潘圓君, 周國(guó)華, 沈狄龍, 夏明明, 孫桂萍

(1.杭州電力設(shè)備制造有限公司蕭山欣美成套電氣制造分公司, 浙江 杭州 310000; 2.國(guó)網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電有限公司, 浙江 杭州 310000)

0 引 言

近年來,隨著低壓配電臺(tái)區(qū)逐漸融入智能電網(wǎng)后,智能電網(wǎng)開始承擔(dān)輸送生活用電的主要角色。在智能電網(wǎng)建設(shè)中,準(zhǔn)確識(shí)別低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系,對(duì)于整個(gè)臺(tái)區(qū)開展線損準(zhǔn)確計(jì)算、三相不平衡治理、反竊電、停電位置及區(qū)間判斷等精益化管理起著決定性作用。但現(xiàn)階段低壓配電臺(tái)區(qū)存在一些問題,如戶變關(guān)系錯(cuò)誤導(dǎo)致不易故障精準(zhǔn)定位及預(yù)警,影響臺(tái)區(qū)線損準(zhǔn)確性;臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡時(shí)無法對(duì)其平衡,導(dǎo)致設(shè)備壽命加速損耗;當(dāng)需要維修時(shí),未進(jìn)行有效的信息更新或建檔,導(dǎo)致后期的識(shí)別缺漏或錯(cuò)誤,造成臺(tái)區(qū)工作效率日漸低下。

為了解決該類問題,目前低壓配電網(wǎng)戶變關(guān)系的檢驗(yàn)方法主要分為兩大類。一是人工現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別,采用人工攜帶臺(tái)區(qū)識(shí)別儀巡測(cè)的方法?，F(xiàn)有臺(tái)區(qū)識(shí)別儀大多采用載波通信法和脈沖電流法。脈沖電流法指臺(tái)區(qū)識(shí)別儀發(fā)出高頻脈沖信號(hào)來識(shí)別臺(tái)區(qū)用戶,但此方法需在變壓器出線端安裝電流互感器,存在安全隱患且可控性差。載波通信法是指臺(tái)區(qū)識(shí)別儀在電力線上發(fā)送載波信號(hào),由于變壓器感抗較大,在傳輸時(shí)不能通過變壓器,因此只能在同臺(tái)區(qū)里傳輸。

另外一種方案是在線識(shí)別,例如臺(tái)區(qū)停電識(shí)別、基于戶變工頻過零序列相關(guān)性分析、基于戶變歷史停電事件記錄相關(guān)性判別等。在線識(shí)別效率高,但成功率會(huì)受到應(yīng)用場(chǎng)景的限制。文獻(xiàn)[6]提出了一種基于寬帶載波通信的戶變識(shí)別技術(shù),使用基于載波通信的報(bào)文發(fā)送接收的方法來對(duì)戶變關(guān)系進(jìn)行判別,但該方法僅考慮了同一臺(tái)區(qū)的用戶,對(duì)于不同臺(tái)區(qū)用戶的識(shí)別還有待研究。文獻(xiàn)[7]提出了一種基于HPLC技術(shù)和工頻畸變脈沖電流技術(shù)的低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系識(shí)別方法。采用低壓監(jiān)測(cè)單元(LTU)產(chǎn)生和檢測(cè)工頻畸變脈沖電流信號(hào),通過識(shí)別畸變信息實(shí)現(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系識(shí)別。文獻(xiàn)[8]提出一種基于支路有功功率的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識(shí)別方法,從可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集中找到可能性最高的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為可信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),降低拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解空間。文獻(xiàn)[9-10]分別理論并仿真分析基于高頻電力線載波測(cè)距實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別。由于高頻信號(hào)衰減大,在線路距離較長(zhǎng)時(shí)難以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)距,影響拓?fù)渥R(shí)別的準(zhǔn)確性和效率,目前該類方法還在理論研究階段,尚未有實(shí)際應(yīng)用案例。

