臺區(qū)“低電壓”智能監(jiān)測與分析系統(tǒng)研究

國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司 周喜超

國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院 鄭晶晶 張建華

臺區(qū)“低電壓”智能監(jiān)測與分析系統(tǒng)研究

國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司 周喜超

國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院 鄭晶晶 張建華

本文研發(fā)的臺區(qū)“低電壓”監(jiān)測分析系統(tǒng)集電壓質(zhì)量在線監(jiān)測、用戶相序識別、線路電壓壓降監(jiān)測功能為一體，系統(tǒng)對臺區(qū)的各相（A、B、C）各節(jié)點電壓進行實時監(jiān)測，自動識別監(jiān)測點相序，記錄儲存各相電壓實時數(shù)據(jù)，通過USB數(shù)據(jù)線傳輸至計算機，由數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析軟件處理、顯示變壓器臺區(qū)的各相電壓數(shù)據(jù)，統(tǒng)計電壓運行數(shù)據(jù)、繪制監(jiān)測點電壓運行曲線和各相線路電壓壓降曲線。該系統(tǒng)投入實際運行后可對配網(wǎng)進行巡檢并及時發(fā)現(xiàn)“低電壓”臺區(qū)，也可以用于“低電壓”臺區(qū)改造效果檢定。

低電壓；監(jiān)測；相序識別；系統(tǒng)設(shè)計

1 引言

隨著城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造的進一步深入，配變臺區(qū)的硬件設(shè)施得到極大的完善，而且電力系統(tǒng)的市場化，要求必須改變過去的粗放管理，進行精細化的配電臺區(qū)管理，其中線損、電壓質(zhì)量也是供電企業(yè)重要考核指標。

實現(xiàn)配電臺區(qū)精細化管理過程中發(fā)現(xiàn)有些問題比較突出，其中在電壓質(zhì)量管理中的分臺區(qū)、分相管理最為困難。在我國廣大農(nóng)村地區(qū)，甚至部分城市區(qū)域因供電線路長、變壓器容量小、電網(wǎng)老化等原因?qū)е戮€路壓降過大、供電損耗大等問題，局部嚴重地區(qū)末端電壓僅為幾十伏，造成用戶的用電設(shè)備不能正常使用，嚴重地影響了居民用戶的生活。低壓線路末端用戶供電大多采用單相接入電網(wǎng)的方式，居民用戶反映電壓質(zhì)量低，供電企業(yè)雖然對電壓進行調(diào)整，但居民用戶依舊反映電壓質(zhì)量低。為解決上述問題，傳統(tǒng)的辦法是安裝電壓監(jiān)測儀，實時監(jiān)測供電端和用戶端的電壓，它有一個明顯的缺陷，只能弄清電壓的單個安裝點的情況，不能準確分析造成此種現(xiàn)象的原因。為此，本文設(shè)計出一種集相序識別和電壓壓降監(jiān)測為一體的低壓配電網(wǎng)線路相別、電壓壓降監(jiān)測分析系統(tǒng)。

2 臺區(qū)“低電壓”監(jiān)測分析系統(tǒng)設(shè)計

臺區(qū)“低電壓”監(jiān)測分析系統(tǒng)，包括通過載波通訊模塊發(fā)送或接收相序編碼載波通訊信號的電壓監(jiān)測儀、多功能電壓監(jiān)測終端及監(jiān)測分析系統(tǒng)構(gòu)成。

基于變壓器臺區(qū)相序識別的電壓監(jiān)測儀由以下幾個模塊構(gòu)成：(1)用于相序編碼載波通信信號發(fā)送或接收的載波通訊信號檢測模塊；(2)電壓信號采集并且進行數(shù)據(jù)處理的電壓質(zhì)量監(jiān)測模塊；(3)電壓質(zhì)量監(jiān)測裝置還包括相序編碼的定義，生成對應(yīng)的載波通訊信號。

臺區(qū)“低電壓”監(jiān)測儀安裝于配電網(wǎng)中的首末兩端并且每條線路至少安裝兩個，安裝于首末兩端的監(jiān)測儀通過電力線進行載波信號的傳輸。

