基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端的配電網(wǎng)線損管理解決方案

張國帥

國網(wǎng)通遼供電公司 內(nèi)蒙古通遼 028000

在電力系統(tǒng)中，電壓、電流的測(cè)量是非常重要的。但由于配電網(wǎng)存在著很多不良因素。例如：供電線路老化導(dǎo)致跳閘等情況發(fā)生；此外還有一些突發(fā)故障如低壓斷路器損壞和漏電保護(hù)動(dòng)作等等都會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，從而影響到線損管理工作開展質(zhì)量問題，以及對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行安全性產(chǎn)生不利影響，所以對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集終端的優(yōu)化改造是非常有必要且十分重要的[1]。

1 基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端的配電網(wǎng)線損管理解決方案的介紹

在配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，往往會(huì)出現(xiàn)各種問題，如線路老化、斷線等。這些情況都需要通過數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定位。而現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸與監(jiān)控并對(duì)信息進(jìn)行收集處理分析工作；同時(shí)也可以將故障原因以文字或者圖片形式展現(xiàn)出來供決策者參考和運(yùn)用；此外還能利用智能化的傳感器設(shè)備來完成自動(dòng)測(cè)量功能以及相關(guān)參數(shù)，為電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)提供可靠依據(jù)等作用。

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端

在供電部門的電力網(wǎng)中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端是非常重要，主要由兩部分組成。第一個(gè)組成部分就是變電所，第二個(gè)組成部分則包括線路檢測(cè)站、測(cè)量控制點(diǎn)等設(shè)備，以及相關(guān)管理信息系統(tǒng)和相應(yīng)操作人員進(jìn)行使用信息記錄工作平臺(tái)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)；除此之外還有配電網(wǎng)線損計(jì)量中心以及供電公司相關(guān)工作人員通過掃描儀或者GPS定位裝置采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為電量的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，然后將其通過GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)電網(wǎng)線損發(fā)生情況，線路分布等狀況進(jìn)行有效判斷。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)線損管理的基礎(chǔ)。在實(shí)際工作中，由于現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，且各饋電線、電纜等設(shè)備數(shù)量繁多，在進(jìn)行電力網(wǎng)規(guī)劃時(shí)需要將這些信號(hào)集中到統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行處理和監(jiān)控；另外還可以通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)對(duì)采集終端中所有信息流實(shí)施有效地接收與發(fā)送操作。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了線損管理的自動(dòng)化、智能化以及便捷性。同時(shí)也能夠保證電網(wǎng)運(yùn)行過程中各設(shè)備間通信無阻礙，實(shí)現(xiàn)了線損管理的高效性。

1.2.1 光纖通訊方式

光纖通訊方式是指，在整個(gè)通信系統(tǒng)中，所有的信息都通過光纜傳送，并將傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。光纖通訊的主要特點(diǎn)是：傳輸速率快、抗干擾能力強(qiáng)，且具有較高帶寬和較強(qiáng)可擴(kuò)展性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。但是由于光纜易受到外界環(huán)境因素影響而出現(xiàn)故障問題。所以被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。在實(shí)際操作中要選擇合適的方式對(duì)線路進(jìn)行維護(hù)與管理工作才能有效提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行水平以及保障其安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面都有一定意義。但是隨著人們對(duì)安全要求越來越高以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速使得這種傳統(tǒng)的通信模式逐漸變得不適用與適應(yīng)不了時(shí)代需求；同時(shí)光纖也有自己缺點(diǎn)：體積大、重量重且容易老化；并且在使用過程中，需要定期維護(hù)才能滿足實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，導(dǎo)致線路損耗大、成本高。因此，對(duì)光纖配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，有效管理，降低其線損是非常有必要[2]。

圖1 采用管錢通信方式的現(xiàn)場監(jiān)測(cè)終端解決方案

1.2.2 電力載波通訊方式

在配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，通訊方式是一種非常常見且有效也十分重要，但這種通信模式存在著很多問題。首先就是數(shù)據(jù)傳輸效率比較低，傳輸方式不穩(wěn)定，在配電網(wǎng)中，通訊線路的使用頻率較高，而線纜又是一種非常重要的通信工具。但是由于這些原因?qū)е铝艘恍┚€損情況。所以針對(duì)這種現(xiàn)狀提出新技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化升級(jí)來降低數(shù)據(jù)采集終端產(chǎn)生不良影響因素：例如利用GPS系統(tǒng)、分布式計(jì)算器等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化管理方法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，提高供電可靠性以及安全性；采用智能傳感器技術(shù)，在保證安全的前提下提升測(cè)量精度；其次就是因?yàn)閭魉途嚯x過長、線路長度太長的缺點(diǎn)，導(dǎo)致無法與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互操作；還有一個(gè)很主要原因則是由于線纜自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對(duì)線路需求量大而引起了線纜上的損耗較大等因素，都會(huì)造成通訊方式不能滿足實(shí)際要求等等，這些都是在目前電力載波通信中需要著重解決的問題。

