壓合格率主要包含直供直管地區(qū)農(nóng)村以及控股代管縣公司范圍。本文只研究城市綜合電壓合格率的分析管理。

2 供電電壓電能質(zhì)量基本理論

2.1 供電電壓合格率理論

根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓偏差》（GB／T 12325—2008，簡稱《規(guī)程》），電壓合格率是指實際運行電壓在限值范圍內(nèi)累計運行時間與對應(yīng)的總運行統(tǒng)計時間的百分比。對于供電電壓偏值的限值，《規(guī)程》規(guī)定：①35 kV及以上用戶電壓正、負偏差絕對值之和不超過額定電壓的10%；②10 kV用戶的電壓允許偏差值為額定電壓的±7%；③380 V用戶的電壓允許偏差值為額定電壓的± 7%；④220 V用戶的電壓允許偏差值為額定電壓的-10%～＋7%。

2.2 供電電壓監(jiān)測點設(shè)置

《規(guī)程》中規(guī)定電網(wǎng)電壓監(jiān)測分為A、B、C、D 4類監(jiān)測點，分別定義如下。

a.A類監(jiān)測點。帶供電負荷的變電站10 kV母線電壓。其中變電站正常運行方式下10 kV母線為分段運行，每段母線均設(shè)置監(jiān)測點；若變電站正常運行方式下10 kV母線為并列運行，只需在一段母線設(shè)置監(jiān)測點。

b.B類監(jiān)測點。35 kV及以上專線和110 kV及以上非專線用戶供電電壓。其中35 kV及以上專線監(jiān)測點設(shè)置在公用變電站供電母線側(cè)；110 kV及以上非專線監(jiān)測點設(shè)置在用戶變電站供電母線側(cè)；用戶變電站高壓側(cè)無電壓互感器，監(jiān)測點設(shè)置在公用變電站母線側(cè)。

c.C類監(jiān)測點。35 kV非專線供電和10 kV供電用戶電壓。其中每10 MW負荷至少應(yīng)設(shè)1個監(jiān)測點。負荷的大小為C類用戶年度售電量與統(tǒng)計小時數(shù)之比，監(jiān)測點應(yīng)選取高壓側(cè)有電壓互感器的用戶，不考慮設(shè)在用戶變電站低壓側(cè)。

d.D類監(jiān)測點。380／220 V低壓網(wǎng)絡(luò)和用戶端的電壓。每百臺公用配電變壓器至少設(shè)2個電壓監(jiān)測點，不足百臺的按百臺計算，超過百臺的按每50臺設(shè)1個電壓監(jiān)測點。監(jiān)測點應(yīng)設(shè)在有代表性的低壓配電網(wǎng)首末兩端和部分重要用戶。

2.3 電網(wǎng)監(jiān)測點合格率統(tǒng)計

根據(jù)《規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，各電壓監(jiān)測點電壓合格率（統(tǒng)計時間單位為min）為

根據(jù)國家電網(wǎng)公司相關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定：城市綜合電壓合格率為

式中：VA、VB、VC、VD分別為A、B、C、D類電壓監(jiān)測點合格率。

3 基于GPRS的電壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 基于GPRS的電壓監(jiān)測裝置原理

對于D類電壓監(jiān)測點，分別裝設(shè)帶有GPRS功能的電壓監(jiān)測裝置，目前樂山公司采用的DT9系列多功能電壓監(jiān)測統(tǒng)計儀。它利用GPRS通信方式與電壓監(jiān)測管理系統(tǒng)進行通信。將監(jiān)測儀各種參數(shù)、數(shù)據(jù)和統(tǒng)計結(jié)果及運行中的信息和告警信息主動上報或召測上報。該裝置具有日（月）監(jiān)測統(tǒng)計等功能。包括日（月）平均電壓值、日（月）總諧波含有率整點值及平均值、日（月）電壓合格率；日（月）電壓超上限／下限累計時間和次數(shù)；日（月）電壓超上限率／下限率。

目前樂山供電公司已與通信公司簽訂協(xié)議，通過租用1條GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)線路接入供電電壓采集系統(tǒng)，并為每個監(jiān)測點辦理1個傳輸卡（類似于手機的SIM卡），每個點以自己的通信編碼將數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸線路上傳到服務(wù)器，然后進入供電電壓采集系統(tǒng)供技術(shù)人員監(jiān)測分析。

公司根據(jù)實際情況，在部分重要監(jiān)測點設(shè)置了28套D類電壓監(jiān)測裝置，布點在市中區(qū)、峨眉山市、五通、沙灣、夾江、井研等6區(qū)縣。表1為部分D類監(jiān)測點臺賬。

