（梅州城区供电局 广东梅州 514021）
摘要：电网系统的快速发展，配网设备急剧增长，同时带来的运行维护压力也成正比的在增长。现有的自动化监测系统大多是针对10kV线路进行设计，并已经可以实现中压系统运维的“三遥”管理，但是0.4kV低压配网的监控状态，仍处于简易的首末端电压监测以及台区整体负载信息监测，并不能对整个低压配网的健康状态进行一个分析及预警。因此，本文结合实际的工作经验，对0.4kV低压配网健康状态在线监测系统的应用进行分析，对电流、电压以及温度等数据的采集与分析，以达到对低压配网健康状态的有效在线监测及分析。
关键词：0.4kV低压配网；健康状态在线监测；载波；大数据。
一 引言
在电网系统的迅速发展的背景下，配网健康状态在线监测是一种结合现在电子技术、计算机技术和通讯技术等技术模式，从大数据的角度出发，在巨量的有效反馈数据的对比下，对有效反馈的运行数据进行阈值的筛选分析，从而判断0.4kV低压配网健康状态的一种手段，也是更进一步地对0.4kV低压配网进行宏观上的了解，达到运维人员所需的诊断需求。
二 现有环境背景
现有的低压监测系统，主要是针对变压器低压线路的首末端进行监测，从而分析低压线路的运行电压质量。而在低压线路中，影响电压质量的因素有很多种，包括低压线路的覆盖范围，低压线路的线径大小（载流量），线路的负荷情况，用户挂载设备的用电性质，T接点的接触是否良好等，都会造成线路的电压不稳定。
电压监测分为主动监测与被动监测，主动监测，是在线路末端安装电压监测仪器，主动监测低压线路的电压变化情况；而现有的被动监测，是因出现电压异常反馈，运维人员到现场测量电压。主动监测存在的问题是，布点少，而且局限于无线通信，监测仪会出现上线率低的情况；被动监测，则因为影响电压变化的不确定因素，无法测量出电压的变化情况，从而影响了低压线路运作状态健康分析的准确性。
除了对电压的监测外，低压配网健康运行还有电流、温度因素的影响，包括有主干线、支线的运行电流，线路接口的运行温度等。从运行维护的角度来分析，这两个数据可以应用于低压配网改造分析以及日常故障预警等方面。但是现有的监测设备，并未对该方面进行着重采集，那么也就无法对整个0.4kV低压配网的健康状态进行一个监控与分析。
三 低压配网健康状态在线监测装置的设计
本论文的研究方向就是将监测器简易化，同时增加监测器的监测功能，增加监测器的覆盖范围，从而扩大低压线路的电压监测面，可以对低压线路进行长期监测或短期监测，并通过现有的载波技术，将监测点的线路电压质量数据发送至主站，通过系统对线路进行实时的或周期性的对比，根据监测数据变化特性分析线路的运行状态，用科技手段将低压配网线路的健康信息通过数据分析进行科学的、快速的、准确的判断。
3.1 载波技术
在通信技术上，载波是由振荡器产生并在通讯信道上传输的电波，被调制后用来传送语音或其它信息。载波频率通常比输入信号的频率高，输入信号调制到一个高频载波上。现有的载波技术已经大面积的应用在了低压电表集抄的运用上，已经代替了传统的通信传播通道。通过集中器对管辖范围内载波数据的统一采集，将通信传输技术只保留于集中器与主站之间，台区的数据传输载体由低压配网的导体（架空导线、电缆）担任。
载波通信技术支持中国电力线载波专用频段(3-500KHz)，采用OFDM调制通信技术，36个子载波，通信频率360kHz, 载波通信带宽54kHz，具备时域交织算法、具备RS码与卷积码、AES128加密等机制，采用动态路由组网技术，实现智能中继、自适应线路负载阻抗变化、智能计算选择通信路径。
3.2 电压数据采集模块
（1）在监测器模块当中加入硬件交流电压取样电路，其中包括电源回路及采样回路；
（2）单周期高达320个点的采样值，高频的采样数值以保证数据分析的有效性；
（3）实时计算交流电压的有效值；
（4）模块窗口LED显示，用于现场数据核对校验。
3.3 电流数据采集模块
（1）CT线圈采样电流；
（2）实时计算电流的有效值；
（3）单周期高达640个点的采样值，高频的采样数值以保证适用于电缆故障在线分析。
3.4 温度测量模块
温度传感器转换数据后，经过专用的IC芯片，计算出温度值，使用SPI通信接口与MCU交互，MCU获取测试结果值。
（1）监测器采用接触式温度传感器，能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，具备-40℃～+150℃输出结果；
（2）选用14bit测试数据输出，0.25℃的分辨率；
（3）专用芯片IC，SPI数据交互接口；
3.5 数据储存
大容量的数据存储器，存储交流电压的有效值、监测器的文件检测值；安装预制的存储间隔时间，存储测试结果值到存储器中；为保证存储数据的安全性和有效性，采用多区域、冗余校验算法、动态时域管理等机制，保证数据可靠性。
（1）支持大容量数据存储，保留近2个月的历史数据；
（2）采用3个数据区动态缓存及校验算法；
（3）具备数据有效性、安全性、读写层级逻辑算法。
3.6 智能预警
