智能计量测控终端在配电网中的应用

侯建敏

摘 要：介绍了智能电网中的高压电子计量体系， 结合传统高压电能计量装置的若干问题， 分析了计量测控终端的组成结构、工作原理和特性。提出了计量测控终端应用于智能配电网的应用方案， 并结合实际运行情况进行了应用分析。

关键词：智能电网；高压电子计量体系；计量测控终端

智能电网是当今电力系统发展的主流方向，智能配电网是智能电网系统的重要组成部分。智能配电网是在当前配电网的基础上，将现代传感、测量、通信、计算机和控制技术与配电网络高度集成形成的新型配电网[1]。与传统配电网相比，智能配电网整合了配电网实时运行信息和各种管理信息，为配电网运行和管理人员提供更全面、更完整的电网状态信息，改变过去以时间滞后的有限信息为依据的配电网管理方式，促进配电网精细化、智能化运行的实施。

传统配电网的电网数据采集和电能计量主要采用基于电磁式互感器的高压计量箱或高压计量柜来实现。而智能配电网的发展则需要响应更快、数据更准、智能化程度更高的电网数据采集和电能计量平台，并以此为基础来建设配电网的高级计量体系（AMI）。AMI通过传感装置（新型互感器）、智能电表、电力通信网络将电力公司和用户紧密相连。结合相应的量测数据管理系统，AMI不仅能够有效监测电网运行状况，为需求侧管理（DSM）的实施提供数据支撑，还能为电力公司解决以下问题提供技术支持：①削峰填谷；②降低用电客户的管理成本；③缩短电费回收周期；④窃电防治；⑤掌握客户用电特性，更好地编制用电计划；⑥优化负荷管理，创造社会效益；⑦优化线损计算，为能量平衡提供依据；⑧及时准确地检测故障[2-5]。

智能配电网建设计量体系首先要解决计量测控终端的问题。通过新型传感装置、新型电能表和通信装置解决电网运行和计量数据的全面、准确、高效采集和高效传输，从而满足智能配电网的功能需求。

1 传统配电网高压计量系统存在的问题

目前，10kV中压配电网多采用两元件法（两台电磁式电压互感器、两台电磁式电流互感器和一只三相多功能电能表）进行电能计量和电网数据采集。这种计量系统存在的问题包括：①互感器体积大，绝缘较为复杂，导致铜、铁和绝缘材料的大量消耗；②电流互感器仅在低压状态下检定，未考虑高电压对电流互感器的影响，其实际误差具有不确定性；③电磁式互感器在中性点不接地（或小电流接地）的配电网运行时，易诱发铁磁谐振而导致谐振过电压，危及电网安全；④两元件计量方式难以满足不平衡負荷的精准计量；⑤电磁式互感器频带较窄，难以准确获取电网谐波信息和瞬态信息，不利于电网安全管理；⑥电磁互感器实际运行负荷往往远离互感器设计的下限负荷，互感器空载损耗大，造成电力浪费；⑦缺乏实时性强、可靠性高的远程数据交互平台。

要实现配电网的智能化建设，需要优先解决电网运行和计量数据测的全、测的准、响应快、传输可靠的问题。配电网的高压计量系统就是解决这一问题的实施平台。采用新技术合理配置高压计量终端，将测量、计量、保护和通信功能进行有机融合，可有效推进配电网的智能化建设和需求侧管理的实施。

2 计量测控终端的组成

2.1 传感系统

计量测控终端的传感系统主要由电阻分压电压互感器和罗氏线圈（或低功耗小铁心）电流互感器组成。电阻分压电压互感器采用纯阻性的纳米导电陶瓷精密分压电阻作为感知电网电压的一次传感器。由于精密分压电阻为纯阻性元件，具有电磁式电压互感器无法比拟的响应速度、线性度和频带宽度，能快速、准确地采集电网的瞬态、基波、谐波和直流分量信息，可以为计量、保护和运行监测提供全面、准确的线路电压信息。罗氏线圈（或低功耗小铁心）电流互感器具有良好的线性度和宽频带宽度，能快速、准确地采集电网的瞬态、基波、谐波信息，可以结合电阻分压互感器提供实时、全面、准确的线路参数，为计量、保护和运行监测提供支持。

传感系统包括三支电压互感器和三支电流互感器，提供的线路电压、电流信息均是实际测数据，能够适应不平衡电网的准确测量，同时可避免利用两元件计量漏洞窃电。

电阻分压电压互感器和罗氏线圈（或低功耗小铁心）电流互感器的功耗和铜、铁资源消耗远远低于传统互感器，可以节省大量运行能耗和铜、铁资源。现对于传统铁磁互感器，消除了铁磁谐振危害，有利于电网安全。

