关键词：低压配电 线损分析 电能质量 GPRS网络
引言
随着城网、农网改造的逐步完善，电力生产对线损管理、提高电能质量、保证供电的可靠性、安全性提出了新的要求。电力营销管理的科学化和电力需求侧管理（DSM）的智能化需求，要求对配变低压侧进行准确和科学的智能监控，掌握配变的实时运行状况并根据需求进行合理管理，改善电能质量。
为实现对配网中的公配变、厂专变、配电柜、变电站出线以及其它电能采集点和设备监测点等设备的实时监测；了解用电设备的运行状态、谐波水平，为线损分析、负荷预测、电压合格率统计、供电可靠率、供电方案优化、配网规划、用户接电、电能质量治理等业务提供科学依据；提高配电网的经济、高效和安全运行的水平。北流市供电公司和武汉市华骏科技有限公司遵照相关标准、规程和要求，在广泛收集用户需求和建议的基础上，结合我国城乡电网实际情况，借鉴国内外同类产品的优点，成功研制出了“信息化低压配电智能管理系统”（以下简称系统）。它是一种集配电变压器电气参数监测、电能计量、谐波监测、无功补偿、线损分析、无线通讯和RTU（三遥）等多功能于一体的系统。
1 系统组成
系统由管理系统主站软件、低压配电智能终端、低压配电智能终端柜、通信前置机、数据库服务器、WEB应用服务器、GPRS网络等组成，如图1所示。
1.1 管理系统主站软件
由操作系统、前置通信软件、大型商用数据库软件、WEB应用服务软件、维护开发软件和报表发布软件等组成。主要是完成数据采集、数据处理、数据统计，告警处理，画面显示，曲线显示，时钟同步，权限管理以及WEB浏览等功能。
1.2 低压配电智能终端
安装在配变现场的低压配电智能终端，集对配变的实时检测、动态无功补偿、谐波监测、电压合格率统计、供电可靠率统计、越线告警、电能计量等功能于一体。其数据可循环保存2个月，并具有多种通讯接口（RS232、RS485、红外线、GPRS等），通过通讯接口可自动上传数据到通信前置机，远程修改参数和软件升级。该终端可同时完成实时监测仪、无功补偿装置、谐波监测仪、电压监测仪、电能计量表等的功能。
1.3 低压配电智能终端柜
低压配电智能终端柜主要由低压配电智能终端、无功补偿电力电容器、复合开关和保护器件等组成，并且可以根据用户的自身需要，选配电能表计和负荷开关等。低压配电智能终端既可单独使用，也可组成终端柜配套使用。
1.4 通信前置机
建立与终端的通信连接，完成对终端数据的采集和处理，并存入数据服务器。远程实现对终端的软件升级、参数下发、时钟对时等。
1.5 数据库服务器
运行商用数据库，用于存放终端上传的所有数据，包括实测数据、谐波分析数据、电容投切情况、各种统计数据、历史告警数据、告警信息、配变参数、无功补偿参数等。
1.6 WEB应用服务器
运行WEB应用服务软件和系统应用软件，通过WEB服务器向MIS网提供浏览图形、报表、历史曲线、各种告警操作记录等信息。
1.7 GPRS网络
移动通信公司的公众无线网络，通过该网络实现终端和通信前置机网络连接，从而实现数据的传输。利用GPRS网络具有建设周期短、投资少、通信费用低、安全保密、稳定等有点。
1.8 浏览工作站
连接在局域网上的任何一台计算机，都可利用IE浏览器登录系统，实现设备管理、数据查询、线损统计、谐波分析、电压合格率统计、供电可靠率统计、系统维护和告警信息查询等操作。
2 系统功能、特点和优点
2.1 概述
系统功能主要是完成配变的数据采集、数据处理、数据传输，电容投切、曲线显示、参数设置、事件告警、报表查询统计、时钟对时、权限管理、数据召测以及WEB浏览功能。
2.2 数据采集
完成下列数据的采集：
◇负荷数据：有功功率、无功功率；
◇电能量数据：有功电量、无功电量；
◇电能质量数据：电压、电流、功率因数、谐波；
◇抄表数据：电能表数据；
◇工况数据：异常告警状态。
2.3 数据处理
◇事件告警：电压、电流越限告警，缺相、停电、三相不平衡、谐波畸变等告警；
◇计算、统计分析：可以统计分析出配电运行数据的日、月、年最大值最小值及出现时间，线损分析、电压合格率和供电可靠率；