（1）设备自身具备电压阀值超限预警参数，电压预警后，设备自动报警到主站管理，告知主站信息，以便及时排查故障；例如末端用户、变压器带载能力、用户线路阻抗分析、通过监控电压数据，形成记录曲线，实现对历史数据的分析，找到故障点、改造或检修相关线路。
（2）设备自身具备温度阀值超限预警参数，温度预警后，设备自动报警到主站管理，告知主站信息，以便及时排查故障；此方案用于现场负荷较大的节点，检测其物理温度是否超限，超限后可能涉及安全等问题，及时告知管理系统，现场有紧急事件急需处理。
四 低压配网健康状态在线监测系统的运行
监测装备由测温、测压、测流芯片、时间芯片、数据处理器及信号传输装置组成。监测装置同时采集温度、电压、电流、时间及IP地址数据，数据处理器将数据打包后，通过信号传输装置将数字信号用载波耦合的方式在线路中进行数据传送。监测装置主要安装在主线T接点、主线末端、支线T接点跟支线三相四线末端。每个点的监测器采集到的数据信息统一传送至线路首端集中器，集中器将每个时间节点的数据包再打包成总数据包，通过无线网络将数据上传至主站，主站将数据源进行辨识分析，通过软件能监测到线路各个点的温度、电压、电流信息。在软件上设置一个预警阈值，当某个数值触发预警后，能提前对线路状态进行分析，制定相应的方案。时间地址作为分析辅助信息，也能通过地址信息定位到预警点。
4.1工作系统框图
（1）系统主站：实现与集中器数据交换的设备；
（2）集中器：具备低压采集系统功能与监测器功能兼容，管理并与路由模块实现信息交互。
（3）监控器：具备载波通信功能、交流电压采样并计算有效值功能、温度检测功能、预警功能、时域与数据存储功能。
4.2系统主站
（1）具备与集中器或三相设备的数据交互接口，组织、管理、统计监测器设备的数据内容。
（2）根据监控器的历史数据，形成记录曲线,包含温度、交流电压值。
（3）具备不同时段选择需求数据、监测器管理参数的预置功能。
（4）接收异常数据值，例如监测器的报警信息，并提示在对应的显示框内。
4.3 监测器设备组成单元
（1）A/D采样：跟踪模拟输入信号的变化，将模拟信号转变为对应特征的数据信号输出，采用RMS值算法，实现交流电压值的测试。
（2）载波信号耦合：接收或发送电力线信道的载波信号，具备高通滤波器的特征、强弱电信号隔离、选频通信滤波电路、信号输入冗余电路。
（3）载波IC：接收状态，载波耦合电路接收的载波信号，输入到载波IC，载波IC对其解调，解析出对应的比特流数据，即一定规则的通信协议数据帧。发送状态，载波信号发送时，将对应的通信协议数据帧调制成载波信号并输出，经过驱动电路，载波耦合电路发送到电力线上，实现信号的发送流程。
五 配网主站建设
配网主站是整个配网自动化系统的监控管理中心，应完成以下功能：
（1）配电网实时数据采集与控制（SCADA）：通过终端设备和通信系统将配电网的实时状态传送到主站，在主站对配电网络进行远方监视和控制，与调度自动化类似。包括配电开关的状态，保护动作信息，运行数据等。
（2）配电地理信息管理（AM/FM/GIS）：以地理图为背景对配电设备、配电网络进行分层次管理，包括查询、统计等。
（3）配电网应用分析（PAS）：对SCADA系统采集的运行数据进行分析计算，为调度员提供辅助决策，包括：网络拓扑、状态估计、潮计算、网络重构、无功优化、仿真培训等， 配电网具有与输电网不同的特点，因此配电网应用分析的算法与能量管理系统（EMS）有所不同。
（4）与其它应用系统（如MIS系统）接口：根据生产和管理的要求，配电主站系统需要与其它应用系统交换数据，给供电企业内部其它部门提供配电网的信息。
配网主站的建设应遵循统筹规划分步实施的原则，在规划时要考虑系统的安全可靠、实用和易于扩展。配网主站管理的对象是配电线路中的设备，而调度管理的是变电所内的设备，两者结构类似，因此从投资和系统投入运行后维护管理的方便性考虑，对于县级电网宜考虑配调一体化的主站设计方案。
六 结语
通过载波技术实现低压配网健康状态在线监测，运用现有的集抄模块的技术，通过集中器采集传输，能更有效的提高并保证监测设备的上线率。在线监测低压线路的健康状态，实现低压线路遥测功能，可以提高测量的准确性，并减少人工测量的工作量及误差；对低压线路数据质量的变化进行分析，可提供后期的改造整改方向，大量数据的采集能更准确的判断及预知。
载波技术在低压线路上的应用，是低压配网自动化的一个趋势。基于载波通信方式的简易低压线路监测器广泛使用，将监测器合理布点，可以在线监测低压线路的运行状态，在线路管理及线路安全运行方面，都可以得到大大的提升，不但减少的人工测量的时段性误差，通过在线采集的数据量，根据电压质量的变化情况，也能映射出低压线路的承载能力及发展趋势，提前优化电网，保证低压线路运行的安全可靠。在0.4kV低压配网健康状态在线监测系统的应用的基础上，可以实现更多的功能，目标实现低压配网监测的全自动化。
论文作者:李灵勇,肖益平,张德昭,郭思彬,曾文杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：载波论文; 低压论文; 数据论文; 电压论文; 在线论文; 线路论文; 监测器论文; 《电力设备》2017年第31期论文;