苗 興，邢新超，何松輝

（中電裝備山東電子有限公司，山東 濟(jì)南 250109）

線損率是一項(xiàng)綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它的大小可以表示出供電企業(yè)的管理水平，并與經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，線損率也是國家貫徹節(jié)能方針，考核供電企業(yè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[1]。而低壓臺區(qū)線損在電力系統(tǒng)的損耗中占有很大比重，不僅影響用戶的用電質(zhì)量，同時(shí)給供電企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。隨著電力體制改革的深入進(jìn)行，且電力行業(yè)公司化運(yùn)營機(jī)制的進(jìn)一步推進(jìn)和完善，加強(qiáng)低壓臺區(qū)線損管理工作變得十分重要。

本方案是在不改動當(dāng)前電網(wǎng)線路、分支箱、計(jì)量箱以及電表等電力設(shè)施的情況下，通過在分支箱、表箱側(cè)增設(shè)節(jié)點(diǎn)管理終端和換相開關(guān)，與安裝在臺區(qū)變壓器側(cè)的臺區(qū)管理終端相結(jié)合，除完成傳統(tǒng)的電力抄表功能外，還具有戶變關(guān)系識別、臺區(qū)拓?fù)渥詣永L制功能，通過對電表、計(jì)量箱、分支線路的檢測和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)停復(fù)電事件上報(bào)、竊電預(yù)警、表計(jì)失準(zhǔn)報(bào)警、三相負(fù)荷智能調(diào)整等功能，全方位、系統(tǒng)化地解決低壓臺區(qū)線損的主要問題。

1 低壓臺區(qū)線損異常的主要原因

1.1 技術(shù)線損的主要原因

1）低壓線路供電半徑過大，導(dǎo)線截面小，造成電能傳輸過程中損耗超過正常范圍。

2）低壓線路無功補(bǔ)償容量不足或臺區(qū)無功補(bǔ)償電容器投運(yùn)率較低，線路無功缺額較大，造成功率因數(shù)較低。

3）臺區(qū)三相負(fù)荷分配不均，造成損耗較大。在低壓配電網(wǎng)中，電流通過線路導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電能損耗與通過電流的平方成正比，當(dāng)三相負(fù)載最大不平衡時(shí)，如果其中兩相沒有電流，此時(shí)最大線損是平衡時(shí)的6 倍。

1.2 管理線損的主要原因

1）臺區(qū)戶變關(guān)系不正確。配電臺區(qū)具有覆蓋面廣、所帶戶表數(shù)量大和低壓供電方式變化快的特點(diǎn)，配電臺區(qū)缺乏有效的技術(shù)手段建立配電臺區(qū)與戶表間的拓?fù)潢P(guān)系，而通過人工方式核查，其管理難度大、成本高，核查準(zhǔn)確率和及時(shí)性難以保證。

2）戶表采集實(shí)時(shí)性不高。一方面因戶表電池欠壓，戶表時(shí)鐘不準(zhǔn)確，造成線損數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；另一方面因現(xiàn)場存在信號干擾，載波采集效率低，也使得線損數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

3）客戶竊電行為。竊電行為時(shí)有發(fā)生，不僅影響了臺區(qū)降損工作的推進(jìn)，也擾亂了正常的供用電秩序，損害了供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益，雖然供電企業(yè)已從多方面加強(qiáng)了防竊電措施，但由于竊電手段層出不窮，竊電技術(shù)不斷升級，給線損治理工作帶來很大難度。

2 低壓線損精細(xì)化治理方案

目前，受用電信息采集系統(tǒng)計(jì)算能力及現(xiàn)有裝備水平的制約，臺區(qū)線損模型僅配置臺區(qū)總表到每一用戶的分表，其計(jì)算僅僅是以臺區(qū)為單位的粗放式計(jì)算，沒有細(xì)分到0．4 kV 分支線路與表箱，無法實(shí)現(xiàn)臺區(qū)線損精細(xì)化治理。

本文提出的線損精細(xì)化治理方案對管理線損及技術(shù)線損均可進(jìn)行有效治理。針對管理線損，依托臺區(qū)管理終端、節(jié)點(diǎn)管理終端，可對臺區(qū)、分支箱、表箱進(jìn)線側(cè)電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)量，迅速定位線損異常點(diǎn)及其產(chǎn)生的原因，實(shí)現(xiàn)線損精細(xì)化治理。

