智能計量測控終端在配電網中的應用

侯建敏

摘 要：介紹了智能電網中的高壓電子計量體系， 結合傳統高壓電能計量裝置的若干問題， 分析了計量測控終端的組成結構、工作原理和特性。提出了計量測控終端應用于智能配電網的應用方案， 并結合實際運行情況進行了應用分析。

關鍵詞：智能電網；高壓電子計量體系；計量測控終端

智能電網是當今電力系統發展的主流方向，智能配電網是智能電網系統的重要組成部分。智能配電網是在當前配電網的基礎上，將現代傳感、測量、通信、計算機和控制技術與配電網絡高度集成形成的新型配電網[1]。與傳統配電網相比，智能配電網整合了配電網實時運行信息和各種管理信息，為配電網運行和管理人員提供更全面、更完整的電網狀態信息，改變過去以時間滯后的有限信息為依據的配電網管理方式，促進配電網精細化、智能化運行的實施。

傳統配電網的電網數據采集和電能計量主要采用基于電磁式互感器的高壓計量箱或高壓計量柜來實現。而智能配電網的發展則需要響應更快、數據更準、智能化程度更高的電網數據采集和電能計量平臺，并以此為基礎來建設配電網的高級計量體系（AMI）。AMI通過傳感裝置（新型互感器）、智能電表、電力通信網絡將電力公司和用戶緊密相連。結合相應的量測數據管理系統，AMI不僅能夠有效監測電網運行狀況，為需求側管理（DSM）的實施提供數據支撐，還能為電力公司解決以下問題提供技術支持：①削峰填谷；②降低用電客戶的管理成本；③縮短電費回收周期；④竊電防治；⑤掌握客戶用電特性，更好地編制用電計劃；⑥優化負荷管理，創造社會效益；⑦優化線損計算，為能量平衡提供依據；⑧及時準確地檢測故障[2-5]。

智能配電網建設計量體系首先要解決計量測控終端的問題。通過新型傳感裝置、新型電能表和通信裝置解決電網運行和計量數據的全面、準確、高效采集和高效傳輸，從而滿足智能配電網的功能需求。

1 傳統配電網高壓計量系統存在的問題

目前，10kV中壓配電網多采用兩元件法（兩臺電磁式電壓互感器、兩臺電磁式電流互感器和一只三相多功能電能表）進行電能計量和電網數據采集。這種計量系統存在的問題包括：①互感器體積大，絕緣較為復雜，導致銅、鐵和絕緣材料的大量消耗；②電流互感器僅在低壓狀態下檢定，未考慮高電壓對電流互感器的影響，其實際誤差具有不確定性；③電磁式互感器在中性點不接地（或小電流接地）的配電網運行時，易誘發鐵磁諧振而導致諧振過電壓，危及電網安全；④兩元件計量方式難以滿足不平衡負荷的精準計量；⑤電磁式互感器頻帶較窄，難以準確獲取電網諧波信息和瞬態信息，不利于電網安全管理；⑥電磁互感器實際運行負荷往往遠離互感器設計的下限負荷，互感器空載損耗大，造成電力浪費；⑦缺乏實時性強、可靠性高的遠程數據交互平臺。

要實現配電網的智能化建設，需要優先解決電網運行和計量數據測的全、測的準、響應快、傳輸可靠的問題。配電網的高壓計量系統就是解決這一問題的實施平臺。采用新技術合理配置高壓計量終端，將測量、計量、保護和通信功能進行有機融合，可有效推進配電網的智能化建設和需求側管理的實施。

2 計量測控終端的組成

2.1 傳感系統

計量測控終端的傳感系統主要由電阻分壓電壓互感器和羅氏線圈（或低功耗小鐵心）電流互感器組成。電阻分壓電壓互感器采用純阻性的納米導電陶瓷精密分壓電阻作為感知電網電壓的一次傳感器。由于精密分壓電阻為純阻性元件，具有電磁式電壓互感器無法比擬的響應速度、線性度和頻帶寬度，能快速、準確地采集電網的瞬態、基波、諧波和直流分量信息，可以為計量、保護和運行監測提供全面、準確的線路電壓信息。羅氏線圈（或低功耗小鐵心）電流互感器具有良好的線性度和寬頻帶寬度，能快速、準確地采集電網的瞬態、基波、諧波信息，可以結合電阻分壓互感器提供實時、全面、準確的線路參數，為計量、保護和運行監測提供支持。

傳感系統包括三支電壓互感器和三支電流互感器，提供的線路電壓、電流信息均是實際測數據，能夠適應不平衡電網的準確測量，同時可避免利用兩元件計量漏洞竊電。

電阻分壓電壓互感器和羅氏線圈（或低功耗小鐵心）電流互感器的功耗和銅、鐵資源消耗遠遠低于傳統互感器，可以節省大量運行能耗和銅、鐵資源?，F對于傳統鐵磁互感器，消除了鐵磁諧振危害，有利于電網安全。

