低壓臺區(qū)線損精細化治理方法探究

苗 興，邢新超，何松輝

（中電裝備山東電子有限公司，山東 濟南 250109）

線損率是一項綜合性技術經濟指標，它的大小可以表示出供電企業(yè)的管理水平，并與經濟效益息息相關，線損率也是國家貫徹節(jié)能方針，考核供電企業(yè)的一項重要指標[1]。而低壓臺區(qū)線損在電力系統(tǒng)的損耗中占有很大比重，不僅影響用戶的用電質量，同時給供電企業(yè)造成了嚴重的經濟損失。隨著電力體制改革的深入進行，且電力行業(yè)公司化運營機制的進一步推進和完善，加強低壓臺區(qū)線損管理工作變得十分重要。

本方案是在不改動當前電網線路、分支箱、計量箱以及電表等電力設施的情況下，通過在分支箱、表箱側增設節(jié)點管理終端和換相開關，與安裝在臺區(qū)變壓器側的臺區(qū)管理終端相結合，除完成傳統(tǒng)的電力抄表功能外，還具有戶變關系識別、臺區(qū)拓撲自動繪制功能，通過對電表、計量箱、分支線路的檢測和計算，實現(xiàn)停復電事件上報、竊電預警、表計失準報警、三相負荷智能調整等功能，全方位、系統(tǒng)化地解決低壓臺區(qū)線損的主要問題。

1 低壓臺區(qū)線損異常的主要原因

1.1 技術線損的主要原因

1）低壓線路供電半徑過大，導線截面小，造成電能傳輸過程中損耗超過正常范圍。

2）低壓線路無功補償容量不足或臺區(qū)無功補償電容器投運率較低，線路無功缺額較大，造成功率因數(shù)較低。

3）臺區(qū)三相負荷分配不均，造成損耗較大。在低壓配電網中，電流通過線路導線時產生的電能損耗與通過電流的平方成正比，當三相負載最大不平衡時，如果其中兩相沒有電流，此時最大線損是平衡時的6 倍。

1.2 管理線損的主要原因

1）臺區(qū)戶變關系不正確。配電臺區(qū)具有覆蓋面廣、所帶戶表數(shù)量大和低壓供電方式變化快的特點，配電臺區(qū)缺乏有效的技術手段建立配電臺區(qū)與戶表間的拓撲關系，而通過人工方式核查，其管理難度大、成本高，核查準確率和及時性難以保證。

2）戶表采集實時性不高。一方面因戶表電池欠壓，戶表時鐘不準確，造成線損數(shù)據(jù)不準確；另一方面因現(xiàn)場存在信號干擾，載波采集效率低，也使得線損數(shù)據(jù)不準確。

3）客戶竊電行為。竊電行為時有發(fā)生，不僅影響了臺區(qū)降損工作的推進，也擾亂了正常的供用電秩序，損害了供電企業(yè)經濟利益，雖然供電企業(yè)已從多方面加強了防竊電措施，但由于竊電手段層出不窮，竊電技術不斷升級，給線損治理工作帶來很大難度。

2 低壓線損精細化治理方案

目前，受用電信息采集系統(tǒng)計算能力及現(xiàn)有裝備水平的制約，臺區(qū)線損模型僅配置臺區(qū)總表到每一用戶的分表，其計算僅僅是以臺區(qū)為單位的粗放式計算，沒有細分到0．4 kV 分支線路與表箱，無法實現(xiàn)臺區(qū)線損精細化治理。

本文提出的線損精細化治理方案對管理線損及技術線損均可進行有效治理。針對管理線損，依托臺區(qū)管理終端、節(jié)點管理終端，可對臺區(qū)、分支箱、表箱進線側電量等數(shù)據(jù)進行精確計量，迅速定位線損異常點及其產生的原因，實現(xiàn)線損精細化治理。

在技術線損方面，依托臺區(qū)管理終端、換相開關，可以實時監(jiān)測線損異常和配變總線三相不平衡狀態(tài)，在不平衡度達到預設閾值時，自動進行負荷換相調節(jié)，降低三相不平衡度，減少臺區(qū)損耗。

通過“老年人生活質量評定表”從身體健康、心理健康、社會適應和環(huán)境適應4個方面來獲取老年人生活質量狀況。

2.1 總體框架

本方案由臺區(qū)管理終端、節(jié)點管理終端、換相開關構成，臺區(qū)管理終端采集節(jié)點管理終端數(shù)據(jù)，并通過4G 通信將數(shù)據(jù)傳輸給后臺，由后臺進行數(shù)據(jù)處理，自動繪制臺區(qū)物理拓撲圖，精準計算臺變、分支、表箱、戶表用電數(shù)據(jù)，實現(xiàn)線損計算的精細化管理。

