计量自动化系统对客户侧电压质量的监测

张 海

（普洱思茅供电局，云南 普洱 665000）

0 引 言

电压质量是电能的重要指标。对整个电力供应系统而言，电压质量是控制电能质量的关键性因素。电与居民生活息息相关，电力系统提供可靠、标准、持续的电压，才能保证居民生产生活正常运转。为保证设备的高效率运转，居民用户对电压质量的要求越来越高，电压质量越来越受到重视。受电端电压合格率是反映供电企业供电服务质量的重要指标，是电力监控机构对供电企业供电质量实施监管的重要内容之一。目前，整个电力系统中，电压质量监测缺乏一个更精确、更全面、更深入的统一平台，而计量自动化系统解决了这个问题。

1 电压质量的现状

电压质量是电能质量的重要指标。电压质量是电力系统安全与经济运行的保障，保障用户安全生产和产品质量，以及电器设备的安全与寿命，而电压质量的危害直接影响整个供电系统的安全运行[1]，所以对电压质量的监控尤为重要。目前。对电压的监控主要包括电能量采集系统、配电监测系统、低压集统和负控系统等，但其都存在不及时、不全面、不精确等缺陷，往往不能满足不同专业、不同层面的数据需求。

2 电压质量不合格的危害

2.1 电压过低的危害

电压降低超过额定电压的10%时，电动机的电流过大，线圈的温度升高，严重时会使电动机带不动而停止运转或无法启动，甚至烧坏电动机；电压降低到额定电压的5%，普通电灯的照度降低18%；电压越低，照度越低。输送固定电能量值时，电压降低，电流增大，线损也增大。例如，用户最高负荷为1×106kW的电流系统，每年线损电量约为5×107kW·h；当电网电压过低迫使发电机电压降低10%～16%时，发电机有功将减少10%～15%；发电机无功负荷多，将进一步减少有功负荷的能力。电压降低，会相应降低线路输送极限容量，因而降低了稳定性。当电网枢纽变电站及受电地区的电压降低到额定电压的70%左右时，就可能发生电压崩溃事故。送电线路负荷稍有增加，受电地区电压下降，将进一步造成线路负荷增加。如此形成恶性循环，极易造成大面积停电事故。

2.2 电压过高的危害

运行中的变压器正常电压不得超过额定电压的5%。电压过高会使铁芯产生过励磁，并使铁芯严重饱和。铁芯及其金属夹件因漏磁增大而产生高温，严重时损坏变压器绝缘并使构件局部形变，缩短变压器的正常使用寿命。偏高的电压对电动机类的用电设备的使用寿命和工作性能带来了诸多不良影响。由于电动机自身铁耗与其工作电压平方几乎成正比，偏高的工作电压将使电机的损耗上升，电机发热，长时间工作将影响电机的正常使用寿命，还会加大电机的运行噪声，降低整体的工作效率。

3 影响电压质量的因素

在供电线路中，电压合格率分为三类：20 kV、35 kV专线和110 kV及以上用户端供电电压允许偏差额定电压值的±10%；20 kV和35 kV非专线以及10（6） kV用户端供电电压允许偏差额定电压值的±7%；380/220 V低压网络和用户端供电电压允许偏差额定电压值的-10%～+7%。

3.1 线路过长

有的地区地广人稀，厂矿分散，输电线路大多较长。线路过长，线损过大，导致末端电压不合格，降低了电压合格率。

3.2 供电线路导线半径

导线截面大小会影响电力线损。截面积选择不当，会引起电压波动。

式中，ρ为材料的电阻率；L为导体的长度；S为导线截面积。当材料电阻率、导体长度一定时，导线截面的大小就是影响电阻的关键。此时，通过扩大导线截面，可有效控制线路的电阻，降低损耗。

3.3 负荷波动

由于35 kV专线大用户或10 kV大用户负荷较大，若配电变压器容量不足，则电压会越下限。低压（380/220 V）用户大多数为居民用电，经常会根据时间段负荷出现波动，电压也随之波动。12点与18点为居民生活用电高峰期，负荷较大；居民用户都在白天用电，负荷较大，电压极有可能越下限。相反，凌晨1点后居民休息，厂矿设备停产，电压容易越上限。

3.4 维护不到位

变电站通过后台监控机操作电容器投切、调整主变压器档位等调整电压。由于监测不到位导致主变压器档位设置不合理，电容器的不及时投切会影响电压质量。所以，要加强变电站35 kV和10 kV母线电压调控；要加强对监控后台机定期数据巡查，加强设备的管控，掌握电压日变化规律，而季节变化规律显得尤为重要。

