基于GPRS的電網供電電壓監測管理系統應用研究

， ，，

(1.國網樂山供電公司，四川 樂山 614000；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

電壓合格率是衡量電能質量的重要指標，電壓質量的好壞直接關系到電力系統的安全和經濟運行，最大限度提高電壓合格率是電力企業向客戶提供優質服務的重要體現。根據國家電網公司供電電壓監測管理網絡建設要求，提出了目前樂山供電的供電電壓采集分析系統，該系統可真實反映用戶端供電電壓合格率的實際情況，同時還能對全網電壓合格率進行多角度分析，通過分析得到改進策略，從而提高電壓合格率指標。

以往的電壓監測裝置需要人員到現場采集數據，同時采集系統軟件功能軟件，只能對前一日(月)各電壓合格率進行統計，不具備輔助分析能力。所提出基于GPRS的電網供電電壓監測系統是根據國家電網公司全面推廣應用的供電電壓自動采集系統發展而來，它通過GPRS數據傳輸將終端裝置數據采集進入系統進行實時監測，并提供多種方式輔助分析，為技術人員做出相應決策改進供電電壓質量提供有效依據。目前該系統在樂山供電公司應用情況良好。

1 電壓無功管理現狀

目前樂山供電公司已建成供電電壓采集系統，通過該系統能實現各類電壓監測點的監測分析，同時AVC系統已經投入運行替代了過去各個變電站的VQC裝置，實現對所管轄變電站的電容器投切及主變壓器檔位的升降，電壓無功管理進一步加強，電壓合格率指標得到提升，但目前公司無功電壓管理方面仍存在一些不足，主要體現在以下4個方面。

(1)主網變電站中仍存在部分無載調壓變壓器，電壓調整的能力仍然不足。另外部分變電站無功補償容量配置仍然不足，未遵照《并聯電容器設計規范》(GB 50227-2008)要求，設置變電站并聯電容器安裝容量應占主變壓器容量的10%～30%的規定。導致高峰時段功率因數不能滿足要求。

(2)AVC系統運行可靠性較差，時常出現運行缺陷，一些變電站沒有安裝VQC裝置，基本靠人工判斷和投切，不能完全做到及時跟蹤和調整。

(3)無功補償不能做到完全就地平衡。部分變電站中低壓出線功率因數偏低，一是部分配電網臺區無功補償不足，二是部分用戶無功配置不足。

(4)客戶需求側無功設備管理難度較大。用戶無功補償設備普遍存在設備老舊、補償容量不足、運行維護不當或無補償設備的情況，這些都有待于進一步加強用電監察等管理力度。

按照相關技術規程規定，電壓合格率分為城市綜合電壓合格率和農網綜合電壓合格率。城市綜合電壓合格率主要涵蓋城區范圍，農網綜合電壓合格率主要包含直供直管地區農村以及控股代管縣公司范圍。這里只研究城市綜合電壓合格率的分析管理。

2 供電電壓電能質量基本理論

2.1 供電電壓合格率理論

根據GB/T 12325-2008《電能質量 供電電壓偏差》(以下簡稱《規程》)，電壓合格率是指實際運行電壓在限值范圍內累計運行時間與對應的總運行統計時間的百分比。對于供電電壓偏值的限值，《規程》規定有以下4點。

①35 kV及以上用戶電壓正、負偏差絕對值之和不超過額定電壓的10%；②10 kV用戶的電壓允許偏差值，為額定電壓的±7%；③380 V用戶的電壓允許偏差值，為額定電壓的±7%；④220 V用戶的電壓允許偏差值，為額定電壓的+7%～-10%。

2.2 供電電壓監測點設置

《規程》中規定電網電壓監測分為A、B、C、D 4類監測點。對于4類監測點，分別定義如下。

(1)A類監測點：帶供電負荷的變電站10 kV母線電壓。其中變電站正常運行方式下10 kV母線為分段運行，每段母線均設置監測點；若變電站正常運行方式下10 kV母線為并列運行，只需在一段母線設置監測點。

(2)B 類監測點：35 kV及以上專線和110 kV及以上非專線用戶供電電壓。其中35 kV及以上專線監測點設置在公用變電站供電母線側；110 kV及以上非專線監測點設置在用戶變電站供電母線側；用戶變電站高壓側無電壓互感器， 監測點設置在公用變電站母線側。

(3)C類監測點：35 kV非專線供電和 10 kV 供電用戶電壓。 其中每 10 MW 負荷至少應設一個監測點。負荷的大小為 C 類用戶年度售電量與統計小時數之比，監測點應選取高壓側有電壓互感器的用戶，不考慮設在用戶變電站低壓側。

(4)D類監測點：380 V /220 V 低壓網絡和用戶端的電壓。每百臺公用配電變壓器至少設兩個電壓監測點，不足百臺的按百臺計算，超過百臺的按每50 臺設一個電壓監測點。監測點應設在有代表性的低壓配電網首末兩端和部分重要用戶。