在技術(shù)線損方面，依托臺區(qū)管理終端、換相開關(guān)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測線損異常和配變總線三相不平衡狀態(tài)，在不平衡度達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，自動進(jìn)行負(fù)荷換相調(diào)節(jié)，降低三相不平衡度，減少臺區(qū)損耗。

通過“老年人生活質(zhì)量評定表”從身體健康、心理健康、社會適應(yīng)和環(huán)境適應(yīng)4個(gè)方面來獲取老年人生活質(zhì)量狀況。

2.1 總體框架

本方案由臺區(qū)管理終端、節(jié)點(diǎn)管理終端、換相開關(guān)構(gòu)成，臺區(qū)管理終端采集節(jié)點(diǎn)管理終端數(shù)據(jù)，并通過4G 通信將數(shù)據(jù)傳輸給后臺，由后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，自動繪制臺區(qū)物理拓?fù)鋱D，精準(zhǔn)計(jì)算臺變、分支、表箱、戶表用電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)線損計(jì)算的精細(xì)化管理。

同時(shí)，臺區(qū)管理終端實(shí)時(shí)監(jiān)測配變低壓出線的三相電流，如果在一定監(jiān)測周期內(nèi)配變低壓側(cè)三相負(fù)荷不平衡度超限，臺區(qū)管理終端讀取配變低壓出線和所有換相開關(guān)單元各負(fù)荷支路的電流、相序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，發(fā)出最優(yōu)換相控制指令，各換相單元按照規(guī)定換相流程執(zhí)行換相操作，實(shí)現(xiàn)用戶負(fù)荷相序調(diào)整、配電臺區(qū)三相負(fù)荷均衡分配[1]。

本方案通過戶變檔案自動識別、分級線損精確計(jì)算、竊電分析、停電上報(bào)、三相不平衡監(jiān)測治理等技術(shù)手段，可以高效解決低壓臺區(qū)線損過高問題，實(shí)現(xiàn)降損增效目標(biāo)。方案框架見圖1。

圖1 方案框架示意圖

2.2 方案構(gòu)成

1）臺區(qū)管理終端。臺區(qū)管理終端外形與I 型集中器相似，安裝于臺區(qū)變壓器配電側(cè)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)置及查詢、終端維護(hù)等功能，能全面實(shí)現(xiàn)電壓、電流以及電量參數(shù)等表計(jì)用電信息的采集與上下行通信。臺區(qū)管理終端內(nèi)置臺區(qū)識別儀功能模塊，采用電流脈沖法實(shí)現(xiàn)，確保臺區(qū)識別信號不跨臺區(qū)，正確識別臺區(qū)、相位等信息，臺區(qū)內(nèi)點(diǎn)對點(diǎn)通信無死角，保證臺區(qū)識別準(zhǔn)確率優(yōu)于99%。同時(shí)臺區(qū)管理終端可實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器A，B，C 三相及中性線的電流、電壓，并對三相負(fù)荷數(shù)據(jù)分析，智能合理的分配指令到換相開關(guān)，使之進(jìn)行相間切換。

2）節(jié)點(diǎn)管理終端。節(jié)點(diǎn)管理終端安裝于分支箱及表箱側(cè)，內(nèi)置高精度計(jì)量芯片，能夠精準(zhǔn)計(jì)算出分支箱、表箱進(jìn)線側(cè)電量，同時(shí)節(jié)點(diǎn)管理終端對電能表用電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集（每小時(shí)采集一次）、并與臺區(qū)管理終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過配置“配變一表箱一用戶”的線損模型，對線損數(shù)據(jù)進(jìn)行分級計(jì)算，實(shí)現(xiàn)線損精細(xì)化治理[2]。

節(jié)點(diǎn)管理終端采用卡扣式外殼，安裝方便，可實(shí)現(xiàn)不停電安裝。隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生活水平的提高，用戶對供電可靠性的要求越來越高，停電會降低用電客戶滿意度，影響居民生產(chǎn)及生活。節(jié)點(diǎn)管理終端采用卡扣式外殼進(jìn)行電壓、電流采樣，安裝簡單方便，無需停電安裝，保障了供電可靠性。

