(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司 凱里雷山供電局，貴州 雷山 557100)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷壯大，我國電力工業(yè)的發(fā)展水平突飛猛進(jìn)。在低壓配電領(lǐng)域，電子通信技術(shù)不斷深入融入其中，傳統(tǒng)配電網(wǎng)逐漸升級演繹為智能配電網(wǎng)[1-3]。近年來，低壓在線監(jiān)控技術(shù)取得的長足的發(fā)展[4-5]。文獻(xiàn)[5]利用Winsock技術(shù),基于UDP/IP協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)和生產(chǎn)設(shè)備保護(hù)裝置的通信,從而避免了工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境,完成對低壓配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行,工作正常,達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的和控制效果。為提升配網(wǎng)的供電質(zhì)量、提高供電可靠性,文獻(xiàn)[6]結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了配網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并完成了系統(tǒng)研發(fā)、投入應(yīng)用。運(yùn)行結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效完成低壓配電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)警發(fā)布,為后續(xù)配網(wǎng)的智能化管理做好基礎(chǔ)支撐。文獻(xiàn)[7]針對傳統(tǒng)0.4 kV低壓配網(wǎng)的監(jiān)控?zé)o法對整個(gè)低壓配網(wǎng)的健康狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)分析及預(yù)警的不足，結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn),對0.4 kV低壓配網(wǎng)健康狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析,對電流、電壓以及溫度等數(shù)據(jù)的采集與分析,以達(dá)到對低壓配網(wǎng)健康狀態(tài)的有效在線監(jiān)測及分析。

當(dāng)前，低壓配網(wǎng)缺少對低壓用戶安全保障和負(fù)荷分配遙控調(diào)節(jié)的有效手段，無法從源頭上遏制用戶用電不當(dāng)發(fā)生的災(zāi)害。

1 相關(guān)工作

為適應(yīng)低壓配網(wǎng)智能化、自動化的需求，本文主要建立一套低壓配網(wǎng)用戶電氣量、溫度監(jiān)測及負(fù)荷分配遙控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，依托其數(shù)據(jù)監(jiān)測可視，異常數(shù)據(jù)自動分析、監(jiān)視界面人性化等優(yōu)勢，衍生出一套與之兼容的低壓配網(wǎng)用戶電氣量監(jiān)測及負(fù)荷分配遙控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠與營配監(jiān)測指揮平臺數(shù)據(jù)共享，功能聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)低壓用戶的用電信息。同時(shí)，對現(xiàn)有終端設(shè)備進(jìn)行智能化改造升級，保證順利接入智能控制系統(tǒng)。系新設(shè)計(jì)改造的低壓配網(wǎng)用戶電氣量、溫度監(jiān)測及負(fù)荷分配遙控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)低壓用戶的用電信息，不僅能達(dá)到主動出擊，將用戶用電不當(dāng)將要發(fā)生的災(zāi)害在萌芽狀態(tài)下遏制的目的，還能夠準(zhǔn)確掌握客戶實(shí)際負(fù)荷，對配變負(fù)荷進(jìn)行遙控調(diào)節(jié)，保證配變及配電設(shè)備合理可靠運(yùn)行，提高供電可靠性，其監(jiān)測數(shù)據(jù)還可為配變增容，配網(wǎng)擴(kuò)建等技改項(xiàng)目提供有效、準(zhǔn)確的理論依據(jù)。

2 系統(tǒng)整體構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)時(shí)代下,電力信息通信技術(shù)除了可借助信息化和自動化來對傳統(tǒng)電網(wǎng)中一些缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)外,還會起到提升數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度、高效性的作用[8]。本文研究充分發(fā)揮無限通信技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用基礎(chǔ)[9-10]，構(gòu)建低壓用電客戶全方位在線診斷系統(tǒng)，大體可分為三部分：即系統(tǒng)層、通信層與終端層。

1)系統(tǒng)層：低壓配電網(wǎng)回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究，營配監(jiān)測指揮系統(tǒng)的擴(kuò)展與數(shù)據(jù)的兼容研究，遙測數(shù)據(jù)的交互及遙控系統(tǒng)的兼容和配置的研究；配變重過載報(bào)警后，低壓用戶安全保障及負(fù)荷調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)能夠自動分析展現(xiàn)用電異常用戶，并實(shí)現(xiàn)自動控制或人工進(jìn)行負(fù)荷分配調(diào)節(jié)，動作信息及時(shí)提示及用戶開關(guān)位置顯示。