表1 樂山供電公司部分D類電壓監(jiān)測點設(shè)備臺賬

3.2 系統(tǒng)設(shè)計思路

根據(jù)自動采集系統(tǒng)設(shè)計要求，A類電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)全部由省級調(diào)度管理系統(tǒng)（簡稱OMS系統(tǒng)）接入。系統(tǒng)提供各監(jiān)測點實際運行電壓值以及電壓監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)；最小采集頻度不能大于1 min。B、C類電壓監(jiān)測點與用電信息采集系統(tǒng)做接口，將對應(yīng)的B、C類監(jiān)測點電壓數(shù)據(jù)（用電信息采集系統(tǒng)提供的每15 min凍結(jié)的實際電壓值）接入供電電壓自動采集系統(tǒng)，作為數(shù)據(jù)展示。供電電壓自動采集系統(tǒng)如圖1所示。

根據(jù)圖1所示，D類電壓監(jiān)測裝置采集各現(xiàn)場終端的實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過GPRS傳輸數(shù)據(jù)至服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對這些數(shù)據(jù)進行分析，同時A、B和C類電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)分別通過OMS系統(tǒng)和營銷用電信息采集系統(tǒng)直接傳輸至供電電壓采集系統(tǒng)中，用戶只要在任意1臺內(nèi)網(wǎng)電腦即可查看電壓合格率管理各類信息［7-8］。

圖1 供電電壓自動采集分析系統(tǒng)設(shè)計圖

3.3 軟件設(shè)計思路

供電電壓自動采集系統(tǒng)是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（簡稱PMS）的重要組成部分，功能與PMS系統(tǒng)融為一體。系統(tǒng)功能以供電電壓管理為核心，涵蓋電壓監(jiān)測點管理、電壓數(shù)據(jù)管理、告警事件管理、報表管理及可視化展示等業(yè)務(wù)內(nèi)容。通過采集、統(tǒng)計與分析功能，具有實用化應(yīng)用場景和分析功能。在供電電壓自動采集系統(tǒng)建設(shè)基礎(chǔ)上，充分考慮后續(xù)電能質(zhì)量接入、無功電壓管理等方面的應(yīng)用需求，系統(tǒng)功能應(yīng)操作便捷、界面友好，符合各級用戶使用習(xí)慣。

供電電壓采集系統(tǒng)界面如圖2所示，系統(tǒng)主要功能如下。

a.電壓數(shù)據(jù)監(jiān)測。每5 min間隔電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)；前一日（月）合格率統(tǒng)計數(shù)據(jù)：合格率、超上限率、超下限率、統(tǒng)計時間、超上限時間、超下限時間、合格時間；前一日（月）極值統(tǒng)計數(shù)據(jù)：最大值、最小值、平均值、最大值發(fā)生時間、最小值發(fā)生時間。

b.裝置／測點基本屬性查看，包括所屬單位、監(jiān)測點名稱、監(jiān)測點電壓、監(jiān)測點類別、裝置廠家、裝置型號、通信方式、投運日期、安裝地點等。裝置／測點參數(shù)信息，通信參數(shù)：主站IP地址和端口、主站電話號碼和短信中心號碼、默認網(wǎng)關(guān)地址、無線通信APN、裝置地址碼等、SIM卡號。

c.事件告警。電壓越限告警事件：包括越上限開始時間、越上限結(jié)束時間、越下限開始時間、越下限結(jié)束時間、越上限值、電壓裝置停電，上電事件包括裝置停電時間、裝置上電時間。

圖2 供電電壓自動采集系統(tǒng)界面

4 實例分析

目前樂山公司共有A類監(jiān)測點14個，B類監(jiān)測點23個，C類監(jiān)測點22個，D類監(jiān)測點28個。公司采用的D類電壓監(jiān)測儀于2013年8月安裝并投入運行，目前運行良好。

下面對樂山地區(qū)2014年1月的各電壓監(jiān)測點進行分析，通過分析日報表抽取其中電壓合格率相對波動大的4個點進行分析。

在金盛廣場監(jiān)測點，在1月4日發(fā)生小波動，當日電壓合格率為93.959%，在1月7日發(fā)生一次較大波動，當日電壓合格率為81.875%，隨后在1月10日，電壓合格率為84.445%，在1月17日，電壓合格率降低為當月最低點60.00%（以上數(shù)據(jù)均為越上限時間）。

在玉皇小區(qū)監(jiān)測點，1月14日，電壓越下限，當日合格率為67.279%，隨后在15、16、17日連續(xù)3天電壓合格率都偏低（低于80%），其它2個監(jiān)測點（嘉州花城、東進路公變）分析同理。

D類監(jiān)測點設(shè)置在220 V低壓側(cè)，與居民用戶用電質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，因此應(yīng)引起高度重視。根據(jù)式（2）得知，城市綜合電壓合格率通過4類監(jiān)測點加權(quán)計算得到，因此做好電壓合格率分析工作，需要對各類指標逐一分析，可通過該系統(tǒng)軟件得到4類監(jiān)測點的電壓值分析。

