基于大數據技術的低壓用戶用電質量提升系統

毛王清 趙航宇 柏茂沖 張龍飛

（1.國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇宿遷 223800；2.江蘇云達信息科技有限公司，江蘇鹽城 224006）

0.引言

目前低壓供配電系統的自動化監測覆蓋還不夠全面，只能簡單粗暴地將電送出去，“送到哪了”“送的怎么樣”“對方有沒有收到”等問題，現有的系統（如用電采集系統、配電自動化等）還不能做到實時監測，更不能完全滿足客戶“電力獲得感”的需求，往往是用戶投訴后，我們才得知電并沒有順利地送到客戶家中，傳統的解決辦法缺點顯著，電力公司運維人員維修費時費力，還有危險性。因此，急需一套可實時監測、自動化、基于大數據技術的用電質量提升系統來協助搶修調度員快速且準確進行搶修指揮，提高電力搶修效率，縮短停電時間，減少經濟損失，改善服務質量[1]。

1.項目背景

（1）現階段我市經濟發展迅速，用電需求激增。宿遷全市居民照明用電用戶220萬余戶，全市配變僅有31000余臺，配電變壓器的負荷還是相對較大的。目前在農村集鎮臺區部分大容量配電變壓器配備使用了負荷開關或空氣斷路器，因線路質量問題等原因導致臺區發生絕緣非正常老化或被破壞產生漏電現象，就會造成TT接線系統中配電變壓器接地引線及JP柜外殼帶有電壓且有電流通過，導致臺區存在安全隱患，線損升高[2]。

（2）目前低壓臺區故障定點位常用的方法：1）分支線試送電；2）現場排查按桿線檔距推算故障點位置；3）人工登桿排查線路。目前看來，傳統方法誤差較大，效率低，且耗時費力不安全。

2.基于大數據技術的低壓用戶用電質量提升系統的設計

2.1 剩余電流監測原理

剩余電流檢測原理如圖1所示，圖中Ia、Ib、Ic為相電流，In為中性線電流，Id為相線在a點的對地剩余電流，S為任一封閉面。根據基爾霍夫定律，流入任一封閉面S的電流有效值相量之和等于零，則有Ia+Ib+Ic-In-Id=0整理得Ia+Ib+Ic-In=Id。在正常情況下，三相電流的矢量和與N線中流過的電流大小相等，方向相反，相互抵消。如果線路絕緣劣化或其他原因導致A相線在a點產生對地電流，則在圖中的S處電流互感器的線圈中將感應出與剩余電流Id大小成正比的電流，其數值大小反映了配電線路及電氣設備中電流的泄露情況。

圖1 剩余電流監測原理

2.2 低壓用戶用電質量提升系統的研發內容

基于剩余電流監測原理，可開發一套低壓用戶用電質量提升系統，其主要分為末端采集終端以及云端智能分析系統。末端采集終端主要包括：集中器、采集器、漏電流傳感器等。該套系統的構架如圖2所示。

圖2 系統組織構架

2.2.1 漏電流及供電電壓采集器

該采集器可用來采集用電信息。首先，它通過監視用戶用電狀態，采集單相用戶的漏電流以及220VAC電壓，接著將其與報警閥值比較，一旦超出閥值便會立即觸發漏電流超限或電壓掉電報警，系統進入報警狀態，從而點亮用戶報警燈，并同時通過電力線載波向數據集中器重復多次地發送報警信息，包括：用戶號、漏電流和電壓等信息[3]。

進入報警狀態后，系統調用UPS繼續保持運行，在收到復位命令后再次進入監視狀態繼續采集漏電流和電壓。這樣一來，采集器便會在監視狀態下，再次收到輪詢命令，并通過電力線載波，發送漏電流和電壓數據。

考慮到失壓狀態下設備如何繼續工作的問題，本機內部特設有UPS后備電源，就算220VAC掉電后，其內部的UPS還可以工作1min～3min，以便確保報警數據可以全部發送完畢。該采集器載波模塊采用東軟載波，底層自帶有中繼、重發2次、應答2次的功能。

2.2.2 4G數據集中器

數據成功采集之后，便要通過4G數據集中器，將同一臺區的采集器所發出的數據集中后，再通過4G網絡轉發給遠程服務器。

而每間隔一定時間，4G數據集中器就會向遠程服務器發送心跳數據包，以防止被4G基站踢掉線。這樣才能順利接受服務器命令，并將命令通過電力線載波轉發到本地采集器，這樣，采集器才能夠按照指令正確采集有效的信息。