2)通信層：終端數(shù)據(jù)傳輸通道的研究，多點(diǎn)采集，集中匯總后信號傳輸通道與現(xiàn)有集抄通道的兼容研究，數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)的兼容；

3)終端層：低壓配電用戶電氣量采集器及安裝策略的研究，低壓用戶安全保障控制器的研究，能夠?qū)崿F(xiàn)一臺裝置多路電氣量數(shù)據(jù)收集，遙控指令多路輸出，實(shí)現(xiàn)安裝簡易方便，占地空間最小。

通過已建成的計(jì)量自動化系統(tǒng)為低壓用戶安全保障控制器數(shù)據(jù)收集、傳輸、交互母體，研發(fā)信息集中采集器及低壓用戶安全保障控制器與之兼容，衍生出低壓用戶安全保障控制器監(jiān)控系統(tǒng)平臺?？傮w架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 低壓用電客戶全方位在線診斷系統(tǒng)的總體構(gòu)架圖

由圖1可知，低壓用戶安全保障系統(tǒng)通過對表區(qū)進(jìn)線負(fù)荷、線路溫度及運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測，采集各類運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析評估，預(yù)防火災(zāi)等各類事故的發(fā)生，保障用戶用電安全。主要通信控制流程分為三部分，具體如下：

1)電表接入智能低壓斷路器；

2)低壓斷路器通過RS-485通訊接口低壓用戶信息接入低壓用戶故障控制器；

3)低壓用戶控制器集成3G/4G模塊，通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)將低壓用戶信息傳輸系統(tǒng)后臺，進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)顯示，統(tǒng)計(jì)和分析。

3 監(jiān)視系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

軟件采用Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，就是系統(tǒng)只需在集控中心安裝維護(hù)一個(gè)服務(wù)器(Server)，而客戶端采用瀏覽器(Browser)運(yùn)行軟件，查看、分析系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)。在B/S體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，用戶通過瀏覽器向分布在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器對瀏覽器的請求進(jìn)行處理，將用戶所需信息返回到瀏覽器，對于其他請求，如數(shù)據(jù)查詢、分析、結(jié)果返回、動態(tài)網(wǎng)頁生成、訪問數(shù)據(jù)庫以及應(yīng)用程序的執(zhí)行等工作全部由Web Server完成。監(jiān)視系統(tǒng)具體功能包括如下方面：

1)溫度監(jiān)測：在監(jiān)控系統(tǒng)上集中顯示被測各點(diǎn)的溫度值。

2)智能診斷：根據(jù)溫度測量值、溫升速率及負(fù)荷情況，對設(shè)備健康狀況進(jìn)行診斷，確定是否存在熱故障缺陷。

3)報(bào)警功能：當(dāng)診斷存在熱故障缺陷時(shí)，根據(jù)缺陷級別進(jìn)行報(bào)警，可根據(jù)不同的設(shè)備的工作環(huán)境來設(shè)置不同的告警使用標(biāo)志，告警方式有聲光報(bào)警、短信報(bào)警。

4)故障動態(tài)顯示：當(dāng)被測設(shè)備溫度點(diǎn)的位置非正常工作時(shí)，顯示故障。

5)數(shù)據(jù)庫功能：數(shù)據(jù)庫存儲所有測點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的溫度值，并可進(jìn)行查詢，數(shù)據(jù)通過歷史曲線來顯示。

6)權(quán)限管理：通過分配權(quán)限，可進(jìn)行相關(guān)告警設(shè)置。所有運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)置、修改等都需有設(shè)定權(quán)限的人員進(jìn)行操作。

7)電子地圖：操作簡便、界面友好的電子地圖能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)各采集站、采集點(diǎn)的地理位置及實(shí)時(shí)的溫度。

4 硬件終端改造方案

為適應(yīng)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件接入方案，需要對現(xiàn)有終端設(shè)備進(jìn)行針對性技術(shù)升級。改進(jìn)措施主要涉及以下方面：

