變電站電量采集系統(tǒng)方案研究

劉誠愷

摘 要：該文概述了變電站電量采集系統(tǒng)定義及組成，主要敘述了電量采集整體方案、電壓互感器、電流互感器、電能表、電能量遠(yuǎn)方終端，介紹了電量有功數(shù)據(jù)、電量無功數(shù)據(jù)、最大需量的電能量數(shù)據(jù)類型及其電量計(jì)算方法，探討了電能量數(shù)據(jù)母線不平衡、變損率、線損率的應(yīng)用分析，簡單地介紹了變電站向智能變電站發(fā)展方向，提出智能變電站電量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，該文為電能量計(jì)量系統(tǒng)維護(hù)人員在運(yùn)行管理上使用變電站電量采集系統(tǒng)提供一定的技術(shù)支持，也可以為新建或技改變電站的電量采集系統(tǒng)提供技術(shù)上參考。

關(guān)鍵詞：電量 終端 互感器 電能表 通信 采集

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0083-02

在電力行業(yè)中，變電站電量采集系統(tǒng)是電能量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，為電力市場的運(yùn)營考核、電費(fèi)結(jié)算和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供支持與服務(wù)的自動化子站系統(tǒng)。變電站電量采集系統(tǒng)主要由電壓互感器、電流互感器、電能表、電能量遠(yuǎn)方終端組成。

1 變電站電量采集方案

1.1 電量采集整體方案

一次高壓輸電線通過電壓互感器（PT）、電流互感器（CT）線性轉(zhuǎn)換為二次回路，二次回路接入電能表，電能表通過RS-485接入電能量遠(yuǎn)方終端，電能量遠(yuǎn)方終端通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度端電能量計(jì)量主站系統(tǒng)通信。

1.2 電壓互感器

電壓互感器（PT）是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來設(shè)計(jì)制造的，由閉合的鐵心和繞組組成。和一個(gè)帶鐵心的變壓器很相像，是用來變換一次線路上的電壓，接入測控、保護(hù)、計(jì)量等系統(tǒng)，用來測量線路的電壓、功率、電量等，在變電站運(yùn)行規(guī)程中二次側(cè)嚴(yán)禁短路。

1.3 電流互感器

電流互感器（CT）也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來設(shè)計(jì)制造的，由閉合的鐵心和繞組組成。是用來變換一次線路上的電流，接入測控、保護(hù)、計(jì)量等系統(tǒng)，用來測量線路的電流、功率、電量等，它在變電站運(yùn)行規(guī)程中二次側(cè)嚴(yán)禁開路。

1.4 電能表

電能表是用來測量電能的儀表，對輸入電壓和電流進(jìn)行交流采集，計(jì)算電壓和電流向量的乘積得出實(shí)時(shí)有功功率、無功功率，對有功功率、無功功率的實(shí)時(shí)積分計(jì)算出有功電量（單位kW·h）、無功電量（單位kVAr·h）。變電站通常采用三相三線制和三相四線制二種電能表，三相三線制電能表只能對三相平衡準(zhǔn)確測量電量，三相四線制電能表對三相平衡或不平衡均能準(zhǔn)確測量電量。早期變電站考核表采用有三相三線制，關(guān)口表一般會采用三相四線制。

1.5 電能量遠(yuǎn)方終端

電能量遠(yuǎn)方終端對變電站電能表的電量數(shù)據(jù)自動采集、存儲、處理，并上傳至電能量計(jì)量主站系統(tǒng)，其終端主要由CPU主板、RS-485串口卡、通信卡、雙電源、LED顯示屏、鍵盤、狀態(tài)指示燈等組成。電能量計(jì)量主站系統(tǒng)通過IEC-102通信協(xié)議讀取終端電能量數(shù)據(jù)，并對終端進(jìn)行校時(shí)，通信方式主要采用電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信，只有極少部分采用撥號MODEM通信，專線、GPRS通信基本上不采用。終端與電能表通信協(xié)議主要有DL/T 645-2007、DL/T 645-1997、DLMS、IEC-1107等， DL/T 645-1997的電能表存在早期變電站，新上變電站全部采用DL/T 645-2007電能表，DLMS、IEC-1107主要為進(jìn)口電能表。電能量遠(yuǎn)方終端配置RS-485串口卡，一般配置為8個(gè)RS-485串口，可擴(kuò)充至16個(gè)RS-485串口，每個(gè)RS-485串口可以掛接不超過8個(gè)電能表通信，采用問答式定時(shí)逐個(gè)讀取電能表電量數(shù)據(jù)，并對電能表進(jìn)行校時(shí)。