3）換相開關(guān)。換相開關(guān)安裝于表箱側(cè)，換相開關(guān)與臺區(qū)管理終端通過無線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接收換相指令進(jìn)行換相動作，換相開關(guān)電源側(cè)接入三相線路，負(fù)載側(cè)接入單相線路，可實(shí)現(xiàn)A、B、C 三相任意切換，換相開關(guān)利用二極管加繼電器方式控制換相過程，工作運(yùn)行可靠，不存在相間短路隱患，實(shí)現(xiàn)0 ms 換相，可以在確保用戶正常用電的同時(shí)，完成三相不平衡的智能調(diào)整。

2.3 功能意義

1）臺區(qū)檔案自動梳理。臺區(qū)管理終端內(nèi)置臺區(qū)識別發(fā)送單元，節(jié)點(diǎn)管理終端內(nèi)置臺區(qū)識別接收單元，雙方配合完成臺區(qū)相位識別，識別準(zhǔn)確率達(dá)到了100%。

2）分級線損計(jì)算。節(jié)點(diǎn)管理終端內(nèi)置高精度計(jì)量單元，可對表箱輸入電量準(zhǔn)確計(jì)量，采集每只電表電量從而實(shí)現(xiàn)以表箱為單元的線損計(jì)算，同時(shí)在臺區(qū)每個(gè)分支線路上安裝節(jié)點(diǎn)管理終端，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)內(nèi)每個(gè)分支的線損計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)“臺區(qū)-分支線路-表箱”的三級線損計(jì)算。

3）故障事件主動上報(bào)。節(jié)點(diǎn)管理終端內(nèi)置開關(guān)量檢測模塊，通過電流、電壓、心跳等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行整合分析，可對臺區(qū)、線路分支、表箱側(cè)的停復(fù)電事件進(jìn)行高效監(jiān)測及精準(zhǔn)定位。通過RS485 端口連接各電能表，對電能表及電表箱的電壓、電流、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)采集并進(jìn)行分析，能夠及時(shí)上報(bào)停復(fù)電事件。

4）相間負(fù)荷不平衡治理。實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器各相及中性線電流、電壓，以得到各相負(fù)荷數(shù)據(jù)；在供電線路單相負(fù)荷分線處安裝一定數(shù)量的換相開關(guān)；臺區(qū)管理終端自動完成合理的負(fù)荷分配指令，該指令通過無線通信下發(fā)換相開關(guān)，完成負(fù)荷的相間切換，從而使相間負(fù)荷趨于平衡。

2.4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本方案產(chǎn)品技術(shù)實(shí)現(xiàn)可分為3 個(gè)層次：硬件驅(qū)動層，業(yè)務(wù)平臺層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層，具體架構(gòu)見圖2。

圖2 軟硬件架構(gòu)框圖

1）硬件驅(qū)動層功能。屏蔽硬件層的差異性。所有與硬件交互的功能均由硬件驅(qū)動層實(shí)現(xiàn)，硬件驅(qū)動層針對不同的硬件平臺，提供統(tǒng)一的底層硬件驅(qū)動接口。應(yīng)用層則通過統(tǒng)一的驅(qū)動接口實(shí)現(xiàn)對硬件的操作。這樣應(yīng)用層程序可以不做任何修改就可以適應(yīng)硬件平臺帶來的變化，硬件驅(qū)動層部分只向上層軟件提供訪問硬件的方法而不是策略。

2）平臺層功能。提供平臺支撐庫和調(diào)用接口。向用戶提供諸如數(shù)據(jù)讀寫接口、通信鏈路層驅(qū)動、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)字典存儲等功能庫調(diào)用；完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)等功能，具體包括：交采數(shù)據(jù)和開關(guān)量的采集、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)功能；提供完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集合。提供完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)集合，并提供這些數(shù)據(jù)和參數(shù)的格式和物理含義，為應(yīng)用開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐；提供各功能模塊的定制方法和定制接口。平臺能提供靈活配置或定制方法以適應(yīng)不同應(yīng)用系統(tǒng)個(gè)性化需求，如適應(yīng)通信驅(qū)動變化、存儲數(shù)據(jù)項(xiàng)、計(jì)量點(diǎn)的配置等。