2.2 智能電表

計量測控終端的智能電表作為本地智能系統的中樞，包含數據接收單元、計量單元、保護控制單元、數據存儲單元、人機交互單元和中央處理器。來自傳感系統的線路參數通過數據接收單元進入智能電表后，計量單元和保護控制單元共享線路參數。計量單元對電能進行精準計量，確保整體計量精度達到有功0.5s級和無功2級。保護控制單元則對線路參數進監測和實行綜合處理，按照設定的規則和上級指令對本地線路進行保護和控制，向執行系統下達動作指令并接收執行系統狀態反饋信息。數據存儲單元存儲指令、協議和計量、測試數據。人機交互單元則負責測控終端和用戶之間的信息交互，是實現電網與用戶互動化的平臺。中央處理器則負責智能電表各個單元之間以及計量測控終端與上級之間的信息交互、協調。

2.3 通信系統

計量測控終端的通信系統是以GS-18電力線載波通信單元為核心的寬帶電力線載波系統。該系統負責將本地的計量、測控、保護信息和用戶反饋信息上傳和上級管理、控制指令的下達。通信系統由動態組網與數據管理單元、GS-18 OFDM載波單元和信號耦合單元組成。

動態組網與數據管理單元承擔動態組網和數據收發管理兩大功能。電力線是連接電力用戶和電力運行管理部門的天然網絡，是電網通信的優選信道。但是，由于電力線是為了傳輸電能而架設的，線路上連接有各種負載，因而其信道特性具有時變性。為了實現在電力線上高效率、高可靠通信，動態組網與數據管理單元將依據GS-18 OFDM載波單元獲取的信道特性動態配置通信頻率等參數。GS-18 OFDM載波單元是以GS-18載波芯片為核心的寬帶電力線載波通信模塊，該模塊具有18個獨立的通信頻段、54個子載波，能夠在數據通信的同時檢測電力線信道特性，并在動態組網與數據管理單元的支持下從18個通信頻段中選配合適的通信頻率組合動態組網來適應時變的電力線信道，確保高效率、高可靠通信。信號耦合單元承擔著信號耦合和高壓-低壓電氣隔離的功能。通過信號耦合單元，可實現通信信號在電力線與通信系統收發單元之間的耦合并確保通信系統電氣安全。較傳統的SMS或GPRS信號傳輸有著信號穩定、沒有通信費用的優勢。

2.4 執行系統

計量測控終端的執行系統由永磁開關單元、狀態指示與反饋單元及手動開關組成。該系統承擔本地保護動作執行和上級管控指令執行的功能。通過該系統，可以快速實現故障線路剝離、負荷管控等功能。

3 計量測控終端的應用

計量測控終端作電網數據采集、數據交互和電能計量的平臺，主要安裝于配電網的轉變用戶的進線側、公變臺區進線側、線路重要分支節點和不同線路互倒開關點等重要節點。計量測控終端的傳感系統、智能電表、通信系統、執行系統四大功能模塊能夠實時監測各節點的運行參數，在實現本地計量、保護的同時還能與上級和用戶進行高效的數據交互。計量測控終端利用GS-18電力線載波通信系統通過電力線與變電站終端進行數據交互，各個變電站終端與供電公司服務器實時交互數據，從而推進現配電網管理的信息化和互動化。

與傳統計量系統相比，計量測控終端可以為電網經濟調度和線損分析提供實時數據、還可以在線實現竊電防控和負荷管控等功能。

我公司4座變電站6條10kV線路安裝計量測控終端46套組成智能配電系統。利用該系統，運行數據的實時、可視地體現在運行管理系統上，各崗位可以隨時調取所需數據進行分析調度，大大提高了工作效率。該系統還在竊電防控和負荷管控上顯示出了獨特優勢。運行期間，分支線路計量測控終端通過定值整定配合共正確動作16次，縮小了停電范圍，提高了供電可靠性；配合線損測算軟件，準確定位線損異常分支，縮小排查范圍，提高了工作效率，共協助查獲竊電戶6戶，挽回經濟損失20余萬元，其中系統提示某用戶出現三相嚴重不平衡、且用電數據偏離該用戶用電習慣統計數據。管理人員及時通過系統警示用戶，防止了一次用戶在B相非法取電、可能危及電網安全的竊電行為的發生。用電高峰期間，通過該系統分時段配置各專變用戶負荷，由系統自動監管各節點用電狀況并及時將用電狀況通知供電公司和用戶，避免通過拉閘方式調配負荷。

4 結論

計量測控終端是一種將測控、保護、計量和通信功能進行有機融合的配電網智能裝備。通過該系統，可以實現配電網重要節點的本地計量、保護和配電網管理的信息化和互動化。

實際運行表明，計量測控終端在電網經濟調度、線損分析、竊電防控和負荷管控上有獨特的優勢。

參考文獻：

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