在各類監(jiān)測中，B、C類監(jiān)測點相對較穩(wěn)定，當月兩類電壓合格率為99.95%和99.96%，D類監(jiān)測點波動最大，先后在1月2、7、10、14～17、16～21日期間出現(xiàn)較大波動。當日的電壓合格率為99.21%。A類電壓監(jiān)測點在1月2、14～17、20～22日期間波動較大。

事實上，本月城市綜合電壓合格率為99.26%，其中A類監(jiān)測點合格率為98.25%，B類監(jiān)測點合格率為99.21%，C類監(jiān)測點合格率為99.24%，D類監(jiān)測點合格率為91.23%。

通過對2014年1月的電壓合格率分析發(fā)現(xiàn)，A、D類電壓合格率偏低，分析發(fā)現(xiàn)A類電壓監(jiān)測點中，110 kV黃土站、井研站10 kV母線越上限時間較長，經(jīng)與調(diào)度部門聯(lián)系得知是由于AVC系統(tǒng)控制中在分片區(qū)內(nèi)存在一定異常，造成10 kV母線電壓偏高。在D類監(jiān)測點中，圖2中分析的4個點（嘉州花城、金盛廣場、玉皇小區(qū)、東進路公變）是造成D類電壓合格率偏低的主要原因。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)嘉州花城主要是此臺區(qū)居民用戶三相負荷不均，使電壓波動較大；而玉皇小區(qū)是居住大量外來務(wù)工人員，由于春節(jié)將至，外來人員已返鄉(xiāng)，造成負荷偏高；金盛廣場和東進路公變主要集中了商業(yè)用電負荷，晚上商戶停業(yè)后負荷較低，造成電壓越上限。

5 提高電壓合格率措施

基于GPRS的電壓監(jiān)測管理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓合格率管理工作精益化，借助該系統(tǒng)提出提升各類監(jiān)測點的舉措。

a.對于A類監(jiān)測點，開展無功優(yōu)化，合理選擇主變調(diào)壓檔位，及時下達變壓器檔位更改定值，滿足系統(tǒng)運行方式變化的需要［9-10］。已建成AVC系統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)，不斷提高覆蓋面，在具備條件時，接入省公司AVC系統(tǒng)，實現(xiàn)全網(wǎng)的無功優(yōu)化運行，充分發(fā)揮設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢，保證電壓質(zhì)量。

b.對于B、C類電壓監(jiān)測點，若是電源點母線電壓不合格，應(yīng)對母線電壓進行優(yōu)化；如果是線徑過小，應(yīng)加大線路線徑；如果線路過長，應(yīng)選擇合適的線路通道，儲備技改項目；如果用戶負荷重載及過載，應(yīng)加強用戶負荷管理。

c.對于D類監(jiān)測點，加強配電變壓器管理，對低壓臺區(qū)無功補償裝置加強巡視檢查，對不滿足自動投切無功補償?shù)倪M行整改；盡可能做到三相負荷平衡，減少電壓偏移［11-12］；定期檢查維護配變接地電阻，防止接觸不良或接地電阻過大引起電壓偏移，加強配網(wǎng)無功規(guī)劃，增加臺區(qū)布點，減小供電半徑。

6 結(jié)束語

本文結(jié)合樂山電網(wǎng)實際構(gòu)建出基于GPRS的電網(wǎng)供電電壓監(jiān)測系統(tǒng)，通過對電網(wǎng)監(jiān)測點分析合理布點，通過GPRS傳輸將D類監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測系統(tǒng)，同時將調(diào)度OMS系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入到系統(tǒng)中，實現(xiàn)了各類電壓監(jiān)測點完全監(jiān)測管控。該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進一步挖掘分析處理，實現(xiàn)構(gòu)建層次分明、拓展性強的電壓監(jiān)測系統(tǒng)，為電網(wǎng)決策人員提供有效數(shù)據(jù)。

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Application of Voltage Power Line Monitoring System Based on GPRS

HE Xiao?fei1，WANG Rui1，YE Mao?qing2
（1.State Grid Power Company Leshan，Leshan，Sichuan 614000，China；2，Sichuan Electric Power Research Institute，Chengdu，Sichuan 610072，China）

In consideration of voltage monitoring device for field data collection，voltage acquisition system of single function circum?stance，GPRS power supply voltage monitoring and management system is established based on the GPRS transmission.Terminal volt?age data uploaded to the voltage system，at the same time with the two major systems，scheduling in OMS system and the electric ener?gy data acquistion to achieve interconnection voltage data to get shared comprehensive and accurate monitoring voltage data.At the same time，the system also provides all kinds of analysis methods for the technical personnel to take measures for improving the voltage as effective technical support.Application examples accurately reflects the voltage qualification rate conditions，so the system can im?prove the electric voltage and increase economic benefit thus further promotes lean management of voltage and reactive power grid.

Voltage monitoring；Qualified rate of the voltage；GPRS；Lean management

TM761＋.1

A

1004-7913（2015）01-0015-04

何小飛（1986—），男，碩士，工程師，從事電壓無功技術(shù)研究工作。

2014-10-20）