1)對于低壓臺區(qū)來說，要做到三級監(jiān)測或控制，即臺區(qū)(變壓器)—— 端子箱(分支箱或開關(guān)箱)—— 表區(qū)(包括三相單用戶表)的三級監(jiān)測。

2)針對變壓器及端子箱，不僅需要對斷路器進(jìn)出線溫度、電氣量(電壓、電流、諧波等，與之前的協(xié)議相同)進(jìn)行監(jiān)測；而且當(dāng)兩臺變壓器聯(lián)絡(luò)供電時(shí)，需要對兩臺變壓器的相關(guān)斷路器及聯(lián)絡(luò)斷路器進(jìn)行邏輯控制(當(dāng)只對變壓器的單條或多條支路進(jìn)行聯(lián)絡(luò)時(shí)，一般對變壓器旁邊的端子箱進(jìn)行改造)，以滿足特殊的供電需求。

3)對于表區(qū)來說，需要做到電氣量監(jiān)測、溫度的監(jiān)測、斷路器的控制、故障保護(hù)等功能(與之前協(xié)議內(nèi)容一致)。但需要注意的是，對于三相單用戶表來說，直接將智能斷路器當(dāng)做入戶空開使用。

電氣接線改進(jìn)方案詳見圖2，具體改進(jìn)措施為：

圖2 電氣接線圖

1)將分支箱內(nèi)原有的兩個(gè)普通斷路器(250 A)換成智能斷路器(200 A)；在分支箱旁立1個(gè)配電箱，配電箱中安裝1臺低壓用戶安全保障控制器(以下簡稱控制器)及兩個(gè)200 A的智能斷路器，其中新配電箱中的智能斷路器充當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，且聯(lián)絡(luò)開關(guān)具有聯(lián)鎖功能(由控制器判斷)，只有當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)一端帶電時(shí)(不能是停電時(shí))，才能對聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行合閘操作；

2)在6個(gè)斷路器(4個(gè)智能、2個(gè)普通)的進(jìn)、出線端各安裝3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無線測溫傳感器，對進(jìn)出線溫度進(jìn)行測量(零線不安裝)；

3)在總斷路器(630 A)的進(jìn)線端的三相各安裝1個(gè)無源復(fù)合型傳感器(需返廠更換)，進(jìn)行電流采集；另外直接對斷路器的出線端進(jìn)行電壓、諧波采集。

5 案例展示與說明

5.1 通訊網(wǎng)絡(luò)

低壓用電客戶保障系統(tǒng)的通訊架構(gòu)與控制框圖分別如圖3所示。由圖3可知，傳感器與安全保障控制器通過433 MHz無線進(jìn)行通信，智能斷路器與安全保障控制器通過RS485及開關(guān)量接口進(jìn)行通信，在每套安全保障控制器中安裝4 G通信模塊，所有數(shù)據(jù)通過4 G上傳至供電局專網(wǎng)。

圖3 通訊架構(gòu)

5.2 軟件系統(tǒng)界面展示

低壓用電客戶保障系統(tǒng)主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)監(jiān)測與實(shí)時(shí)控制兩部分，具有良好的可視化效果，現(xiàn)場控制圖詳見圖4，軟件監(jiān)控界面如圖5所示。由圖5可知，實(shí)時(shí)監(jiān)測界面主要顯示系統(tǒng)拓?fù)鋱D，并在圖上顯示出所有表區(qū)與臺區(qū)進(jìn)出線溫度、電流、電壓等參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示出斷路器的分合閘狀態(tài)與表箱門的開合狀態(tài)；而實(shí)時(shí)控制界面只要是在一次圖界面可遠(yuǎn)程控制斷路器的分合閘，系統(tǒng)會根據(jù)不同的權(quán)限提供不同的提示信息。上述軟件控制環(huán)節(jié)協(xié)同作用，保證了產(chǎn)品硬件的良好運(yùn)行。

圖4 現(xiàn)場圖

圖5 系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)控制界面

5.3 終端硬件系統(tǒng)

5.3.1 智能終端設(shè)備

低壓用電客戶保障系統(tǒng)的智能終端設(shè)備展示如圖6所示。由圖6可知，智能終端設(shè)備主要包含智能斷路器、電源管理、低壓保護(hù)控制器和二維碼智能鎖等核心部件，可以集成實(shí)現(xiàn)溫度及電氣量的測量、保護(hù)、遠(yuǎn)程遙控、智能開鎖、備用電源以及變壓器局部檢測等核心功能，具體如下：

