可移動式配電站出線電量采集裝置研究

馮 璇，徐 剛，沙 征，楊 光，錢巍峰，何志鴻，錢巍賦

(國網上海市電力公司市區供電公司，上海 200080)

線損是決定供電企業效益高低的根本因素，是供電企業的重要技術經濟指標。線損分析的基礎就是電能量的采集[1-2]。線損管理方法就是將從有功、無功功率得到的全口徑功率與總售出電量相比較，從而得到線路損耗數據。

目前變電站的電能量采集設備已經發展得十分成熟，采集端利用各類監控設備實時采集并存儲站內變壓器以及各路出線的有/無功功率、功率因數和電壓、電流等相關數據，在后臺也有強大的線損分析平臺加以采集分析合成。

但在配電站里，采集手段就不如變電站那么豐富，還是使用傳統的電能表采集，但是對于一些合并線路的倉位，或者無法安裝電能表的倉位，以及對線路上各配變的負載情況，則無法獲得精準的電量數據[3-4]。

因此，設計移動式配電站出線電量采集裝置，就是為了解決配電站出線端的電量采集問題。一般一個小區有一個開關站(K型站)、多個街坊站(P型站)，有的小區有多個開關站。在K型站的出線端一般都配有關口電能表，但在部分老式的P型站的變壓器進線側并無關口電能表，并且當開關站的一條出線對應多個P型站時，無法得到每個街坊站的實際電量采樣。針對這種情況，研制了移動式配電站出線電量采集裝置，用于更精準地定位高線損的位置。

該裝置是一種非常輕便的，用于精準尋找電網高線損部分的裝置，它將電網數據監測由變電站10 kV出線擴展到任意一臺終端配變，為線損分析提供了有/無功電能量、功率因數、電流、電壓等關鍵信息。運維人員可以將采樣數據與上一級電站10 kV出線的采樣數據進行比較，對于定位電能量采集裝置故障也有重大意義。

1 系統結構

移動式配電站出線電量采集裝置放置于P型站10 kV側，箱體為手提箱式，分為兩層，上層為智能分析終端層，下層前半部分為電量采集終端、短信服務器，下層后半部分為接線端子箱、開口CT及線纜儲藏室。箱體結構如圖1所示。

圖1 箱體結構圖

裝置的工作原理如圖2所示。裝置通過電量采集模塊來采集數據，終端存儲數據并自動生成報表文件，當接收到用戶請求數據短信時，相應的數據會發送至用戶手機中。

圖2 裝置原理圖

1.1 電流采樣及電壓采樣

電流采樣：由于裝置的使用環境為已投運的P型站，為了不影響客戶正常用電，同時為了節省人力、物力、財力，所以本系統電流采樣使用了高精度開口式CT。開口式電流互感器外殼采用阻燃、耐溫的進口聚碳酸酯注塑成形，鐵芯采用取向冷軋硅鋼帶卷繞而成，二次導線采用高強度電磁漆包線，具有體積小、質量輕、準確度高、容量大等特點。使用開口CT，調試安裝非常便利，無須拆一次母線，可以帶電安裝。

電壓采樣：裝置的三相電壓通過所用變的低壓側進行采樣。P型站內一般采用的接線方式為D11/Y，本裝置采用的電壓轉換器可將D11/Y轉換為Y/D11，然后通過PT變比將采樣電壓還原成10 kV母線電壓。工作原理如圖3所示。

圖3 電壓采樣原理圖

開口式CT互感器以及電流、電壓采樣的線纜都放在裝置底部的儲線盒中。

1.2 電量采集模塊

電量采集模塊由測量單元和數據處理單元組成，除計量有功和無功電量外，還具有分時測量的功能，并能顯示、儲存和輸出數據。電量采集模塊工作時，電流、電壓經過取樣電路分別取樣后，送到放大電路放大，再由高精度計量芯片轉換為數字信號，高性能微控制器對數據進行分析處理。由于采用高精度計量芯片，計量芯片自行完成前端高速采樣，高性能微控制器僅需要管理和控制計量芯片的工作狀態。微控制器還用于分時計費和處理各種輸入輸出數據，并根據預先設定的時段完成分時有功、無功電能計量，通過RS-485接口、DLT645規約將數據傳送至智能分析終端。其工作原理如圖4所示。

