臺區“低電壓”智能監測與分析系統研究

國網節能服務有限公司 周喜超

國網甘肅省電力公司電力科學研究院 鄭晶晶 張建華

臺區“低電壓”智能監測與分析系統研究

國網節能服務有限公司 周喜超

國網甘肅省電力公司電力科學研究院 鄭晶晶 張建華

本文研發的臺區“低電壓”監測分析系統集電壓質量在線監測、用戶相序識別、線路電壓壓降監測功能為一體，系統對臺區的各相（A、B、C）各節點電壓進行實時監測，自動識別監測點相序，記錄儲存各相電壓實時數據，通過USB數據線傳輸至計算機，由數據系統分析軟件處理、顯示變壓器臺區的各相電壓數據，統計電壓運行數據、繪制監測點電壓運行曲線和各相線路電壓壓降曲線。該系統投入實際運行后可對配網進行巡檢并及時發現“低電壓”臺區，也可以用于“低電壓”臺區改造效果檢定。

低電壓；監測；相序識別；系統設計

1 引言

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

實現配電臺區精細化管理過程中發現有些問題比較突出，其中在電壓質量管理中的分臺區、分相管理最為困難。在我國廣大農村地區，甚至部分城市區域因供電線路長、變壓器容量小、電網老化等原因導致線路壓降過大、供電損耗大等問題，局部嚴重地區末端電壓僅為幾十伏，造成用戶的用電設備不能正常使用，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的方式，居民用戶反映電壓質量低，供電企業雖然對電壓進行調整，但居民用戶依舊反映電壓質量低。為解決上述問題，傳統的辦法是安裝電壓監測儀，實時監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象的原因。為此，本文設計出一種集相序識別和電壓壓降監測為一體的低壓配電網線路相別、電壓壓降監測分析系統。

2 臺區“低電壓”監測分析系統設計

臺區“低電壓”監測分析系統，包括通過載波通訊模塊發送或接收相序編碼載波通訊信號的電壓監測儀、多功能電壓監測終端及監測分析系統構成。

基于變壓器臺區相序識別的電壓監測儀由以下幾個模塊構成：(1)用于相序編碼載波通信信號發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據處理的電壓質量監測模塊；(3)電壓質量監測裝置還包括相序編碼的定義，生成對應的載波通訊信號。

臺區“低電壓”監測儀安裝于配電網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測儀通過電力線進行載波信號的傳輸。

當在低壓配電網中線路首末兩端都安裝監測儀時，首先要對安裝在線路首端（即配電變壓器出口端）的電壓監測儀需要根據供電部門核定好的相序進行相序編碼的定義，由于每個電壓監測儀的數據采集時序是同步的，線路首端的電壓監測儀將帶有時間和相序編碼的載波通訊信號發送至該相電力線路上；線路末端（即線路各分支節點）的電壓監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，根據解析的結果判斷該節點的相序屬性并且把相序屬性結果和帶有時間戳的電壓數據一起保存到電壓監測儀存儲器中；最后再將首末兩端電壓監測儀的數據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首末兩端各電壓監測儀內存儲的數據信息計算出各條線路的電壓壓降。

臺區“低電壓”監測分析系統不僅能夠監測低壓電網的線路首、末端電壓，統計低壓配電網電壓合格率，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，統計分析臺區“低電壓”現象產生的規律和造成的影響，而且還能夠查清用戶的相序屬性，為更加科學合理地配置供電線路資源、實現低壓配電網節能降耗、提高用戶端供電電壓質量和為實現低壓配電網變壓器臺區精細化管理提供真實準確的基礎數據。

2.1 監測終端主機硬件設計

硬件結構框如圖1所示。主控單元采用高性能嵌入式計算機系統，統一調配資源，實現各項功能。各項功能模塊既相對獨立，可以自由組裝，又在主控單元的統一調配下協調工作。

圖1 控制器硬件結構框圖

臺區三相電壓監測終端主機的主要技術特點為：采用高性能工業級嵌入式計算機系統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境。監測配電網的電流、電壓、頻率和諧波等多種運行數據，發現異常情況，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、故障類型以及實時顯示三相電壓、電流、功率、功率因數、電量、諧波電壓、諧波電流、頻率狀態等運行數據。采用東軟載波通訊模塊，生成、發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據的環境。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據和各種電氣參數。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，實現多種遠動測量和控制。采用GPRS∕GSM無線網絡實現遠程聯網，并能通過GPRS∕GSM網絡實現遠程程序更新和參數設置，為配網自動化提供了良好的手段。

2.2 采集模塊硬件設計

硬件結構框圖2所示，主控單元采用高性能嵌入式計算機系統，統一調配資源，實現各項功能。各項功能模塊既相對獨立，可以自由組裝，又在主控單元的統一調配下協調工作。

圖2 分機硬件結構框圖

2.3 監測分析系統

臺區“低電壓”監測分析系統，不僅能夠監測低壓電網的線路首、末端電壓，統計電網電壓合格率，同時還能分別監測A、B、C每一相線路壓降，繪制電壓、壓降曲線，統計分析壓降產生的規律和造成的影響，而且能夠查清用戶的臺區和相別屬性，為實現臺區精細化管理提供真實準確的基礎數據。這就為更加科學合理地配置線路資源，節能降耗、為用戶提供合格電能做出科學決策提供第一手足夠的判斷依據。分析軟件界面如圖3所示。