馮 璇，徐 剛，沙 征，楊 光，錢巍峰，何志鴻，錢巍賦

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司，上海 200080)

線損是決定供電企業(yè)效益高低的根本因素，是供電企業(yè)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。線損分析的基礎(chǔ)就是電能量的采集[1-2]。線損管理方法就是將從有功、無(wú)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(shù)據(jù)。

目前變電站的電能量采集設(shè)備已經(jīng)發(fā)展得十分成熟，采集端利用各類監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)站內(nèi)變壓器以及各路出線的有/無(wú)功功率、功率因數(shù)和電壓、電流等相關(guān)數(shù)據(jù)，在后臺(tái)也有強(qiáng)大的線損分析平臺(tái)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(tǒng)的電能表采集，但是對(duì)于一些合并線路的倉(cāng)位，或者無(wú)法安裝電能表的倉(cāng)位，以及對(duì)線路上各配變的負(fù)載情況，則無(wú)法獲得精準(zhǔn)的電量數(shù)據(jù)[3-4]。

因此，設(shè)計(jì)移動(dòng)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(wèn)題。一般一個(gè)小區(qū)有一個(gè)開關(guān)站(K型站)、多個(gè)街坊站(P型站)，有的小區(qū)有多個(gè)開關(guān)站。在K型站的出線端一般都配有關(guān)口電能表，但在部分老式的P型站的變壓器進(jìn)線側(cè)并無(wú)關(guān)口電能表，并且當(dāng)開關(guān)站的一條出線對(duì)應(yīng)多個(gè)P型站時(shí)，無(wú)法得到每個(gè)街坊站的實(shí)際電量采樣。針對(duì)這種情況，研制了移動(dòng)式配電站出線電量采集裝置，用于更精準(zhǔn)地定位高線損的位置。

該裝置是一種非常輕便的，用于精準(zhǔn)尋找電網(wǎng)高線損部分的裝置，它將電網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)由變電站10 kV出線擴(kuò)展到任意一臺(tái)終端配變，為線損分析提供了有/無(wú)功電能量、功率因數(shù)、電流、電壓等關(guān)鍵信息。運(yùn)維人員可以將采樣數(shù)據(jù)與上一級(jí)電站10 kV出線的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)于定位電能量采集裝置故障也有重大意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

移動(dòng)式配電站出線電量采集裝置放置于P型站10 kV側(cè)，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(wù)器，下層后半部分為接線端子箱、開口CT及線纜儲(chǔ)藏室。箱體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 箱體結(jié)構(gòu)圖

裝置的工作原理如圖2所示。裝置通過(guò)電量采集模塊來(lái)采集數(shù)據(jù)，終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成報(bào)表文件，當(dāng)接收到用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)短信時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送至用戶手機(jī)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(huán)境為已投運(yùn)的P型站，為了不影響客戶正常用電，同時(shí)為了節(jié)省人力、物力、財(cái)力，所以本系統(tǒng)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(jìn)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(dǎo)線采用高強(qiáng)度電磁漆包線，具有體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、容量大等特點(diǎn)。使用開口CT，調(diào)試安裝非常便利，無(wú)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(guò)所用變的低壓側(cè)進(jìn)行采樣。P型站內(nèi)一般采用的接線方式為D11/Y，本裝置采用的電壓轉(zhuǎn)換器可將D11/Y轉(zhuǎn)換為Y/D11，然后通過(guò)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(chǔ)線盒中。

1.2 電量采集模塊

電量采集模塊由測(cè)量單元和數(shù)據(jù)處理單元組成，除計(jì)量有功和無(wú)功電量外，還具有分時(shí)測(cè)量的功能，并能顯示、儲(chǔ)存和輸出數(shù)據(jù)。電量采集模塊工作時(shí)，電流、電壓經(jīng)過(guò)取樣電路分別取樣后，送到放大電路放大，再由高精度計(jì)量芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，高性能微控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。由于采用高精度計(jì)量芯片，計(jì)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(jì)量芯片的工作狀態(tài)。微控制器還用于分時(shí)計(jì)費(fèi)和處理各種輸入輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功、無(wú)功電能計(jì)量，通過(guò)RS-485接口、DLT645規(guī)約將數(shù)據(jù)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(yè)平板電腦作為軟件載體，以觸摸屏作為基本的輸入設(shè)備，擁有兩個(gè)高速以太網(wǎng)網(wǎng)口、一個(gè)RS-485接口、一個(gè)RS-232接口、四個(gè)USB接口。分析終端使用RS-485接口通過(guò)DLT645規(guī)約，將電量采集模塊的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)采集并存放于SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中。