1.2.3 電力載波通信原理

電力載波通訊原理是指利用同步發(fā)電機(jī)、光電耦合器和同步通信網(wǎng)等進(jìn)行信息的傳輸。在配電網(wǎng)中，通過對(duì)各饋線之間傳送來的電信號(hào)數(shù)據(jù)，再根據(jù)所接收過來頻率大小及相位差確定是否有故障。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)需要立即停機(jī)并發(fā)出警報(bào)通知現(xiàn)場工作人員處理故障問題或采取相應(yīng)措施以排除隱患保證供電質(zhì)量；同時(shí)也為線路檢修人員提供了一種更為方便、快捷和安全可靠的方法。

電力載波通訊的原理是利用傳輸介質(zhì)之間存在某種聯(lián)系，通過電壓和電流互感器將信號(hào)進(jìn)行傳輸，而這個(gè)交流方式稱之為同步模式。這種通信形式能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳遞速度與可靠性。在配電網(wǎng)中應(yīng)用這一技術(shù)之后可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并且能實(shí)時(shí)地記錄數(shù)據(jù)并保存下來；同時(shí)也為故障分析提供了依據(jù)與基礎(chǔ)資料，電力載波通訊的基本原理是利用交直流間的電壓來傳送報(bào)警電流信號(hào)、用電設(shè)備之間產(chǎn)生電磁干擾，從而導(dǎo)致線路跳閘，引起配電網(wǎng)的電壓和電流異常升高，進(jìn)而造成系統(tǒng)停電。利用同步模式進(jìn)行供電可靠性分析。在電力通信方面應(yīng)用這一技術(shù)之后可以對(duì)其發(fā)生故障情況、影響范圍以及損失程度等作出判斷；并且還能將該數(shù)據(jù)顯示出來并及時(shí)處理掉受損害元件及設(shè)備中所產(chǎn)生過負(fù)荷問題等現(xiàn)象出現(xiàn)的概率大小；最后根據(jù)實(shí)際運(yùn)行線路狀況和相關(guān)參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的損耗數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地監(jiān)控與管理。

圖2 電力載波通信原理圖

1.2.4 電力載波通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式

電力載波通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有兩種：一種是基于模擬基站和數(shù)字基站上，利用模擬信號(hào)進(jìn)行傳送。這種方法可以有效地避免在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)線路故障等問題，因此，對(duì)這種方法進(jìn)行研究，具有重要的意義；第二種則是非智能終端所提供的信息通道，能夠自動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)模塊之間實(shí)現(xiàn)信息交互以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能；能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。但是，由于非智能終端存在很多缺陷，導(dǎo)致在實(shí)際情況中，這種方法還不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。另外也能將各種類型電壓、電流與功率數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚渚W(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上并完成數(shù)據(jù)交換工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控[3]。

1.2.5 GPRS無線上網(wǎng)通信方式

GPRS無線上網(wǎng)方式主要是指遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)接入。這種連接技術(shù)，就是利用了GSM系統(tǒng)，通過在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)與基站設(shè)備通信無誤、不干擾其他終端性能的通訊模塊。這樣的話就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：無線網(wǎng)布設(shè)簡單方便、成本低、安裝靈活；但同時(shí)也存在著一定缺點(diǎn)比如說易受外界因素影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)受到損壞等等這些問題都會(huì)造成系統(tǒng)無法正常工作，因此就需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行分析，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題，并提出合理的解決方案。

GPRS通信方式是一種新型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集終端，在實(shí)際應(yīng)用中，它具有遠(yuǎn)程傳輸、無線傳送等優(yōu)點(diǎn)。這種技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)和科研單位。