3.5 大负载未经过降压，直接启动

大负载未经过降压直接启动，使电压越下限。线路电压降计算公式为：

P为线路负荷、L为线路长度、A为导体材质系数、S为电缆截面。建议大负载用户在设备区域装设合理数量的电容器组，在设备启动时形成有效的补偿电压，减小对电网电压的影响。

3.6 三相负荷不平衡

三相供电系统中，在正常运行方式下出现三相不平衡的主要原因，是三相负荷不平衡所引起的。不平衡的三相电压或电流，由于负序电压的存在，使三相系统中的三相感应电动机在产生正向转矩的同时产生一个反向转矩，降低了电动机的输出转矩，增大了电机绕组电流，温升增高，大大缩短了电动机的正常使用寿命。对三相变压器而言，三相电流不平衡，当最大相电流达到变压器额定电流时，其他两相低于额定值，将无法充分利用变压器容量。。对多相整流装置来说三相电压不对称时，将严重影响多相触发脉冲的对称性，导致整流装置产生较大的谐波，影响电能的质量。

3.7 地区差异

城市地区的电压合格率普遍优于农村地区，因为城市电网较农村电网相对坚强、运行灵活且负荷较为集中，供电半径相对合理，负荷搭配较为平衡，运行方式调整及时，台区运行数据已实现在线监控，能够智能投切无功补偿装置，电压合格率相对较好。农村电压合格率低的主要原因是地处偏远山区，城镇化发展水平不高，农村居民居住较分散，负荷密度底，高低压供电网络复杂，迂回供电现象普遍，供电半径大，导致首末端电压超差。

4 计量自动化系统采集电压的意义

4.1 准确性

计量自动化系统将采集的电压在系统中统一收集，并按照同一标准计算，避免了电压检测仪的精度不统一[2]。自动化系统通过对终端的系统布局设置，在后台系统中录入公式，提高了电压合格率的准确度。计量自动化系统延长了电压监测的总时间，进一步提高了电压合格率的准确度。

4.2 实时性

计量自动化系统将发电厂、变电站、台区信息录入系统建立了台账。由于系统采用了数据的实时回传功能，可以随时从系统内调出电压情况，通过系统的电压越限报警功能及时发现电压的越限情况。与传统的监测通过变电站后台机或者电压监控点对电压进行监控相比，后台机电压监控的精度高很多，计量自动化系统可及时发现台区的电压质量状况，通过设置电容器等方式及时调整台区电压质量。

4.3 全面性

目前，大部分地区都在电压合格率较高的地区安装电压监测仪，这未能反映实际的电压状况。只有增加电压检测的计量点以致全面覆盖，再取平均值计算电压合格率才能更准确。而自动化系统采集的电压数据覆盖了整个地区，如发电厂、变电站、台区的终端等，因此采集的数据是全面真实的。计量自动化系统监控与传统监控对比，结果如表1所示。

表1 普洱供电局计量四合一验收表

根据电压合格率计算公式，电压采集点越多，电压合格率越精确。

由于计量自动化系统接入了发电站、变电站、大用户及普通客户，可全面掌握电压数据，帮助厂站值班员更加系统地分析整个供电区域电压，避免了小范围电压调整的局限性，提高了对电压质量的管理水平。

4.4 数据的集中易保存

计量自动化系统对数据的采集几分钟内就可以完成，有利于大数据分析电压质量，集中分析监测整个系统电压合格率的走向。计量采集装置有存储功能，可以把数据存储3年以上，以便以后查找、分析、利用。通过分析数据有助于值班员掌握电压日、季度、年趋势，促使电压调整更加及时，提高电压质量。

4.5 避免人为因素

计量自动化系统通过数据采集终端自动采集数据，并将数据传输回后台系统进行系统计算，排查了人为因素对电压合格率的影响。与传统的电压统计相比，人为计算电压合格率更精确。

4.6 系统性

计量自动化系统对数据的采集除了全面外，也具有系统结构性。它独立于其他系统，完成对发电站、变电站、台区的电压数据采集，并按照区域在计量自动化系统中形成结构地，汇聚成实时的系统数据[3]。计量自动化系统对电压的实时监控形成了一幅调度网络图，有助于对整个系统电压的监控，甚至可对停电事故形成有效监控，作为电网调度的参考。

5 结 论

通过计量自动化系统可对系统监测电压有一个实时、准确、更加全面的监控，并掌握了大量数据，能更加及时地根据电压问题采取措施。提升电压监测的系统性，优化电压的网架结构，检查各点的电压，可以更合理地进行线路规划和设备安装。应用系统收集数据，通过潮流计算可以综合调整电压，避免了各自调整的局限性，提高了电压合格率，形成了电压的系统调整，有助于从系统角度调整电压。对电网的监测细化到了台区，有利于及时处理用户的用电异常，综合分析原因，及时为用户解决困难，提高客户满意度。