同時，臺區(qū)管理終端實時監(jiān)測配變低壓出線的三相電流，如果在一定監(jiān)測周期內配變低壓側三相負荷不平衡度超限，臺區(qū)管理終端讀取配變低壓出線和所有換相開關單元各負荷支路的電流、相序實時數(shù)據(jù)，進行優(yōu)化計算，發(fā)出最優(yōu)換相控制指令，各換相單元按照規(guī)定換相流程執(zhí)行換相操作，實現(xiàn)用戶負荷相序調整、配電臺區(qū)三相負荷均衡分配[1]。

本方案通過戶變檔案自動識別、分級線損精確計算、竊電分析、停電上報、三相不平衡監(jiān)測治理等技術手段，可以高效解決低壓臺區(qū)線損過高問題，實現(xiàn)降損增效目標。方案框架見圖1。

圖1 方案框架示意圖

2.2 方案構成

1）臺區(qū)管理終端。臺區(qū)管理終端外形與I 型集中器相似，安裝于臺區(qū)變壓器配電側，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設置及查詢、終端維護等功能，能全面實現(xiàn)電壓、電流以及電量參數(shù)等表計用電信息的采集與上下行通信。臺區(qū)管理終端內置臺區(qū)識別儀功能模塊，采用電流脈沖法實現(xiàn)，確保臺區(qū)識別信號不跨臺區(qū)，正確識別臺區(qū)、相位等信息，臺區(qū)內點對點通信無死角，保證臺區(qū)識別準確率優(yōu)于99%。同時臺區(qū)管理終端可實時監(jiān)測變壓器A，B，C 三相及中性線的電流、電壓，并對三相負荷數(shù)據(jù)分析，智能合理的分配指令到換相開關，使之進行相間切換。

2）節(jié)點管理終端。節(jié)點管理終端安裝于分支箱及表箱側，內置高精度計量芯片，能夠精準計算出分支箱、表箱進線側電量，同時節(jié)點管理終端對電能表用電量等數(shù)據(jù)進行采集（每小時采集一次）、并與臺區(qū)管理終端進行數(shù)據(jù)交互，通過配置“配變一表箱一用戶”的線損模型，對線損數(shù)據(jù)進行分級計算，實現(xiàn)線損精細化治理[2]。

節(jié)點管理終端采用卡扣式外殼，安裝方便，可實現(xiàn)不停電安裝。隨著經濟社會發(fā)展和人民生活水平的提高，用戶對供電可靠性的要求越來越高，停電會降低用電客戶滿意度，影響居民生產及生活。節(jié)點管理終端采用卡扣式外殼進行電壓、電流采樣，安裝簡單方便，無需停電安裝，保障了供電可靠性。

3）換相開關。換相開關安裝于表箱側，換相開關與臺區(qū)管理終端通過無線進行數(shù)據(jù)傳輸，接收換相指令進行換相動作，換相開關電源側接入三相線路，負載側接入單相線路，可實現(xiàn)A、B、C 三相任意切換，換相開關利用二極管加繼電器方式控制換相過程，工作運行可靠，不存在相間短路隱患，實現(xiàn)0 ms 換相，可以在確保用戶正常用電的同時，完成三相不平衡的智能調整。

2.3 功能意義

1）臺區(qū)檔案自動梳理。臺區(qū)管理終端內置臺區(qū)識別發(fā)送單元，節(jié)點管理終端內置臺區(qū)識別接收單元，雙方配合完成臺區(qū)相位識別，識別準確率達到了100%。

2）分級線損計算。節(jié)點管理終端內置高精度計量單元，可對表箱輸入電量準確計量，采集每只電表電量從而實現(xiàn)以表箱為單元的線損計算，同時在臺區(qū)每個分支線路上安裝節(jié)點管理終端，實現(xiàn)臺區(qū)內每個分支的線損計算，從而實現(xiàn)“臺區(qū)-分支線路-表箱”的三級線損計算。

3）故障事件主動上報。節(jié)點管理終端內置開關量檢測模塊，通過電流、電壓、心跳等數(shù)據(jù)進行采集并進行整合分析，可對臺區(qū)、線路分支、表箱側的停復電事件進行高效監(jiān)測及精準定位。通過RS485 端口連接各電能表，對電能表及電表箱的電壓、電流、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)能夠實時采集并進行分析，能夠及時上報停復電事件。

4）相間負荷不平衡治理。實時監(jiān)測變壓器各相及中性線電流、電壓，以得到各相負荷數(shù)據(jù)；在供電線路單相負荷分線處安裝一定數(shù)量的換相開關；臺區(qū)管理終端自動完成合理的負荷分配指令，該指令通過無線通信下發(fā)換相開關，完成負荷的相間切換，從而使相間負荷趨于平衡。

2.4 技術實現(xiàn)