當(dāng)在低壓配電網(wǎng)中線路首末兩端都安裝監(jiān)測儀時，首先要對安裝在線路首端（即配電變壓器出口端）的電壓監(jiān)測儀需要根據(jù)供電部門核定好的相序進行相序編碼的定義，由于每個電壓監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)采集時序是同步的，線路首端的電壓監(jiān)測儀將帶有時間和相序編碼的載波通訊信號發(fā)送至該相電力線路上；線路末端（即線路各分支節(jié)點）的電壓監(jiān)測儀接受到電力線路上的載波通訊信號，對其相序編碼進行解析，根據(jù)解析的結(jié)果判斷該節(jié)點的相序?qū)傩圆⑶野严嘈驅(qū)傩越Y(jié)果和帶有時間戳的電壓數(shù)據(jù)一起保存到電壓監(jiān)測儀存儲器中；最后再將首末兩端電壓監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)信息通過通信接口傳輸給電壓壓降信息顯示裝置，電壓壓降信息顯示裝置根據(jù)首末兩端各電壓監(jiān)測儀內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)信息計算出各條線路的電壓壓降。

臺區(qū)“低電壓”監(jiān)測分析系統(tǒng)不僅能夠監(jiān)測低壓電網(wǎng)的線路首、末端電壓，統(tǒng)計低壓配電網(wǎng)電壓合格率，同時還能精確計算出各相每條線路的壓降，繪制電壓、壓降曲線，統(tǒng)計分析臺區(qū)“低電壓”現(xiàn)象產(chǎn)生的規(guī)律和造成的影響，而且還能夠查清用戶的相序?qū)傩?，為更加科學(xué)合理地配置供電線路資源、實現(xiàn)低壓配電網(wǎng)節(jié)能降耗、提高用戶端供電電壓質(zhì)量和為實現(xiàn)低壓配電網(wǎng)變壓器臺區(qū)精細化管理提供真實準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1 監(jiān)測終端主機硬件設(shè)計

硬件結(jié)構(gòu)框如圖1所示。主控單元采用高性能嵌入式計算機系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)配資源，實現(xiàn)各項功能。各項功能模塊既相對獨立，可以自由組裝，又在主控單元的統(tǒng)一調(diào)配下協(xié)調(diào)工作。

圖1 控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖

臺區(qū)三相電壓監(jiān)測終端主機的主要技術(shù)特點為：采用高性能工業(yè)級嵌入式計算機系統(tǒng)作為智能終端的核心處理單元，硬件成熟可靠、抗干擾能力強，適用于戶外惡劣的環(huán)境。監(jiān)測配電網(wǎng)的電流、電壓、頻率和諧波等多種運行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時報警。終端采用大屏幕液晶顯示，及時顯示終端的工作狀態(tài)、故障類型以及實時顯示三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電量、諧波電壓、諧波電流、頻率狀態(tài)等運行數(shù)據(jù)。采用東軟載波通訊模塊，生成、發(fā)送各相序的相序指令，硬件成熟可靠、抗干擾能力強，適用于戶外線路遠程傳輸數(shù)據(jù)的環(huán)境。采用大容量存儲器，可以記錄長達2個月的配電變壓器運行數(shù)據(jù)和各種電氣參數(shù)。具備電能計量功能，分別計量有功、無功電量。多種輸入輸出通道，通過軟件配置，實現(xiàn)多種遠動測量和控制。采用GPRS∕GSM無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程聯(lián)網(wǎng)，并能通過GPRS∕GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程程序更新和參數(shù)設(shè)置，為配網(wǎng)自動化提供了良好的手段。

2.2 采集模塊硬件設(shè)計

硬件結(jié)構(gòu)框圖2所示，主控單元采用高性能嵌入式計算機系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)配資源，實現(xiàn)各項功能。各項功能模塊既相對獨立，可以自由組裝，又在主控單元的統(tǒng)一調(diào)配下協(xié)調(diào)工作。

圖2 分機硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.3 監(jiān)測分析系統(tǒng)

臺區(qū)“低電壓”監(jiān)測分析系統(tǒng)，不僅能夠監(jiān)測低壓電網(wǎng)的線路首、末端電壓，統(tǒng)計電網(wǎng)電壓合格率，同時還能分別監(jiān)測A、B、C每一相線路壓降，繪制電壓、壓降曲線，統(tǒng)計分析壓降產(chǎn)生的規(guī)律和造成的影響，而且能夠查清用戶的臺區(qū)和相別屬性，為實現(xiàn)臺區(qū)精細化管理提供真實準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這就為更加科學(xué)合理地配置線路資源，節(jié)能降耗、為用戶提供合格電能做出科學(xué)決策提供第一手足夠的判斷依據(jù)。分析軟件界面如圖3所示。