由于該系統(tǒng)需要對(duì)各種環(huán)境因素進(jìn)行分析判斷并采取相應(yīng)措施。因此GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠有效地幫助用戶發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行過程中有可能出現(xiàn)問題或故障的地方以及相關(guān)參數(shù)變化趨勢(shì)；同時(shí)還可以將這些信息及時(shí)傳遞給供電公司，從而為用戶提供更多、更好的服務(wù)，同時(shí)也為公司提供了一個(gè)新的利潤增長點(diǎn)。基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端對(duì)配電網(wǎng)線路運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并通過實(shí)時(shí)分析、故障定位和降損等策略來實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)在日常工作中的優(yōu)化。

1.3 DSCADA主站

在供電部門的電力網(wǎng)，配電系統(tǒng)是一個(gè)重要部分，對(duì)電網(wǎng)線路和電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是由于目前我國大部分分布式電源并沒有接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。因此為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的提高、降低損耗以及保證用戶能夠正常工作等目標(biāo)要求，需要采用DSCADA主站技術(shù)來完成這項(xiàng)任務(wù)；同時(shí)也可以通過集中管理數(shù)據(jù)信息及實(shí)時(shí)監(jiān)控供電情況，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在配電系統(tǒng)運(yùn)行過程中采集現(xiàn)場信號(hào)，并將其發(fā)送給主控中心。主控中心通過對(duì)現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)行采集、處理和分析，從而將信息發(fā)送給配電系統(tǒng)。在這一過程中，可以有效地實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定與可靠控制；采用集中管理模式。該方案能夠保證供電可靠性及穩(wěn)定性；同時(shí)也能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什p少成本費(fèi)用節(jié)約資源。

實(shí)時(shí)通信方式下，現(xiàn)場采集終端與DSCADA主站的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息采集，將處理后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供給為應(yīng)用服務(wù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，并可按照應(yīng)用所下達(dá)的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)方配電站的調(diào)控功能。采集的數(shù)據(jù)量為實(shí)時(shí)電壓、電流和有l(wèi)無功功率變化曲線。

準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信方式下，主站每天定時(shí)與負(fù)荷監(jiān)測(cè)儀通信，采集前一天的歷史數(shù)據(jù)；主站也可以補(bǔ)報(bào)某一天的數(shù)據(jù)。對(duì)于已投運(yùn)不支持定時(shí)上報(bào)的負(fù)荷監(jiān)測(cè)儀，由主站撥號(hào)喚醒來傳輸數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)為ABC三相電流、電壓值峰谷值，正反向有l(wèi)無功功率峰谷值以及對(duì)應(yīng)出現(xiàn)時(shí)間，并計(jì)算出功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)。

2 基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端的配電網(wǎng)線損管理解決方案的應(yīng)用

通過實(shí)時(shí)通信和準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信兩種方式，DSCADA主站可以查閱并儲(chǔ)存各10kV線路和配變的運(yùn)行情況。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以找出電網(wǎng)中線損較大的某段線路或配變，并針對(duì)性地提出解決方案。

表1 電網(wǎng)中線損較大的某段線路或配變

配變所屬10kV出線的有功功率曲線。分析數(shù)據(jù)可知，在配變最大負(fù)荷日當(dāng)天其所在10kV線路有功功率在9至10點(diǎn)和23至24點(diǎn)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)2次峰值，11點(diǎn)至21點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)有功功率較小，并無異常現(xiàn)象。配變?cè)?點(diǎn)至17點(diǎn)，負(fù)荷均超過60%，并且無功功率較大，功率因數(shù)較低。此外，配變0點(diǎn)至2點(diǎn)，18點(diǎn)至24點(diǎn)間負(fù)荷也接近50%，說明此配變所供主要用戶為工業(yè)用戶，并且無功補(bǔ)償不足，導(dǎo)致配變負(fù)荷率增大，應(yīng)盡快配置無功補(bǔ)償裝置，降低配變負(fù)荷率，進(jìn)而降低線損。

3 結(jié)語

近年來，我國電網(wǎng)發(fā)展迅速，對(duì)供電質(zhì)量的要求也越來越高，配電系統(tǒng)是電力網(wǎng)絡(luò)中重要組成部分。由于各方面因素導(dǎo)致了配網(wǎng)線路的電壓、電流在不斷地增加。為了滿足用戶需求和保證電能供應(yīng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等問題都需要采取措施來進(jìn)行處理與管理；因此相關(guān)人員需要提出一種基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行線損統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合故障原因制定出相應(yīng)方案以解決當(dāng)前電網(wǎng)存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)供電質(zhì)量高效率、優(yōu)質(zhì)化發(fā)展。