基于GSM網絡的配電網分段式補償電壓自動調節與運維選線分析的綜合運用法

袁俊球，謝小鋒，許福泉

基于GSM網絡的配電網分段式補償電壓自動調節與運維選線分析的綜合運用法

袁俊球1，謝小鋒1，許福泉2

（1.國網江蘇省電力公司常州市金壇分供電公司，江蘇 常州 213200；2.華研國電（北京）科技發展有限公司，北京 100096）

將傳統的補償式調壓方法應用于配電網的電壓質量管理中，并充分利用分段式補償特點結合電網監測手段的研究，在調整電網電壓的基礎上，建立了綜合性的電網智能分析網絡，通過現場運行試驗，結果非常有效。

分段式補償；配電電壓調節；電壓質量；運維選線

電壓是電能質量重要指標之一。國標《電能質量供電電壓允許偏差》（GB 12325—2003）規定，10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓±7%。隨著經濟的發展和社會的進步，近年來農村電網負荷日益增大，然而目前中國農村電網特別是偏遠山區農網由于線路長、升壓補償設備不足等原因，導致農網末端普遍電壓偏低，嚴重影響農村電網電力用戶的正常用電。

目前10 kV配電網常用的調壓手段及措施主要有新建變電站以縮短供電半徑、改變線路參數、變電站主變采用有載調壓、在輸電線路上安裝載調壓器、在輸電線路架線桿（柱）上設置電壓補償裝置。

前述五種調壓方式中，前三種方式顯然局限性較大，只能適用于特定區段，對廣大的農村電網不可能大范圍應用；第四種通過在輸電線路上安裝有載調壓器的方式，其對偏遠農村特別是山區農網而言，一方面同樣存在投資較大難推廣的問題，另一方面需要停電安裝和調試。因此，對于偏遠農村電網的高壓，基于經濟性和可行性考慮，第五種方法較為實用，因此本文重點是結合適合于農村電網應用的分段式補償改善電能質量的方法與其在運維系統上的運用新方法的研究。

1 控制器制作方法和系統開發方案

1.1 控制器制作方法

控制器主要包括數據電源模塊、采集模塊、數據處理與分析模塊、執行模塊和通訊模塊幾個部分，其中采集V回路直接引用做主設備主供電電源，在執行模塊中安裝了執行充電電容，主供電系統一旦失電，執行模塊的電容即轉入放電過程，中央處理器會強制執行所有運行設備退出運行指令。

這樣做的好處是能夠保證電網失電后，控制器仍然能運行一段時間，這段時間可執行把主設備退出運行，并保持一段時間的聯網通訊，讓主站及時獲得運行數據。

1.2 系統設計方案

系統設計首先要考慮安裝位置，既要適合安裝，同時需要考慮維護方便，所以基本上要滿足以下幾個條件：①取樣電流線要足夠長度，要考慮在10～17 m的電桿上安裝，安裝高度應在3 m左右，這樣站在地上容易觀察；②控制回路應滿足多級需要，不能少于三級，且控制回路能夠檢測數據，例如運行電流、狀態等；③注意防潮、防水、防蟲、防塵，還要考慮散熱條件；④通訊要良好；⑤運行速度快，反應要迅速；⑥整體體積不能大，便于組裝。

為了滿足上述要求，選擇鋼化塑料作為材料，倒模呈圓傘形口朝下，這樣做可以滿足設計要求，在連線上用航空插頭16柱的方式，一根電纜線到設備單元。系統設計如圖1所示。

如圖1所示，中央處理器負責整個核心的計算與處理，其他模塊負責采集和處理信息，采集模塊包括母線電壓采集、母線電流采集、設備電流采集、設備狀態采集等，采集數據包括檢測需要數據和設備運行數據，這些數據能滿足檢測結果的需要。

儲能模塊是控制模塊輸出的能量存儲，在控制起動時會輸出正向電流或者反向電流，正向代表合閘，反向代表分閘，總共三個輸出回路；儲能模塊還與電源模塊連接，當電源模塊失去供電，儲能會釋放電能，經過處理負責電源的續航能力，并處理失電后的設備控制與通訊信息。

通訊模塊在設計中要考慮發展需要，智能電網發展迅速，對設備的通訊要求也越來越高，因此通訊模塊設計用了兩路，預留接口，暫時用GSM通訊，并支持4G模式。

2 數學模型

2.1 投切模型

以往補償設備是否運行所設計的判據都是無功缺口的多少，當系統功率因數低于定值且投入門限容量不大于設定值，即刻指令設備投入運行，這里考慮的是防止過補造成的過壓現象，然而實際線路分段式補償這種現象幾乎忽略不計，而且通訊良好狀態下可以聯動，集控中心完全可以進行全網調控。而本模型采用了優先級方式，把主要目標調壓作用體現出來，低于定制電壓設備即可啟動，滿足哪個條件就執行哪個條件。

2.2 三段式保護模型

本模型建立作用只在于提醒，因此只是定值計算過程，類似于線路故障指示器，只是計算方式不同，三段式計算誤報率很低。不過調壓裝置并沒有跳閘動作處理，所以設計上并沒有做執行模塊處理。dz、dz分別為過流保護電流啟動值和延時定值，即A、B、C三相電流中一相或一相以上大于整定值dz且持續時間大于整定延時dz時，過流段保護動作。當整定時間為0 s時，動作時間小于30 ms。過流保護動作后，在三相電流同時低于定值的93%時，保護動作復歸。

2.3 零序核算模型

在此模型中設計包括三相短路電流、兩相短路電流、零序短路電流，從而判斷線路是短路狀態還是接地狀態，或者是兩者同時存在。

3 設定目標

滿足調壓的需要，針對一條10 kV配網，通過分段式安裝（干線分段，分支節點）進行線路調壓和補償，提高供電電壓質量，降低線路損失；滿足過流、短路、接地故障檢測需求，通過布點，能夠全方位地了解線路運行狀態，調整線路供電方案，并幫助運行人員及時排障消缺。

4 運行結果與比較

在常州市金壇區做了試驗性的安裝，布點23處，并且通過GSM網絡進行了設備聯網，把數據輸送到運維平臺，實現可視化操作，運行數據一目了然。

5 案例分享

安裝地點：金壇供電公司登冠線。

安裝原因：該地區用戶負荷高峰電壓波動偏低，影響生產生活用電；登冠線運行調壓設備前數據為9 870 V，調壓設備運行后電壓為10 187 V，實際調整電壓幅度為317 V。

6 結論

設備設計思路比較符合電力運行的需要，一次投資能夠解決多項問題，提高了線路智能化水平，彌補了傳統設備不足；低電壓或者低功率因數下都能快速運行，平均調整電壓288 V，調整能力強，有成效，解決了用戶低電壓投訴問題；異常檢測和故障檢測10 ms完成，20 ms反饋到主站系統，雖然實際運行暫時獲得數據較少，但其效果十分明顯；能夠幫助運行人員進行電網故障選線，對電網排障消缺具有重要意義。

TM761

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.039

2095－6835（2019）14－0090－02

〔編輯：王霞〕