終端系統(tǒng)軟件框圖及系統(tǒng)流程圖如圖5、圖6所示，當(dāng)用戶啟動(dòng)智能分析終端，主處理進(jìn)程開始工作，主處理進(jìn)程分別控制短信處理進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫(kù)及HMI人機(jī)交互界面。

圖5 程序系統(tǒng)框圖

圖6 程序流程圖

程序啟動(dòng)后，采樣進(jìn)程及短信進(jìn)程開始運(yùn)行。終端接收到用戶短信指令后，會(huì)按照請(qǐng)求發(fā)送對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果在計(jì)劃任務(wù)時(shí)間周期中，終端將關(guān)閉實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理進(jìn)程，將前一天的采集電量數(shù)據(jù)生成日?qǐng)?bào)表，存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。

終端在計(jì)劃任務(wù)的運(yùn)行周期之外，會(huì)將采樣數(shù)據(jù)放入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在人機(jī)交互界面HMI中顯示實(shí)時(shí)功率曲線、歷史電量棒圖、實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)等。終端實(shí)時(shí)曲線顯示最近1 h內(nèi)有功功率實(shí)時(shí)曲線。歷史電量棒圖中顯示最近12 h內(nèi)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(wèn)的時(shí)刻，并可在后面幾天同一時(shí)間段內(nèi)通過(guò)觀察實(shí)時(shí)功率曲線來(lái)分析數(shù)據(jù)。

終端中報(bào)文按鈕可以調(diào)用出電量分析終端及電量采集模塊間的通信報(bào)文，當(dāng)對(duì)實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)有疑問(wèn)時(shí)，可通過(guò)分析報(bào)文確定數(shù)據(jù)的正確性，實(shí)時(shí)報(bào)文可手動(dòng)暫停。

查詢按鈕可以調(diào)用出線路負(fù)荷記錄報(bào)表，用戶可自定義起始及結(jié)束日期。報(bào)表中詳細(xì)記錄了線路各個(gè)時(shí)刻的正向有功電量、正向無(wú)功電量、反向有功電量、反向無(wú)功電量，用戶可將該報(bào)表數(shù)據(jù)與調(diào)度端的負(fù)荷報(bào)表數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而可以非常容易地定位產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)的時(shí)刻。

1.4 短信服務(wù)終端

運(yùn)維人員通過(guò)手機(jī)發(fā)送指令至終端，終端按照用戶發(fā)送的命令相應(yīng)地返回所需求的數(shù)據(jù)。

2 裝置試驗(yàn)與試運(yùn)行

試驗(yàn)選取了某公司配電房，將裝置與AC 400 V電源連接，對(duì)電量進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控并采集數(shù)據(jù)，繪制出電量的曲線圖，得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際用電情況曲線圖對(duì)比后基本吻合。連續(xù)測(cè)試了三天后，得到的數(shù)據(jù)曲線圖誤差也極小。再通過(guò)手機(jī)短信給裝置發(fā)送命令，得到的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息和裝置采集的數(shù)據(jù)完全相同。因此，該裝置可以準(zhǔn)確地采集配電站出線的電量數(shù)據(jù)，方便運(yùn)行人員分析使用。

目前，該裝置已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)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(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本電量采集裝置通過(guò)采集數(shù)據(jù)可迅速找出系統(tǒng)中的異常情況，并精確定位存在異常用電狀況的位置，增強(qiáng)了對(duì)異常用電檢測(cè)實(shí)效性。通過(guò)短信服務(wù)，運(yùn)維人員可隨時(shí)隨地獲得所需數(shù)據(jù)，提高了工作效率。

由于裝置采用移動(dòng)式便攜設(shè)計(jì)，可在線路不停電的情況下，安裝運(yùn)行，方便靈活，適用于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

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