本文介紹了一種基于特征微電流發(fā)送與接收的拓?fù)渥R(shí)別方法。通過HPLC模塊控制負(fù)載投切方式(如通斷規(guī)律),在電網(wǎng)中饋送設(shè)定規(guī)律的特征電流,在變壓器二次側(cè)或分支側(cè)檢測(cè)該頻點(diǎn)特征電流,通過拓?fù)浞治鏊惴纯蓪?shí)現(xiàn)戶變及拓?fù)潢P(guān)系識(shí)別。本方法具有通信可靠穩(wěn)定,臺(tái)區(qū)識(shí)別更加準(zhǔn)確快速,對(duì)跨臺(tái)區(qū)一次性便可確定歸屬關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)。

1 低壓配電臺(tái)區(qū)的拓?fù)渥R(shí)別架構(gòu)

低壓配電臺(tái)區(qū)包括變壓器、配電房/JP柜(第一級(jí))的斷路器、智能無功補(bǔ)償裝置、分支箱的斷路器(第二級(jí))以及終端用戶表箱(第三級(jí)),低壓配電臺(tái)區(qū)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。用電信息采集系統(tǒng)主站通過模組化融合終端下發(fā)特征電流發(fā)送命令至多芯模組化電能表,通過計(jì)量箱側(cè)、分支箱側(cè)、變壓器側(cè)各級(jí)智能塑殼斷路器及模組化融合終端采樣檢測(cè)特征電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)“變-線-箱-表”拓?fù)潢P(guān)系及相位的自動(dòng)識(shí)別。

圖1 低壓配電臺(tái)區(qū)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 特征電流原理

拓?fù)渥R(shí)別流程如下:當(dāng)主站收到拓?fù)渥R(shí)別指令后,主站給安裝有HPLC載波模塊的智能電表發(fā)送命令。智能電表接收指令并啟動(dòng)特征電流發(fā)射模組控制負(fù)載投切方式,在火零線之間產(chǎn)生一定的特征電流。在線路的相應(yīng)位置有帶交采功能的終端設(shè)備,這些終端設(shè)備會(huì)對(duì)線路上的電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣分析,記錄并上傳識(shí)別到的特征電流的時(shí)間參數(shù)。最后主站通過對(duì)所有時(shí)間參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,實(shí)現(xiàn)整個(gè)臺(tái)區(qū)的戶變及拓?fù)渥R(shí)別工作,特征電流注入與檢測(cè)示意圖如圖2所示。

圖2 特征電流注入與檢測(cè)示意圖

2.1 戶變關(guān)系識(shí)別特征電流過程

戶變關(guān)系識(shí)別特征電流的發(fā)送功能實(shí)現(xiàn)的特征電流發(fā)送流程如圖3所示。系統(tǒng)平臺(tái)向發(fā)送模塊下達(dá)發(fā)送指令,發(fā)送模塊接收指令后在電力線上產(chǎn)生特征電流信號(hào)。

圖3 特征電流發(fā)送流程

特征電流產(chǎn)生的要求:

(1) 頻率選擇:理論上頻率越大,衰減越大,滿足避開奇偶次諧波干擾的要求;

(2) 幅度選擇:單表注入百mA級(jí)電流,持續(xù)時(shí)間為s級(jí),對(duì)電網(wǎng)線損影響極小。

根據(jù)要求確定的各指標(biāo)參數(shù)詳細(xì)如下:

(1) 特征電流產(chǎn)生的發(fā)送信號(hào)頻率為783.3 Hz和883.3 Hz,具體為16位二進(jìn)制編碼:1010101011-101001。其中,碼位0時(shí),無特征電流發(fā)送,碼位1時(shí),有特征電流發(fā)送。

若負(fù)載為恒阻負(fù)載,恒阻負(fù)載特征電流碼位示意圖如圖4所示;若負(fù)載為恒流負(fù)載,恒流負(fù)載特征電流碼位示意圖如圖5所示。

圖4 恒阻負(fù)載特征電流碼位示意圖

圖5 恒流負(fù)載特征電流碼位示意圖

對(duì)于恒阻負(fù)載,發(fā)送電流信號(hào)峰值范圍為0.6～0.7 A。對(duì)于恒流負(fù)載,發(fā)送電流信號(hào)峰值范圍為0.4～0.5 A。

