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)動作等等都會造成數(shù)據(jù)丟失，從而影響到線損管理工作開展質(zhì)量問題，以及對整個電網(wǎng)運行安全性產(chǎn)生不利影響，所以對配電網(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)的實際運行過程中，往往會出現(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)行實時監(jiān)測和定位。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)控并對信息進(jìn)行收集處理分析工作；同時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用；此外還能利用智能化的傳感器設(shè)備來完成自動測量功能以及相關(guān)參數(shù)，為電網(wǎng)運行狀態(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。第一個組成部分就是變電所，第二個組成部分則包括線路檢測站、測量控制點等設(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，對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與運行狀態(tài)監(jiān)測；除此之外還有配電網(wǎng)線損計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)計和分析，對電網(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)是實現(xiàn)配電網(wǎng)線損管理的基礎(chǔ)。在實際工作中，由于現(xiàn)場運行環(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)劃時需要將這些信號集中到統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行處理和監(jiān)控；另外還可以通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)對采集終端中所有信息流實施有效地接收與發(fā)送操作。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了線損管理的自動化、智能化以及便捷性。同時也能夠保證電網(wǎng)運行過程中各設(shè)備間通信無阻礙，實現(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。光纖通訊的主要特點是：傳輸速率快、抗干擾能力強，且具有較高帶寬和較強可擴展性，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。在實際操作中要選擇合適的方式對線路進(jìn)行維護(hù)與管理工作才能有效提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行水平以及保障其安全穩(wěn)定運行等方面都有一定意義。但是隨著人們對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)不了時代需求；同時光纖也有自己缺點：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)才能滿足實時性和可靠性的要求，導(dǎo)致線路損耗大、成本高。因此，對光纖配電網(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)測終端解決方案

1.2.2 電力載波通訊方式

在配電網(wǎng)的實際運行過程中，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。所以針對這種現(xiàn)狀提出新技術(shù)對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化升級來降低數(shù)據(jù)采集終端產(chǎn)生不良影響因素：例如利用GPS系統(tǒng)、分布式計算器等實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；運用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化管理方法實現(xiàn)配電網(wǎng)電壓實時監(jiān)測與分析，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量精度；其次就是因為傳送距離過長、線路長度太長的缺點，導(dǎo)致無法與其他系統(tǒng)實現(xiàn)實時交互操作；還有一個很主要原因則是由于線纜自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對線路需求量大而引起了線纜上的損耗較大等因素，都會造成通訊方式不能滿足實際要求等等，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、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，通過對各饋線之間傳送來的電信號數(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)運行出現(xiàn)異常時需要立即停機并發(fā)出警報通知現(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進(jìn)行傳輸，而這個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)之后可以對系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并且能實時地記錄數(shù)據(jù)并保存下來；同時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警電流信號、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)實際運行線路狀況和相關(guān)參數(shù)計算出相應(yīng)的損耗數(shù)值，從而實現(xiàn)對于整個系統(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，利用模擬信號進(jìn)行傳送。這種方法可以有效地避免在實際運行中出現(xiàn)線路故障等問題，因此，對這種方法進(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，能夠自動對電力系統(tǒng)內(nèi)部各個模塊之間實現(xiàn)信息交互以及實時監(jiān)控等功能；能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的運行狀態(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)自動化設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上并完成數(shù)據(jù)交換工作，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(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：無線網(wǎng)布設(shè)簡單方便、成本低、安裝靈活；但同時也存在著一定缺點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造成系統(tǒng)無法正常工作，因此就需要根據(jù)實際情況來進(jìn)行分析，在實際中發(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時數(shù)據(jù)采集終端，在實際應(yīng)用中，它具有遠(yuǎn)程傳輸、無線傳送等優(yōu)點。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；同時還可以將這些信息及時傳遞給供電公司，從而為用戶提供更多、更好的服務(wù)，同時也為公司提供了一個新的利潤增長點。基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端對配電網(wǎng)線路運行情況進(jìn)行監(jiān)控，并通過實時分析、故障定位和降損等策略來實現(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)是一個重要部分，對電網(wǎng)線路和電壓進(jìn)行監(jiān)測。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。因此為了實現(xiàn)對電能質(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)來完成這項任務(wù)；同時也可以通過集中管理數(shù)據(jù)信息及實時監(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)運行過程中采集現(xiàn)場信號，并將其發(fā)送給主控中心。主控中心通過對現(xiàn)場信號進(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；同時也能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什p少成本費用節(jié)約資源。

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

準(zhǔn)實時通信方式下，主站每天定時與負(fù)荷監(jiān)測儀通信，采集前一天的歷史數(shù)據(jù)；主站也可以補報某一天的數(shù)據(jù)。對于已投運不支持定時上報的負(fù)荷監(jiān)測儀，由主站撥號喚醒來傳輸數(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應(yīng)出現(xiàn)時間，并計算出功率因數(shù)統(tǒng)計。

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

通過實時通信和準(zhǔn)實時通信兩種方式，DSCADA主站可以查閱并儲存各10kV線路和配變的運行情況。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點和23至24點時間段內(nèi)出現(xiàn)2次峰值，11點至21點這段時間內(nèi)有功功率較小，并無異常現(xiàn)象。配變在8點至17點，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點至2點，18點至24點間負(fù)荷也接近50%，說明此配變所供主要用戶為工業(yè)用戶，并且無功補償不足，導(dǎo)致配變負(fù)荷率增大，應(yīng)盡快配置無功補償裝置，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，實現(xiàn)供電質(zhì)量高效率、優(yōu)質(zhì)化發(fā)展。