2.3 電網監測點合格率統計

根據《規程》相關規定，各電壓監測點電壓合格率(統計時間單位為分)為

(1)

根據國家電網公司相關技術規程規定：城市綜合電壓合格率為

(2)

式中，VA、VB、VC、VD分別為A、B、C、D類電壓監測點合格率。

3 基于GPRS的電壓監測系統設計

3.1 基于GPRS的電壓監測裝置原理

對于D類電壓監測點，分別裝設帶有GPRS功能的電壓監測裝置，目前樂山公司采用的DT9系列多功能電壓監測統計儀。它利用GPRS通訊方式與電壓監測管理系統進行通訊。將監測儀各種參數、數據和統計結果以及運行中的信息和告警信息主動上報或者召測上報。該裝置具有日(月)監測統計等功能。包括日(月)平均電壓值、日(月)總諧波含有率整點值及平均值、日(月)電壓合格率；日(月)電壓超上限/下限累計時間和次數；日(月)電壓超上限率/下限率。

表1 樂山供電公司部分D類電壓監測點設備臺賬

目前樂山供電公司已與某通信公司簽訂協議，通過租用一條GPRS傳輸網絡線路接入供電電壓采集系統，并為每個監測點辦理1個傳輸卡號(類似于手機的SIM卡)，每個點以自己的通訊編碼將數據通過GPRS傳輸線路上傳到服務器，然后進入供電電壓采集系統供技術人員監測分析。

公司根據實際在部分重要的監測點設置了28只D類電壓監測裝置，布點在市中區、峨眉山市、五通、沙灣、夾江、井研等6區縣。表1為部分D類監測點臺賬。

3.2 系統設計思路

根據自動采集系統設計要求，A類電壓監測點數據全部由省級調度管理系統(OMS)數據接入。系統提供各監測點實際運行電壓值，以及電壓監測統計數據；最小采集頻度不能大于1 min。B、C類電壓監測點與用電信息采集系統做接口，將對應的B、C類監測點電壓數據(用電信息采集系統提供的每15 min凍結的實際電壓值)接入供電電壓自動采集系統，作為數據展示。供電電壓自動采集系統如圖1所示。

根據圖1所示，D類電壓監測裝置采集各現場終端的實時統計數據，通過GPRS傳輸數據至服務器，數據庫服務器對這些數據進行分析，同時A、B類和C類電壓監測點數據分別通過調度OMS系統和營銷用電信息采集系統直接傳輸至供電電壓采集系統中，用戶只要在任意一臺內網電腦即可查看電壓合格率管理各類信息。

圖1 供電電壓自動采集分析系統設計圖

3.3 軟件設計思路

供電電壓自動采集系統是生產管理信息系統(以下簡稱PMS)的重要組成部分，功能與PMS系統融為一體。系統功能以供電電壓管理為核心，涵蓋電壓監測點管理、電壓數據管理、告警事件管理、報表管理以及可視化展示等業務內容。通過采集、統計與分析功能，具有實用化應用場景和分析功能。在供電電壓自動采集系統建設基礎上，充分考慮后續電能質量接入、無功電壓管理等方面的應用需求，系統功能應操作便捷、界面友好，符合各級用戶使用習慣。

供電電壓采集系統界面如圖2所示，系統主要功能主要包括以下3點。

(1)電壓數據監測。每5 min間隔電壓監測數據；前一日(月)合格率統計數據：合格率、超上限率、超下限率、統計時間、超上限時間、超下限時間、合格時間；前一日(月)極值統計數據：最大值、最小值、平均值、最大值發生時間、最小值發生時間。

(2)裝置/測點基本屬性查看：包括所屬單位、監測點名稱、監測點電壓、監測點類別、裝置廠家、裝置型號、通信方式、投運日期、安裝地點等。裝置/測點參數信息：通信參數有主站IP地址和端口有主站電話號碼和短信中心號碼、默認網關地址、無線通訊APN、裝置地址碼等以及SIM卡號。

圖2 供電電壓自動采集系統界面

(3)事件告警：電壓越限告警事件包括越上限開始時間、越上限結束時間、越下限開始時間、越下限結束時間、越上限值；電壓裝置停電、上電事件包括裝置停電時間、裝置上電時間。

4 實例分析

目前樂山公司共有A類監測點14個、B類監測點23個、C類監測點22個、D類監測點28個，公司采用的D類電壓監測儀于2013年8月份安裝并投入運行，目前運行良好。

下面對樂山地區2014年1月份的各電壓監測點進行分析，通過分析日報表抽取其中電壓合格率波動相對大的4個點進行分析，如圖3所示。

如圖3所示：在金盛廣場監測點，在1月4日發生小波動，當日電壓合格率為93.959%，在1月7日發生一次較大波動，當日電壓合格率為81.875%，隨后在1月10日，電壓合格率為84.445%，在1月17日，電壓合格率降低為當月最低點60.00%(以上數據均為越上限時間)。