(2) 單次發(fā)送時(shí)間為9.6 s,即每位編碼發(fā)送時(shí)間長(zhǎng)度為0.6 s。單次發(fā)送總體時(shí)間偏差±40 ms,每位編碼允許發(fā)送時(shí)間偏差為±15 ms。

(3) 發(fā)送模塊本地存儲(chǔ)信號(hào)信息不應(yīng)低于10條,包括模塊發(fā)送狀態(tài)和發(fā)送時(shí)間,發(fā)送模塊靜態(tài)功耗不超過0.01 W,發(fā)送模塊在一次發(fā)送過程中的平均功耗不應(yīng)超過20 W。

在特征電流發(fā)送過程中,保證電網(wǎng)電壓諧波總畸變率不高于1%,奇次諧波電壓含有率不高于1%,偶次諧波電壓含有率不高于1%。

2.2 戶變關(guān)系特征電流接收過程

戶變關(guān)系識(shí)別特征電流的接收功能實(shí)現(xiàn)的特征電流接收流程如圖6所示。接收模塊實(shí)時(shí)采集電力線上的電流信號(hào),解析并識(shí)別特征電流信息,進(jìn)行戶變識(shí)別判斷。

圖6 特征電流接收流程

接收設(shè)備應(yīng)通過交采實(shí)時(shí)進(jìn)行識(shí)別,帶交采的終端設(shè)備在收到戶變關(guān)系識(shí)別命令后開始對(duì)電力線上的目標(biāo)特征碼位進(jìn)行檢測(cè),識(shí)別信號(hào)編碼為1010101011101001。帶交采的終端判斷是否成功檢測(cè)到目標(biāo)特征碼位,若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到,則根據(jù)目標(biāo)特征碼位電流的均值對(duì)被識(shí)別表的所在相位進(jìn)行判別,并將相位識(shí)別結(jié)果、識(shí)別時(shí)間保存在終端本地;若在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未檢測(cè)到,則不保存信息。

確定的各指標(biāo)參數(shù)詳細(xì)如下:

(1) 單次識(shí)別成功的信號(hào)時(shí)間跨度為9.6 s,每位編碼時(shí)間長(zhǎng)度為0.6 s。單次識(shí)別總體時(shí)間偏差±40 ms,每位編碼允許時(shí)間偏差為±15 ms;

(2) 接收信號(hào)的頻率是783.3 Hz和883.3 Hz;接收信號(hào)采樣頻率不低于4 K;接收模塊本地存儲(chǔ)信號(hào)信息不應(yīng)低于5 000條,包括模塊接收時(shí)間、特征電流所屬相位、電流大小;

(3) 變壓器互感器一次側(cè)要求:對(duì)于恒阻負(fù)載,接收電流信號(hào)峰值范圍為0.4～0.8 A;對(duì)于恒流負(fù)載,接收電流信號(hào)峰值在0.25～0.5 A;

(4) 接收設(shè)備的采樣精度要求不低于5‰;

(5) 集中器檢測(cè)范圍要求:量程不高于100 A。

2.3 識(shí)別流程

拓?fù)渥R(shí)別的應(yīng)用流程如圖7所示,具體步驟如下。

圖7 拓?fù)渥R(shí)別應(yīng)用流程圖

(1) 識(shí)別流程由主站發(fā)起,首先進(jìn)行并行識(shí)別。主站收到進(jìn)行拓?fù)渥R(shí)別指令,給智能電表發(fā)送命令,智能電表接收指令并啟動(dòng)特征電流發(fā)射模組,在火零線之間產(chǎn)生特征電流;

(2) 載波通信本地模塊端CCO啟動(dòng)并發(fā)配置,并將配置時(shí)刻送給LTU/STA;

(3) 終端對(duì)線路上的電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣分析,LTU/STA將接收到的配置時(shí)刻給到終端,終端記錄并上傳識(shí)別到的特征電流的時(shí)間參數(shù)和強(qiáng)度;

(4) 若并行識(shí)別結(jié)束,則主站啟動(dòng)梳理拓?fù)渥R(shí)別結(jié)果以及終端檔案信息,檔案信息更新完成,拓?fù)渥R(shí)別流程結(jié)束;