2 電能量數(shù)據(jù)類型

電能量遠(yuǎn)方終端通過RS-485采集電能表的電能量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是帶時(shí)標(biāo)存儲的，存儲周期可設(shè)（1 min、5 min、15 min、30 min、60 min、24 h等），其主要數(shù)據(jù)類型為正向有功總、尖、峰、平、谷電量，反向有功總、尖、峰、平、谷電量，正、反向無功總電量。

3 電量計(jì)算

電能表的計(jì)量是為二次電量值，實(shí)際電量為一次電量值，需要把二次電量換算為一次電量，其換算公式為：一次電量=二次電量×PT變比×CT變比（或通常稱：一次電量=二次電量×倍率，倍率= PT變比×CT變比）。電能量遠(yuǎn)方終端采集電能量數(shù)據(jù)，是電能表的累計(jì)窗口值（或稱原始值），日電量計(jì)算公式為：日電量=（24：00窗口值-00：00窗口值）×倍率。

4 電能量數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

4.1 母線不平衡率

母線不平衡率是判斷計(jì)量裝置計(jì)量是否準(zhǔn)確的主要依據(jù)，假如PT、CT、電能表測量準(zhǔn)確度等級為0.2級，母線不平衡率一般會小于1%，如果母線不平衡率大于1%，就說明電量有錯(cuò)誤，可能會有PT、CT變比錯(cuò)誤，計(jì)量方向錯(cuò)誤，PT、CT、電能表測量大偏差等原因引起，因此，母線不平衡率是查找異常數(shù)據(jù)的一個(gè)非常重要工具，母線平衡率計(jì)算公式如下。

×100%

4.2 變損率

變損率（變壓器損耗率簡稱）是衡量變壓器在升壓或者降壓時(shí)電能轉(zhuǎn)換損耗的一個(gè)重要指標(biāo)，也是體現(xiàn)變壓器的工作效率，變損率計(jì)算公式如下。

×100%

4.3 線損率

線損率（輸電線損耗率簡稱）是輸電線電能損耗的一個(gè)重要指標(biāo)，為電網(wǎng)安排合理運(yùn)行方式提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，降低線損率，提升電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，線損率計(jì)算公式如下。

×100%

5 變電站發(fā)展方向

智能變電站（以下簡稱智能站）是采用先進(jìn)、可靠、集成的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測等功能，同時(shí)，具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能的變電站。目前智能站采用電子互感器，其互感器有純光纖互感器、磁光玻璃互感器等，可有效克服傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點(diǎn)；智能站的電能表直接接收電子互感器的輸出信息，電能表也是通過RS-485接入電能量遠(yuǎn)方終端，其電能量遠(yuǎn)方終端與傳統(tǒng)變電站終端的原理和功能基本一致，現(xiàn)有智能站的電量采集還是相對獨(dú)立配置，隨著智能站設(shè)備高度集成化，電量采集系統(tǒng)將會融入變電站信息一體化采集系統(tǒng)中，進(jìn)一步提升智能站設(shè)備集成度，也會降低智能站電量采集系統(tǒng)調(diào)試接入工作量，也相應(yīng)減少日常智能站的運(yùn)行成本。

6 結(jié)語

國家電網(wǎng)公司正在推廣建設(shè)同期線損管理系統(tǒng)，提出變電站電量必須是全覆蓋、全采集，準(zhǔn)確、及時(shí)的電能量數(shù)據(jù)是同期線損管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有基礎(chǔ)建設(shè)好，才能開展電網(wǎng)網(wǎng)損與分元件線損等統(tǒng)計(jì)工作，為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度、統(tǒng)計(jì)線損管理、理論線損管理、網(wǎng)損監(jiān)控與分析和信息發(fā)布等提供技術(shù)支撐，因此，需要進(jìn)一步完善變電站電量采集系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)電量采集的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、精益化和自動化。

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