圖6 智能終端硬件效果圖

1)溫度及電氣量的測量功能，即可實(shí)現(xiàn)對總開關(guān)進(jìn)出線及中性線、對戶表出線側(cè)進(jìn)行溫度監(jiān)測；實(shí)現(xiàn)表區(qū)電表電參數(shù)采集功能，包括電流、電壓、諧波等；實(shí)現(xiàn)電流、電壓的錄波功能，數(shù)據(jù)可就地存儲。

2)保護(hù)功能，即可實(shí)現(xiàn)超溫、過流、過壓自動跳閘，超溫報(bào)警可設(shè)置多種報(bào)警模式，包括絕對溫度報(bào)警、溫升變化率報(bào)警、相間對比溫差報(bào)警。

3)遠(yuǎn)程遙控功能，即通過4 G遠(yuǎn)程遙控表區(qū)的斷路器，實(shí)現(xiàn)用電高峰時(shí)段的遠(yuǎn)程負(fù)荷調(diào)節(jié)。

4)智能開鎖功能，即遠(yuǎn)程授權(quán)，掃碼開鎖，以及狀態(tài)反饋。

5)備用電源功能，主要指保障斷路器在臺區(qū)斷電后可分合閘一次。

6)變壓器局放檢測功能，指的是實(shí)時(shí)監(jiān)測臺區(qū)變壓器局放情況。

5.3.2 現(xiàn)有配電設(shè)備改造

下面以新村配電網(wǎng)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。新村4號變每年最高負(fù)荷發(fā)生在4月，負(fù)載率僅80%；而新村7號變有兩條支路為酒店專線，易發(fā)生負(fù)荷過重的情況。新村4號變、7號變?yōu)橥瑮U放置，改造后希望實(shí)現(xiàn)如下功能：當(dāng)新村七號變負(fù)荷過重或停電時(shí)，其兩路酒店專線可以由新村4號變轉(zhuǎn)供(允許遠(yuǎn)程手動操作)。

具體電氣改進(jìn)方案詳見章節(jié)4，改造方案中所用產(chǎn)品清單詳見表1。

表1 方案中所使用的產(chǎn)品清單

備注：配電箱19套中，其中1套為定制，18套沿用已發(fā)貨的配電箱。

變壓器實(shí)施改造后，可實(shí)現(xiàn)如下功能效果：

1)當(dāng)新村七號變負(fù)荷過重或停電時(shí)，其兩路酒店專線可以由新村4號變轉(zhuǎn)供(遠(yuǎn)程手動操作)；其中4個(gè)智能斷路器的分合閘狀態(tài)能夠遠(yuǎn)程獲取。

2)6個(gè)斷路器相線進(jìn)、出線的溫度監(jiān)測(共36點(diǎn))；其中4個(gè)智能斷路器可以配合控制器實(shí)現(xiàn)超溫、過流(此處因未安裝CT互感器，電流范圍是100 A-250 A)、過壓自動跳閘(此功能可手動取消)。

3)2個(gè)總斷路器進(jìn)線處的電流(KK-29)，出線處的電壓、諧波采集。

4)控制器具有后備電源。

5)遠(yuǎn)程能獲取新加配電箱的開門/關(guān)門狀態(tài)。

6 結(jié)束語

本論文以建成的營配監(jiān)測指揮平臺為基礎(chǔ)，依托其數(shù)據(jù)監(jiān)測可視，異常數(shù)據(jù)自動分析、監(jiān)視界面人性化等優(yōu)勢，衍生出一套與之兼容的低壓用電客戶保障系統(tǒng)，能夠與營配監(jiān)測指揮平臺數(shù)據(jù)共享，功能聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)低壓用戶的用電信息，不僅能達(dá)到主動出擊，將用戶用電不當(dāng)將要發(fā)生的災(zāi)害在萌芽狀態(tài)下遏制的目的，實(shí)現(xiàn)真正做到對客戶負(fù)責(zé)的服務(wù)宗旨，本文研究成果為我國配變增容，配網(wǎng)擴(kuò)建等技改項(xiàng)目的順利實(shí)施提供有效、準(zhǔn)確的理論依據(jù)。