(5) 若步驟4未完成檔案信息更新,則主站啟動(dòng)串行識(shí)別。智能電表注入特征電流,CCO啟動(dòng)單點(diǎn)配置,并將配置時(shí)刻送給LTU/STA;

(6) 重復(fù)步驟3,檔案信息更新完成,拓?fù)渥R(shí)別流程結(jié)束。若檔案信息更新未完成,則返回步驟5直至完成。

說明及注意事項(xiàng):

(1) 時(shí)鐘同步:主站與終端之間維系系統(tǒng)時(shí)鐘;載波通信本地模塊端CCO與STA/LTU維系載波網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘;

(2) 地址意義:現(xiàn)系統(tǒng)不具備自由組網(wǎng)的條件和需求,判斷時(shí)間基于主站/終端控制的單一STA/LTU進(jìn)行特征電流注入;相互獨(dú)立兩STA/LTU之間同時(shí)發(fā)送特征電流,會(huì)導(dǎo)致誤判,若傳輸?shù)刂芬讓?dǎo)致地址錯(cuò)誤;

(3) 識(shí)別原則:拓?fù)鋵蛹?jí)逐級(jí)梳理,按照節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)綁定梳理原則,即節(jié)點(diǎn)不需要關(guān)心祖父節(jié)點(diǎn)等更高一級(jí)歸屬關(guān)系。

3 工程案例分析

3.1 農(nóng)網(wǎng)臺(tái)區(qū)試點(diǎn)

臺(tái)區(qū)試點(diǎn)情況如表1所示。某試點(diǎn)2#公變臺(tái)區(qū)共有3條分支,分支1上18塊電表、分支2上有20塊電表,分支3上有3塊電表,臺(tái)區(qū)最遠(yuǎn)的電表距離模組化終端的距離約有600 m。

表1 臺(tái)區(qū)試點(diǎn)情況表

通過現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)證,單個(gè)電能表的戶變識(shí)別只需15 s,識(shí)別成功率100%。通信可靠穩(wěn)定、臺(tái)區(qū)識(shí)別準(zhǔn)確快速。

該試點(diǎn)方案節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的精力、物力和人力。

3.2 城網(wǎng)臺(tái)區(qū)試點(diǎn)

某城網(wǎng)臺(tái)區(qū)為3個(gè)背靠背、共零臺(tái)區(qū),由于負(fù)荷切換調(diào)整,調(diào)整后計(jì)量線損檔案共97個(gè)電表用戶,負(fù)荷電流700 A以上,變壓器容量500 kVA,接近滿載,很多一個(gè)單相表帶一棟樓的情況,臺(tái)區(qū)日線損率連續(xù)幾天都在31%左右。

針對(duì)這一情況,運(yùn)用拓?fù)渥R(shí)別技術(shù)后,發(fā)現(xiàn)有8只跨臺(tái)區(qū)電表、5個(gè)分支歸屬錯(cuò)誤電表。

將計(jì)量線損檔案根據(jù)新型智能終端所采集的戶變關(guān)系更正后,日線損恢復(fù)連續(xù)正常,由原來的31%降到5%。根據(jù)識(shí)別出的準(zhǔn)確檔案調(diào)整計(jì)量線損檔案后,臺(tái)區(qū)日線損恢復(fù)正常。

4 結(jié) 語

準(zhǔn)確的低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)涫侵悄茈娋W(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ),沒有準(zhǔn)確的臺(tái)區(qū)拓?fù)?線損準(zhǔn)確計(jì)算、三相不平衡治理、反竊電、停電位置及區(qū)間判斷等精益化管理都無法準(zhǔn)確開展。

通過現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)證,基于特征電流的臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別技術(shù)相比目前的大數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)等方案,通信可靠穩(wěn)定、臺(tái)區(qū)識(shí)別更加準(zhǔn)確快速,對(duì)跨臺(tái)區(qū)一次性便可確定歸屬關(guān)系。該技術(shù)方案大大節(jié)省了運(yùn)維人員的精力、物力和人力,提高了線損計(jì)算的可靠性,保證了低壓配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。