與采集器類似，本機內部有UPS后備電源，一旦220VAC掉電，內部UPS還可以工作1min～3min，以便確保報警數據可以全部發送完畢。該4G數據集中器的載波模塊也采用東軟載波，其底層自帶中繼、重發、應答功能。

2.2.3 漏電流傳感器

漏電流傳感器可用于220VAC單相用電器漏電流檢測，其量程范圍漏電流0mA～50mA，可輸出的直流電壓范圍是0V～5V。本開口式傳感器為12V供電。

2.2.4 配套系統

該套低壓用戶用電質量提升系統除上面的3項硬件開發以外，還有如下的配套開發的系統軟件。其主要實現以下3項功能：

（1）主動告警。該軟件會實時監控所有接入系統的集中器，并實時展示集中器的各種狀態和數據信息；在發生告警的時候，就會同步數據到該頁面進行聲光告警提示，同時會出現清除告警按鈕；在手動點擊清除告警前，該采集設備將會暫停采集數據和發送數據到服務器。然而在點擊“清除告警”后，該集中器會再一次進行新一輪數據的采集，并發送采集到的數據到服務器，服務器一旦接受到對應的數據后，就會進行解析并實時同步數據到該頁面進行實時數據的展示。

（2）高風險臺區預警。通過對歷史告警數據進行大數據分析，篩選出高風險臺區及用戶。通過此種分析方式，我們將傳統工作方式由被動“搶”修轉變為主動“檢”修，從而從根本上解決疑難漏電臺區問題，真正實現故障“未發生、先處理”，提高用戶的用電安全及用電質量。

（3）實時運行數據查詢。該平臺為自主分析平臺，它還可以根據用戶用電需求主動發出輪詢命令，根據所下達的命令查詢特定用戶的實時電流電壓數據，從而實現臺區用電質量的實時檢查能力。

3.基于大數據技術的低壓用戶用電質量提升系統的成果應用

本著“防患于未然”的工作態度，我司結合低壓臺區故障管理這一痛點問題，針對性研發出的這套軟件系統，主要可應用在3個方面，分別是：失壓監測、漏電監測和居民用電質量提升。

3.1 失壓監測

3.1.1 用戶失電監測及預警

采集器可關聯用戶信息并實時監測數據，因此，當用戶側電壓為零后，只要通過系統的及時提醒，便可進行人性化的“主動”關懷，避免因用戶側故障而引起的投訴。

3.1.2 臺區失電監測及預警

臺區下的系統集中器實時收集關聯采集器數據，當發生臺區失壓停電后，搶修人員便可根據臺區內分支線路上采集器的實時數據狀態，快速判斷出失壓區域和未失壓區域。這樣一來，通過系統智能研判，便可迅速找出故障節點位置，大大節省了搶修人員排查臺區停電故障的時間。

3.2 漏電監測

3.2.1 用戶漏電監測及預警

采集器實時收集用戶側電流并用于大數據分析，當用戶電流接近危險閥值時即可發出預警信息，緊接著，供電單位就可根據上報信息對異常漏電用戶進行安全提醒。

3.2.2 臺區漏電監測及預警

集中器通過關聯臺區總保開關接口，獲取總保開關漏電保護閥值。然后通過系統對臺區內所有采集器獲取數據進行分析，預測到臺區漏電接近閥值，便可主動進行預警，提前對臺區故障進行檢修，避免臺區跳閘。

3.3 居民用電質量提升

通過對異常漏電的大數據分析，對長期異常漏電以及頻繁跳閘臺區進行用電線路摸排，從根本上解決疑難漏電臺區問題，提高用戶的用電安全及用電質量。

4.經濟性提升

該配套系統使得用戶在用電質量上有了大幅提升，推動了經濟性的提升，主要體現在以下3點：

（1）通過對客戶用電的實時監測，可及時獲取異常停電信息，從而減少用戶投訴。

（2）大大縮減人工排查故障的時間，有效的提高了臺區檢修工作效率。

（3）通過AI預警功能，提前預知有停電可能的臺區，及時實現故障“未發生、先處理”。

5.總結

應用該基于大數據技術的低壓用戶用電質量提升系統，可實現用戶用電故障的主動快速搶修、電流的實時預警，從而減少送電不到位事件的發生；同時，這對于保證線路安全，快速查找漏電流故障點也有著極其重要的支撐作用。提高了企業的供電服務水平和客戶滿意度，減少了95598的投拆工單和服務壓力。準確判斷故障中的潛在風險和安全用電風險戶，及時告知用戶消除故障，全面降低由于用戶設備安全給供電線路設備帶來不安全的風險。