◇曲线：提供实时曲线和历史曲线功能,显示负荷,电量实时变化趋势曲线。
2.4 数据传输
◇与终端通信并能实现远程升级及参数设置；
◇与电力营销管理系统交换信息；
◇与其他系统交换信息。
2.5 应用功能
◇需求侧管理和服务支持功能：负荷分析和预测、配变信息查询服务、执行有序用电方案、电能质量在线监测；
◇电力营销管理技术支持功能：远程抄表、电能表运行状况在线监测；
◇营销分析与决策分析：负荷和电能量数据分类统计分析、线损分析；◇报表生成：能够自动生成各种日、月、年报表。
2.6 智能终端特点及功能
◇32位嵌入式微处理器（ARM）和大屏幕液晶；
◇可以采集和显示的数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电量、无功电量、总谐波畸变率和2～19次谐波含有率、谐波柱状图以及各种告警信息等；
◇可以根据无功功率的大小自动通过智能运算来确定电容器组的投切，实现无功就地平衡，提高功率因数；
◇大容量数据存储器，可保存2个月的数据；
◇内嵌GPRS/GSM通讯模块和低压电力线载波模块；
◇抄读电度表。
2.7 通信网络特点
◇采用中国移动专用网络，数据通过GPRS通信方式传送到管理平台；
◇数据安全性高，不受外界干扰；
◇建设周期短、投资少、运行费用低、占用资源少、数据传输迅速稳定。
2.8 系统优点
◇采集数据全，包括电压、电流、有功、无功、功率因数、电量、谐波、各种报警信息、供电可靠率时间、电压合格率时间、停电时间、抄表数据。
◇功能全，相当于建立了一个集配变实时监测系统、电压电流谐波监测网、无功就地补偿装置、电子式电能表、抄表终端等多种功能于一体的智能管理系统。
◇对电压、电流、谐波、功率、频率等参数进行阈值控制，当这些参数越界时，产生告警信息，并且主动上报管理中心，将告警信息及时上报，供管理人员及时处理，避免事故的发生。
3 效果分析
系统于2004年7月开始在北流电网挂网运行，同年11月通过广西区科技厅组织的科技成果鉴定。2005年获广西电网公司科技进步二等奖和玉林市科技进步二等奖。2006年获广西计算机推广应用成果奖二等奖。
我们陆续在165台公用变压器和67台用户专用变压器上安装了低压配电智能终端。其中100台公变已安装了无功补偿装置，补偿总容量为7270kvar，另外在变电站10kV西市区线开关处安装了关口终端。
在三年的运行中，系统运行安全可靠，实现了对配变参数及10kV线路关口参数的实时监测和数据采集，已安装的无功补偿装置动态自动投切电容，投切效果及装置自检可实时监视。系统提供的数据，为我们科学管理配电网和县城电网改造提供了决策支持，并取得良好的效果：
3.1 数据采集准确，提高工作效率
系统能够全面地、准确地、实时地采集配变各种运行数据，如三相电压电流、零线电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等，同时可以采集任一时间段的有功电量及无功电量，具有较高的精确度。运行期间，我们对3个典型现场进行了测试，现场数据与系统监测数据进行对比，结果表明，该系统测量结果与实测结果的误差值在合格范围内。解决了人工现场采集数据工作量大、实时性差、数据存在人为误差等问题，有效地提高了工作效率。
3.2 系统功能强大，为科学管理提供依据
系统的管理平台具备强大的统计分析功能，能够统计任意时段、任意点或线的电压合格率、供电可靠率、线损率、谐波含有率、三相不平衡率及负荷率等运行数据，自动生成各种报表、曲线图等，使用户能直观、快速地了解配变的运行状况，还可根据用户的需要，设计各种分析报表。运行期间，根据该系统提供的数据，我公司对25台超负荷及13台负荷率比较低的配变重新进行了调整，对77台电压越限的配变进行了档位调整，对263个用户的入户线调整所接的相序，使配变三相负荷基本趋于平衡。同时根据配变的负荷情况及城区配网的现状，科学地规划设计配变的增容及线路的改造，使城区负荷配置趋于合理。