在玉皇小區監測點，1月14日，電壓越下限，當日合格率為67.279%，隨后在15、16、17日連續3天電壓合格率都偏低(低于80%)，其他兩個監測點(嘉州花城、東進路公變)分析同理。

D類監測點設置在220 V低壓側，與居民用戶用電質量相關聯，因此應引起高度重視。根據式(2)得知，城市綜合電壓合格率通過4類監測點加權計算得到，因此做好電壓合格率分析工作，需要對各類指標逐一分析，可通過該系統軟件得到4類監測點的電壓值分析，如圖4所示。

如圖4所示，在各類監測中，B、C類監測點相對較穩定，當月兩類電壓合格率為99.95%和99.96%，D類監測點波動最大，先后在1月2、7、10、14～17、21～16日期間出現較大波動。當日電壓合格率為99.21%。A類電壓監測點在1月2、14～17、20～22日期間波動較大。

事實上，本月城市綜合電壓合格率為99.26%，其中A類監測點合格率為98.25%，B類監測點合格率為99.21%，C類監測點的合格率為99.24%，D類監測點的合格率為91.23%。

通過對2014年1月份的電壓合格率分析發現，A、D類電壓合格率偏低，分析發現A類電壓監測點中，110 kV黃土站、井研站10 kV母線越上限時間較長，經與調度部門聯系得知是由于AVC系統控制中在分片區內存在一定異常，造成10 kV母線電壓偏高。而在D類監測點中，圖2中分析的4個點(嘉州花城、金盛廣場、玉皇小區、東進路公變)是造成D類電壓合格率偏低的主要原因。經現場檢查發現金嘉州花城主要是此臺區居民用戶三相負荷不均，使電壓波動較大；而玉皇小區是居住大量外來務工人員，由于春節將至，外來人員已返鄉，造成負荷偏高；金盛廣場和東進路公變主要集中了商業用電負荷，晚上商戶停業后負荷均將為較低，造成電壓越上限。

圖3 2014年1月部分監測點對比分析

圖4 2014年1月各類監測點對比分析

5 提高電壓合格率措施

基于GPRS的電壓監測管理系統的應用，能夠實現電壓合格率管理工作精益化，借助該系統提出提升各類監測點的舉措。

(1)對于A類監測點，開展無功優化，合理選擇主變壓器調壓檔位，及時下達變壓器檔位更改定值，滿足系統運行方式變化的需要。已建成AVC系統的地區電網，不斷提高覆蓋面，在具備條件時，接入省公司AVC系統，實現全網的無功優化運行，充分發揮設備的技術優勢，保證電壓質量。

(2)對于B、C類電壓監測點，若是電源點母線電壓不合格，應對母線電壓進行優化; 如果是線徑過小，應加大線路線徑；線路過長，應選擇合適的線路通道，儲備技改項目；如果用戶負荷重載及過載，應加強用戶負荷管理。

(3)對于D類監測點，加強配電變壓器管理，對低壓臺區無功補償裝置加強巡視檢查，對不滿足自動投切無功補償的進行整改；盡可能做到三相負荷平衡，減少電壓偏移；定期檢查維護配電變壓器接地電阻，防止接觸不良或接地電阻過大引起電壓偏移，加強配電網無功規劃，增加臺區布點，減小供電半徑。

6 結 論

結合樂山電網實際構建出基于GPRS的電網供電電壓監測系統，通過對電網監測點分析合理布點，通過GPRS傳輸將D類監測裝置數據上傳到監測系統，同時將調度OMS系統和用電信息采集系統數據接入到系統中，實現了各類電壓監測點完全監測管控。該系統對數據做進一步挖掘分析處理，實現構建層次分明、拓展性強的電壓監測系統，為電網決策人員提供有效數據。

[1] 程浩忠.艾芋.電能質量[M]. 北京:清華大學出版社, 2006.

[2] 林海雪. 現代電能質量的基本問題[J].電網技術, 2001, 25(10): 5-12.

[3] 孫毅，龔鋼軍.電能質量在線監測系統的設計和實現[J].繼電器, 2004, 32(17)：60-63.

[4] 章作瑛．舟山電網無功補償技術降損實例分析[J]．電氣應用，2010，29(1):62-64．

[5] 張勇軍，劉瀚林，朱心銘．地區電網感性無功補償優化配置方法[J].電網技術，2011，35(11):141-145．

[6] 楊玉琴，劉國賢，邱吉福．基于廣域網的電壓合格率管理信息系統[J].繼電器，2006，34(9):57-59.

[7] 鄭圣，丁文俊.基于GPRS無線傳輸的電壓合格率檢測管理系統的開發和應用[J]．浙江電力，2010，29(6):46-48.

[8] 肖湘寧.韓民曉.電能質量分析與控制[M]．北京：中國電力出版社，2004．

[9] 李辛中，上官帖．開放式電能質量綜合監測系統的研究[J]．江西電力，2007，31(1)：4-6．

[10] 李鵬，游大海．基于IEC 61850 的對象模型在電能質量監測IED中的應用[J]．電力系統通信，2006，27(12)：66-70．