3）業(yè)務(wù)應(yīng)用層功能。應(yīng)用規(guī)約、事件告警等。這些模塊利用平臺軟件提供的數(shù)據(jù)集合、功能庫和調(diào)用接口實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)平臺軟件及硬件驅(qū)動的交互，并通過數(shù)據(jù)字典配置對平臺軟件的一些數(shù)據(jù)和功能進(jìn)行具體配置。根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，軟件分為規(guī)約解釋、事件、統(tǒng)計(jì)、交采、存儲、抄表、相位識別、通信管理、直流模擬量、升級、驅(qū)動等子系統(tǒng)。對于系統(tǒng)中需要異步處理并且比較緊急的事件可以采用中斷方式處理，對于不是特別緊急的事件盡量不要使用中斷。即盡量減少中斷的數(shù)量，對于一定需要使用中斷的也應(yīng)盡量減少中斷次數(shù)，中斷處理函數(shù)盡量短小。盡量只在中斷服務(wù)程序中標(biāo)記事件的發(fā)生，不再做任何工作就退出中斷，轉(zhuǎn)由后臺程序完成事件的處理，這樣就不會造成在中斷服務(wù)程序中處理費(fèi)時(shí)的事件而影響后續(xù)和其他中斷。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

本方案可實(shí)現(xiàn)戶變關(guān)系自動識別，有效避免了線損計(jì)算錯誤；實(shí)現(xiàn)三級線損精準(zhǔn)計(jì)算，將線損分析管理末端下移到表箱，有力提升低壓線損精細(xì)化管理水平；實(shí)現(xiàn)三相動態(tài)檢測，實(shí)時(shí)在線調(diào)整三相負(fù)荷，有效降低因三相不平衡導(dǎo)致的線損。通過在山東、山西等地區(qū)測試驗(yàn)證后得出，應(yīng)用該方案后臺區(qū)線損平均下降2%以上。在不影響采集的前提下，實(shí)現(xiàn)了低壓臺區(qū)降低線損的需求，極大地促進(jìn)了營配貫通，提高了智能化、精細(xì)化水平。

案例1：山東東明縣試點(diǎn)臺區(qū)變壓器相間負(fù)載不均衡度情況比較嚴(yán)重，從變壓器檢測數(shù)據(jù)來看，其出現(xiàn)電流全天處于不平衡狀態(tài)，在用戶用電比較集中的早、中、晚3 個(gè)時(shí)段，相電流差值最大可達(dá)120 A，不平衡度超過140%，變壓器偏載情況十分嚴(yán)重，電流曲線見第46 頁圖3。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地勘測，應(yīng)用本方案后相間負(fù)荷不平衡得到極大改善，本方案應(yīng)用后電流曲線見第46 頁圖4。

案例2：萬城華府位于山西大同市西南部，共有居民和商業(yè)用戶549 戶，20 個(gè)分支箱，每日用電量在3 000 kW·h 左右。該臺區(qū)線損較高，維持在15%左右，平均每日損耗電量450 kW·h。臺區(qū)串?dāng)_嚴(yán)重，用戶串問題嚴(yán)重，存在檔案不對應(yīng)的問題。通過臺區(qū)識別功能，發(fā)現(xiàn)戶表和原檔案有4 戶不對應(yīng)，有效地解決了串戶問題。

圖3 應(yīng)用前電流曲線

圖4 應(yīng)用后電流曲線

4 結(jié)束語

本方案貫徹“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)分析、用數(shù)據(jù)決策”的理念，深化智能電能表大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)線損自動監(jiān)測，為電網(wǎng)運(yùn)行管理提供決策支撐，有利于供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升、電網(wǎng)健康穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電力體制改革深入進(jìn)行，且電力行業(yè)公司化運(yùn)營機(jī)制的進(jìn)一步推進(jìn)和完善，對低壓臺區(qū)線損的研究有著越發(fā)重要的意義。本文提出的線損精細(xì)化治理方案，通過對低壓高損臺區(qū)的治理，驗(yàn)證了其實(shí)用性和可靠性，有著良好的市場應(yīng)用前景。