3.3 通讯方式投资少，运行安全可靠
系统采用了中国移动专用网络，数据通过目前最安全稳定的GPRS无线通讯方式，实现了实时在线，数据传输迅速稳定，运行安全可靠，不受外界干扰。我们充分利用中国移动公司已建成的无线网络和光纤通道，合理利用其资源，大大节省了组建信道的费用及维护费用。该通讯方式克服了电力线载波、扩频等通讯方式存在的抗干扰性差，数据不稳定、易遭雷击破坏等缺点。系统运行两年来，经受了南方高温、高湿和雷击气象条件的考验，基本没有出现过数据中断、丢失或差错等现象（中国移动网络故障除外），稳定性良好。
3.4 加强谐波监测，合理选用设备
以往我们仅注重35kV及以上的电网的谐波监测，忽略了对低压配电网的谐波监测。但安装低压配电智能终端后，对10kV线路及配变低压侧的谐波状况进行实时监测，发现低压网电压总谐波畸变率远大于公用电网谐波（GB/T14549-1993）中的谐波电压限值。对一些原来已配置的无功补偿投切装置配变进行监测时，发现该装置在投切电容时将谐波放大，向电网注入的谐波电流增大，污染电网。这些数据为我们对配电网的管理、电网规划设计、电力设备选型提供了科学的依据。同时我们在低压配电智能终端控制投切电容的定值中，增加了谐波闭锁功能，一方面提高了系统的稳定性和可靠性，另一方面避免了谐波经无功补偿电容放大，对电网造成危害。
3.5 动态补偿无功功率，节能降损明显
系统能够对安装在配变低压侧的无功补偿装置进行实时监测，并能进行自动或控制中心远方遥控手动投切电容，在管理平台可以任意查询每一台配变的无功补偿情况、每个电容器的运行时间及投切情况，并对任意时段的运行情况进行统计分析。解决了以往无法监测无功补偿装置是否在正常的条件下投切、投切效果是否理想、投切装置是否完好等难题。对于200kVA及以上的公用变压器，在最初安装时，我们是按变压器容量的30%来配置无功补偿电容的容量。经过一段时间的运行后，通过对运行情况的分析，发现有的变压器无功需量较大，补偿容量不足，但有些变压器补偿容量过多，部分电容极少投入运行。于是，我们对11套补偿装置进行容量调整，大幅度节约了成本。
在城区10kV西市区线上接有29台公用变压器、19台用户专用变压器，2006年4月我们对48台变压器全部安装了低压配电智能终端，对其中26台公用变压器安装了无功补偿装置，安装的容量是2145kvar。2005年该线路的有功电量为2750.4万kW.h，无功电量为1295.7万kW.h，全年平均功率因数为0.905。2006年4至6月份安装了配电智能终端后，该线路供出的有功电量为530万kW.h，无功电量为202.5万kW.h，三个月的平均功率因数是0.934。另外，在6月4日至11日，我们对西市区线进行了效果试验。6月4日晚，通过远程控制切除该线路所有无功补偿电容；8日早上，将该线路上所有无功补偿装置恢复正常投切运行。采集数据分析表明，6月5日0时至6月7日24时的线损率为8.32%，6月9日0时至6月11日24时的线损率为4.22％。以上实验证明，无功补偿电容的投入和切除，使该线路的线损率相差4.1个百分点。不计算这些电能在110kV及35kV输电线路中的损耗，仅计算在10kV线路及配变上的损耗减少，按这条线路2005年有功电量为2750.4万kW.h计算，投入无功补偿装置后全年可减少损失112.77万kW.h。按购电单价0.4元计算，可节省45万元。约3年时间即可收回全部投资。
4 结语
系统提高了公司对低压配电网的管理水平，提高了电能质量，创造了较大的经济效益和社会效益，也为公司基础管理达标工作做出了贡献。这些数据为我们对配电网的管理、电网规划设计、电力设备选型提供了科学的依据。同时我们在低压配电智能终端控制投切电容的定值中，增加了谐波闭锁功能，一方面提高了系统的稳定性和可靠性，另一方面避免了谐波经无功补偿电容放大，对电网造成的危害。
参考文献
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