2.2 智能电表

计量测控终端的智能电表作为本地智能系统的中枢，包含数据接收单元、计量单元、保护控制单元、数据存储单元、人机交互单元和中央处理器。来自传感系统的线路参数通过数据接收单元进入智能电表后，计量单元和保护控制单元共享线路参数。计量单元对电能进行精准计量，确保整体计量精度达到有功0.5s级和无功2级。保护控制单元则对线路参数进监测和实行综合处理，按照设定的规则和上级指令对本地线路进行保护和控制，向执行系统下达动作指令并接收执行系统状态反馈信息。数据存储单元存储指令、协议和计量、测试数据。人机交互单元则负责测控终端和用户之间的信息交互，是实现电网与用户互动化的平台。中央处理器则负责智能电表各个单元之间以及计量测控终端与上级之间的信息交互、协调。

2.3 通信系统

计量测控终端的通信系统是以GS-18电力线载波通信单元为核心的宽带电力线载波系统。该系统负责将本地的计量、测控、保护信息和用户反馈信息上传和上级管理、控制指令的下达。通信系统由动态组网与数据管理单元、GS-18 OFDM载波单元和信号耦合单元组成。

动态组网与数据管理单元承担动态组网和数据收发管理两大功能。电力线是连接电力用户和电力运行管理部门的天然网络，是电网通信的优选信道。但是，由于电力线是为了传输电能而架设的，线路上连接有各种负载，因而其信道特性具有时变性。为了实现在电力线上高效率、高可靠通信，动态组网与数据管理单元将依据GS-18 OFDM载波单元获取的信道特性动态配置通信频率等参数。GS-18 OFDM载波单元是以GS-18载波芯片为核心的宽带电力线载波通信模块，该模块具有18个独立的通信频段、54个子载波，能够在数据通信的同时检测电力线信道特性，并在动态组网与数据管理单元的支持下从18个通信频段中选配合适的通信频率组合动态组网来适应时变的电力线信道，确保高效率、高可靠通信。信号耦合单元承担着信号耦合和高压-低压电气隔离的功能。通过信号耦合单元，可实现通信信号在电力线与通信系统收发单元之间的耦合并确保通信系统电气安全。较传统的SMS或GPRS信号传输有着信号稳定、没有通信费用的优势。

2.4 执行系统

计量测控终端的執行系统由永磁开关单元、状态指示与反馈单元及手动开关组成。该系统承担本地保护动作执行和上级管控指令执行的功能。通过该系统，可以快速实现故障线路剥离、负荷管控等功能。

3 计量测控终端的应用

计量测控终端作电网数据采集、数据交互和电能计量的平台，主要安装于配电网的转变用户的进线侧、公变台区进线侧、线路重要分支节点和不同线路互倒开关点等重要节点。计量测控终端的传感系统、智能电表、通信系统、执行系统四大功能模块能够实时监测各节点的运行参数，在实现本地计量、保护的同时还能与上级和用户进行高效的数据交互。计量测控终端利用GS-18电力线载波通信系统通过电力线与变电站终端进行数据交互，各个变电站终端与供电公司服务器实时交互数据，从而推进现配电网管理的信息化和互动化。

与传统计量系统相比，计量测控终端可以为电网经济调度和线损分析提供实时数据、还可以在线实现窃电防控和负荷管控等功能。

我公司4座变电站6条10kV线路安装计量测控终端46套组成智能配电系统。利用该系统，运行数据的实时、可视地体现在运行管理系统上，各岗位可以随时调取所需数据进行分析调度，大大提高了工作效率。该系统还在窃电防控和负荷管控上显示出了独特优势。运行期间，分支线路计量测控终端通过定值整定配合共正确动作16次，缩小了停电范围，提高了供电可靠性；配合线损测算软件，准确定位线损异常分支，缩小排查范围，提高了工作效率，共协助查获窃电户6户，挽回经济损失20余万元，其中系统提示某用户出现三相严重不平衡、且用电数据偏离该用户用电习惯统计数据。管理人员及时通过系统警示用户，防止了一次用户在B相非法取电、可能危及电网安全的窃电行为的发生。用电高峰期间，通过该系统分时段配置各专变用户负荷，由系统自动监管各节点用电状况并及时将用电状况通知供电公司和用户，避免通过拉闸方式调配负荷。

4 结论

计量测控终端是一种将测控、保护、计量和通信功能进行有机融合的配电网智能装备。通过该系统，可以实现配电网重要节点的本地计量、保护和配电网管理的信息化和互动化。

实际运行表明，计量测控终端在电网经济调度、线损分析、窃电防控和负荷管控上有独特的优势。

参考文献：

[1]陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，33（8）：1-7

[2]谢开，刘永奇，朱治中，等.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008，41（6）：19-22

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[4]薛晨，黎灿兵，曹一家，李俊雄，谭益，刘玙.智能电网中的电网友好技术概述及展望[J].电力系统自动化，2011，35（15）：102-107.

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