本方案產品技術實現(xiàn)可分為3 個層次：硬件驅動層，業(yè)務平臺層及業(yè)務應用層，具體架構見圖2。

圖2 軟硬件架構框圖

1）硬件驅動層功能。屏蔽硬件層的差異性。所有與硬件交互的功能均由硬件驅動層實現(xiàn)，硬件驅動層針對不同的硬件平臺，提供統(tǒng)一的底層硬件驅動接口。應用層則通過統(tǒng)一的驅動接口實現(xiàn)對硬件的操作。這樣應用層程序可以不做任何修改就可以適應硬件平臺帶來的變化，硬件驅動層部分只向上層軟件提供訪問硬件的方法而不是策略。

2）平臺層功能。提供平臺支撐庫和調用接口。向用戶提供諸如數(shù)據(jù)讀寫接口、通信鏈路層驅動、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)字典存儲等功能庫調用；完成數(shù)據(jù)采集、計算、統(tǒng)計等功能，具體包括：交采數(shù)據(jù)和開關量的采集、計算、統(tǒng)計功能；提供完整的基礎數(shù)據(jù)集合。提供完整的基礎數(shù)據(jù)和參數(shù)集合，并提供這些數(shù)據(jù)和參數(shù)的格式和物理含義，為應用開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐；提供各功能模塊的定制方法和定制接口。平臺能提供靈活配置或定制方法以適應不同應用系統(tǒng)個性化需求，如適應通信驅動變化、存儲數(shù)據(jù)項、計量點的配置等。

3）業(yè)務應用層功能。應用規(guī)約、事件告警等。這些模塊利用平臺軟件提供的數(shù)據(jù)集合、功能庫和調用接口實現(xiàn)與業(yè)務平臺軟件及硬件驅動的交互，并通過數(shù)據(jù)字典配置對平臺軟件的一些數(shù)據(jù)和功能進行具體配置。根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，軟件分為規(guī)約解釋、事件、統(tǒng)計、交采、存儲、抄表、相位識別、通信管理、直流模擬量、升級、驅動等子系統(tǒng)。對于系統(tǒng)中需要異步處理并且比較緊急的事件可以采用中斷方式處理，對于不是特別緊急的事件盡量不要使用中斷。即盡量減少中斷的數(shù)量，對于一定需要使用中斷的也應盡量減少中斷次數(shù)，中斷處理函數(shù)盡量短小。盡量只在中斷服務程序中標記事件的發(fā)生，不再做任何工作就退出中斷，轉由后臺程序完成事件的處理，這樣就不會造成在中斷服務程序中處理費時的事件而影響后續(xù)和其他中斷。

3 現(xiàn)場應用

本方案可實現(xiàn)戶變關系自動識別，有效避免了線損計算錯誤；實現(xiàn)三級線損精準計算，將線損分析管理末端下移到表箱，有力提升低壓線損精細化管理水平；實現(xiàn)三相動態(tài)檢測，實時在線調整三相負荷，有效降低因三相不平衡導致的線損。通過在山東、山西等地區(qū)測試驗證后得出，應用該方案后臺區(qū)線損平均下降2%以上。在不影響采集的前提下，實現(xiàn)了低壓臺區(qū)降低線損的需求，極大地促進了營配貫通，提高了智能化、精細化水平。

案例1：山東東明縣試點臺區(qū)變壓器相間負載不均衡度情況比較嚴重，從變壓器檢測數(shù)據(jù)來看，其出現(xiàn)電流全天處于不平衡狀態(tài)，在用戶用電比較集中的早、中、晚3 個時段，相電流差值最大可達120 A，不平衡度超過140%，變壓器偏載情況十分嚴重，電流曲線見第46 頁圖3。經過現(xiàn)場實地勘測，應用本方案后相間負荷不平衡得到極大改善，本方案應用后電流曲線見第46 頁圖4。

案例2：萬城華府位于山西大同市西南部，共有居民和商業(yè)用戶549 戶，20 個分支箱，每日用電量在3 000 kW·h 左右。該臺區(qū)線損較高，維持在15%左右，平均每日損耗電量450 kW·h。臺區(qū)串擾嚴重，用戶串問題嚴重，存在檔案不對應的問題。通過臺區(qū)識別功能，發(fā)現(xiàn)戶表和原檔案有4 戶不對應，有效地解決了串戶問題。

圖3 應用前電流曲線

圖4 應用后電流曲線

4 結束語

本方案貫徹“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)分析、用數(shù)據(jù)決策”的理念，深化智能電能表大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)臺區(qū)線損自動監(jiān)測，為電網運行管理提供決策支撐，有利于供電企業(yè)經濟效益提升、電網健康穩(wěn)定運行。隨著電力體制改革深入進行，且電力行業(yè)公司化運營機制的進一步推進和完善，對低壓臺區(qū)線損的研究有著越發(fā)重要的意義。本文提出的線損精細化治理方案，通過對低壓高損臺區(qū)的治理，驗證了其實用性和可靠性，有著良好的市場應用前景。