圖4 電量采集模塊原理圖

1.3 智能分析終端

智能分析終端采用了FOXKPC高性能工業平板電腦作為軟件載體，以觸摸屏作為基本的輸入設備，擁有兩個高速以太網網口、一個RS-485接口、一個RS-232接口、四個USB接口。分析終端使用RS-485接口通過DLT645規約，將電量采集模塊的實時遙測數據采集并存放于SQLite數據庫中。

終端系統軟件框圖及系統流程圖如圖5、圖6所示，當用戶啟動智能分析終端，主處理進程開始工作，主處理進程分別控制短信處理進程、數據庫及HMI人機交互界面。

圖5 程序系統框圖

圖6 程序流程圖

程序啟動后，采樣進程及短信進程開始運行。終端接收到用戶短信指令后，會按照請求發送對應的數據。如果在計劃任務時間周期中，終端將關閉實時數據處理進程，將前一天的采集電量數據生成日報表，存于數據庫中。

終端在計劃任務的運行周期之外，會將采樣數據放入實時數據庫中，并在人機交互界面HMI中顯示實時功率曲線、歷史電量棒圖、實時遙測數據等。終端實時曲線顯示最近1 h內有功功率實時曲線。歷史電量棒圖中顯示最近12 h內每一刻鐘的歷史電量棒圖。用戶可在歷史電量棒圖中清晰地找出有疑問的時刻，并可在后面幾天同一時間段內通過觀察實時功率曲線來分析數據。

終端中報文按鈕可以調用出電量分析終端及電量采集模塊間的通信報文，當對實時采樣數據有疑問時，可通過分析報文確定數據的正確性，實時報文可手動暫停。

查詢按鈕可以調用出線路負荷記錄報表，用戶可自定義起始及結束日期。報表中詳細記錄了線路各個時刻的正向有功電量、正向無功電量、反向有功電量、反向無功電量，用戶可將該報表數據與調度端的負荷報表數據進行比對，從而可以非常容易地定位產生異常數據的時刻。

1.4 短信服務終端

運維人員通過手機發送指令至終端，終端按照用戶發送的命令相應地返回所需求的數據。

2 裝置試驗與試運行

試驗選取了某公司配電房，將裝置與AC 400 V電源連接，對電量進行了實時監控并采集數據，繪制出電量的曲線圖，得到的數據與實際用電情況曲線圖對比后基本吻合。連續測試了三天后，得到的數據曲線圖誤差也極小。再通過手機短信給裝置發送命令，得到的實時監控信息和裝置采集的數據完全相同。因此，該裝置可以準確地采集配電站出線的電量數據，方便運行人員分析使用。

目前，該裝置已經投入實際應用，安裝于P型配電站出線端，用于采集P型站出線的電量數據。

3 結語

本電量采集裝置通過采集數據可迅速找出系統中的異常情況，并精確定位存在異常用電狀況的位置，增強了對異常用電檢測實效性。通過短信服務，運維人員可隨時隨地獲得所需數據，提高了工作效率。

由于裝置采用移動式便攜設計，可在線路不停電的情況下，安裝運行，方便靈活，適用于大規模推廣應用。

參考文獻：

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[2]王德剛，荊詠梅.電量采集與線損管理系統簡介及效益分析[J].農村電氣化,2005(4)：10-11.

[3]王海鵬，曾嶸，何金良.利用GSM網絡實現配電網遠程數據采集的可行性分析[J].高壓電器,2002，38(5)：12-15.

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