台区“低电压”智能监测与分析系统研究

国网节能服务有限公司 周喜超

国网甘肃省电力公司电力科学研究院 郑晶晶 张建华

台区“低电压”智能监测与分析系统研究

国网节能服务有限公司 周喜超

国网甘肃省电力公司电力科学研究院 郑晶晶 张建华

本文研发的台区“低电压”监测分析系统集电压质量在线监测、用户相序识别、线路电压压降监测功能为一体，系统对台区的各相（A、B、C）各节点电压进行实时监测，自动识别监测点相序，记录储存各相电压实时数据，通过USB数据线传输至计算机，由数据系统分析软件处理、显示变压器台区的各相电压数据，统计电压运行数据、绘制监测点电压运行曲线和各相线路电压压降曲线。该系统投入实际运行后可对配网进行巡检并及时发现“低电压”台区，也可以用于“低电压”台区改造效果检定。

低电压；监测；相序识别；系统设计

1 引言

随着城乡配电网改造的进一步深入，配变台区的硬件设施得到极大的完善，而且电力系统的市场化，要求必须改变过去的粗放管理，进行精细化的配电台区管理，其中线损、电压质量也是供电企业重要考核指标。

实现配电台区精细化管理过程中发现有些问题比较突出，其中在电压质量管理中的分台区、分相管理最为困难。在我国广大农村地区，甚至部分城市区域因供电线路长、变压器容量小、电网老化等原因导致线路压降过大、供电损耗大等问题，局部严重地区末端电压仅为几十伏，造成用户的用电设备不能正常使用，严重地影响了居民用户的生活。低压线路末端用户供电大多采用单相接入电网的方式，居民用户反映电压质量低，供电企业虽然对电压进行调整，但居民用户依旧反映电压质量低。为解决上述问题，传统的办法是安装电压监测仪，实时监测供电端和用户端的电压，它有一个明显的缺陷，只能弄清电压的单个安装点的情况，不能准确分析造成此种现象的原因。为此，本文设计出一种集相序识别和电压压降监测为一体的低压配电网线路相别、电压压降监测分析系统。

2 台区“低电压”监测分析系统设计

台区“低电压”监测分析系统，包括通过载波通讯模块发送或接收相序编码载波通讯信号的电压监测仪、多功能电压监测终端及监测分析系统构成。

基于变压器台区相序识别的电压监测仪由以下几个模块构成：(1)用于相序编码载波通信信号发送或接收的载波通讯信号检测模块；(2)电压信号采集并且进行数据处理的电压质量监测模块；(3)电压质量监测装置还包括相序编码的定义，生成对应的载波通讯信号。

台区“低电压”监测仪安装于配电网中的首末两端并且每条线路至少安装两个，安装于首末两端的监测仪通过电力线进行载波信号的传输。

当在低压配电网中线路首末两端都安装监测仪时，首先要对安装在线路首端（即配电变压器出口端）的电压监测仪需要根据供电部门核定好的相序进行相序编码的定义，由于每个电压监测仪的数据采集时序是同步的，线路首端的电压监测仪将带有时间和相序编码的载波通讯信号发送至该相电力线路上；线路末端（即线路各分支节点）的电压监测仪接受到电力线路上的载波通讯信号，对其相序编码进行解析，根据解析的结果判断该节点的相序属性并且把相序属性结果和带有时间戳的电压数据一起保存到电压监测仪存储器中；最后再将首末两端电压监测仪的数据信息通过通信接口传输给电压压降信息显示装置，电压压降信息显示装置根据首末两端各电压监测仪内存储的数据信息计算出各条线路的电压压降。

台区“低电压”监测分析系统不仅能够监测低压电网的线路首、末端电压，统计低压配电网电压合格率，同时还能精确计算出各相每条线路的压降，绘制电压、压降曲线，统计分析台区“低电压”现象产生的规律和造成的影响，而且还能够查清用户的相序属性，为更加科学合理地配置供电线路资源、实现低压配电网节能降耗、提高用户端供电电压质量和为实现低压配电网变压器台区精细化管理提供真实准确的基础数据。

2.1 监测终端主机硬件设计

硬件结构框如图1所示。主控单元采用高性能嵌入式计算机系统，统一调配资源，实现各项功能。各项功能模块既相对独立，可以自由组装，又在主控单元的统一调配下协调工作。

图1 控制器硬件结构框图

台区三相电压监测终端主机的主要技术特点为：采用高性能工业级嵌入式计算机系统作为智能终端的核心处理单元，硬件成熟可靠、抗干扰能力强，适用于户外恶劣的环境。监测配电网的电流、电压、频率和谐波等多种运行数据，发现异常情况，及时报警。终端采用大屏幕液晶显示，及时显示终端的工作状态、故障类型以及实时显示三相电压、电流、功率、功率因数、电量、谐波电压、谐波电流、频率状态等运行数据。采用东软载波通讯模块，生成、发送各相序的相序指令，硬件成熟可靠、抗干扰能力强，适用于户外线路远程传输数据的环境。采用大容量存储器，可以记录长达2个月的配电变压器运行数据和各种电气参数。具备电能计量功能，分别计量有功、无功电量。多种输入输出通道，通过软件配置，实现多种远动测量和控制。采用GPRS∕GSM无线网络实现远程联网，并能通过GPRS∕GSM网络实现远程程序更新和参数设置，为配网自动化提供了良好的手段。

2.2 采集模块硬件设计

硬件结构框图2所示，主控单元采用高性能嵌入式计算机系统，统一调配资源，实现各项功能。各项功能模块既相对独立，可以自由组装，又在主控单元的统一调配下协调工作。

图2 分机硬件结构框图

2.3 监测分析系统

台区“低电压”监测分析系统，不仅能够监测低压电网的线路首、末端电压，统计电网电压合格率，同时还能分别监测A、B、C每一相线路压降，绘制电压、压降曲线，统计分析压降产生的规律和造成的影响，而且能够查清用户的台区和相别属性，为实现台区精细化管理提供真实准确的基础数据。这就为更加科学合理地配置线路资源，节能降耗、为用户提供合格电能做出科学决策提供第一手足够的判断依据。分析软件界面如图3所示。