基于通用分组无线业务网络通信的新一代配电变压器监控系统

　　摘　要：阐述了建立配电变压器监控系统的意义，从计量、监测、遥信、脉冲采集、远方控制、无功投切、报警和保护、数据转发、统计分析和数据共享等方面介绍了系统的功能，着重分析了利用通用分组无线业务（GPRS）网络通信技术建立新一代配电变压器监控系统的组网方案，认为无论从组网的灵活性、系统运行的经济性，还是从技术的先进性与安全性考虑，采用专线连接方式的GPRS网络通信建立配电变压器监控系统都较采用Internet连接方式的好。
　　关键词：无线数据通信；通用分组无线业务（GPRS）；配电变压器；监控

　　Abstract:The significance of constructing distribution transformer supervisory control system is expounded, and the functions of the system are described in terms of measurement, monitoring, telesignalling, pulse collection, remote control, reactive power control, alarm and protection, data transfer, statistical analysis and data sharing, etc. The use of network communication technique with general packet radio service（GPRS） in configuring the network of distribution transformer supervisory control system is emphatically analyzed. It is indicated that as for the said purpose, the privateline connected mode has the advantages of flexible network topology, economic system operation, advanced technique and high security, and is superior to Internetbased mode.
　　Keywords:wireless data communication; GPRS; distribution transformer; supervisory control

1建立配电变压器监控系统的意义
　　随着配电网建设、改造的深入，电网监测和控制逐渐从电站和高、中压配电线路向低压用户侧深入。在整个配电网自动化体系中，配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备，是连接中压和低压的关键节点。配电变压器作为一个重要的数据节点，通过配电变压器监控终端，提供有关电力负荷、电量、电能质量、电网运行参数等重要信息。建立配电变压器监控系统的好处主要表现在以下几个方面：
　　a）有利于供电企业加强对中、低压线损的管理，为实现分压、分站、分线和分台区的线损计算和理论分析提供强有力的技术手段，同时为低压电网的安全运行分析、负荷预测、D类电压合格率监测等业务提供基础数据，是针对电力需求侧管理的一个重要工具。
　　b)作为供电企业，在进行中、低压电网设计时，对居民负荷的现状必须做到心中有数，业扩报装、系统增容、变压器布点选择等日常规划工作必须有科学的依据，这些依据可以由配电变压器监控终端来提供。
　　c)对电力系统生产部门来说，设备安全的监视是其关注的首要目标。配电变压器监控终端能检测变压器的油温或环境温度、电流越限、三相不平衡率等参数，以及缺相、停电等状况，作为安全运行的判据。
　　d)配电变压器监控终端可以从两方面优化系统的经济运行：一是用最优的方案，现场控制无功电容器组的投切，就地保持系统的无功平衡，提高配电变压器总负荷的功率因数，降低技术线损；二是自动监测、存储配电变压器的运行数据，为电力企业的一些专业分析工作（如负荷预测、线损分析等）提供数据，分别从技术和管理的角度提高运行的经济性。
　　e)《电力法》的颁布，标志着电能已经成为真正意义上的商品，窃电已经成为供电企业关注的一大社会问题。降低线损、防范窃电可直接提高电力企业的经济效益，具备计量功能的配电变压器监控系统具有防反向潮流、监视电压缺相和零相电流异常等功能，为窃电分析提供依据。
　　配电变压器监控系统作为配电自动化系统的重要组成部分，在有限的投资前提下，能全面提高配电系统的服务质量、设备的运行安全性和运行经济性，以及供电企业的管理水平，能产生良好的经济效益和社会效益。

2 配电变压器监控系统的功能
　　配电变压器监控系统将着重监视配电变压器的用电数据和运行参数，目的是收集低压电网负荷的重要基础数据，为用电管理提供科学依据，为低压线损分析、负荷管理、负荷预报等提供技术支持。
2.1计量功能
　　完成对配电变压器低压侧有功和无功电能的计量，具备国家标准规定的电子式三相多功能电能表的计量功能；同时适合于变电站关口出线、进线的有功和无功电能的计量。为分供电区域、分电压等级、分变电站、分线路和分台区统计线损提供数据。
2.2监测功能
　　实时遥测配电变压器的各种运行参数，包括有功和无功电量、三相电压、三相电流、三相有功和无功功率、功率因数、频率、油温等参数。终端数据存储时间间隔密度可设为15 min，30 min和60 min几种形式，默认为每15 min存储一个点。终端存储容量默认为2 Mbit，可存储40天的、存储密度为15 min的曲线和数据（可扩容）。
2.3遥信、脉冲采集
　　终端可接4路遥信和4路遥脉。遥信接点是无源的，终端提供遥信电源，可以对终端机箱锁具、出线空气开关、分接头位置、油位指示器等状态量进行遥信；脉冲采集为终端采集电能表的脉冲输出，并将脉冲信号转换为电量定点保存。
2.4远方控制
　　终端具备一路遥控，提供一对常开、常闭接点。当出现线路故障、用户拖欠电费等特殊情况时，可以实现出线开关的远方分合。当一相或两相电压低于154 V（可由用户设定）时即认为缺相，在设定延时（2～6s）后，输出1组5 A，220 V的接点信号，用以控制总开关或告警。
2.5无功投切
　　终端设有12组接点以控制12组电容器的循环投切，每相4组，以无功功率Q为投切依据，输出接点信号为5 A，220 V的交流电或5 A，30 V的直流电，能带动接触器。
2.6报警与保护
　　对缺相、过负荷、油温越限、遥信变位等状况设置报警标志，并输出继电器信号。该继电器的报警功能可以编程，也可以作为保护输出。上述报警标志可以由主台实时查询或由终端主动上报。
2.7数据转发
　　完成居民集中抄表系统的居民表计数据的转发，即配电变压器监控终端能通过现场总线与集抄系统的集中器相连，将集中器的数据上传到集抄主站，并转发集抄主站下达给集中器的各种命令。
2.8统计分析功能
　　根据测量量统计系统运行情况。这些测量量包括：三相不平衡率，电压合格率，三相过压、欠压累计时间，三相电压最大值、最小值及其出现时间，电压越上、下限起、止时间及当次越限极值，相标记（每日5次）；16段总有功、无功分段电量；三相电流越上限的累积时间，三相电流最大、最小值及其出现时间，电流过流起、止时间及本次越限极值（每日保存5次）；三相有功功率最大值及其出现时间，有功功率最大需量及其出现时间，无功功率最大需量及其出现时间；油温最大、最小值及其出现时间，油温的越限累计时间；15组电容的投运时间；终端供电时间；终端复位次数；总有功、无功电量。
　　统计方式有两种：按日统计和按月统计。主台可以根据统计数据生成统计报表。
2.9后台分析
　　具有对配电变压器运行情况进行统计分析的功能，如功率因数分析，电压合格率统计，变负荷率统计，负荷系数统计，三相电压、电流分析等，同时能对上述分析以年、月、日或不固定时段形成统计分析报表和曲线。
2.10数据共享
　　能与已有的系统，如用电管理信息系统、数据库管理系统（DMS）等系统接口，共享数据。

 

3 配电变压器监控系统的通信组网
　　配电变压器监控系统由供电公司主站和现场采集终端构成，总体组网如图1所示。

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　　在配电变压器监控系统中，主站和终端之间的通信组网非常灵活，选择或者变更任意一种通信方式，对主站或终端都不会造成影响，即通信网络对于主站系统和终端来说是透明的。
　　配电变压器分布广，离供电公司主站距离远，载波通信容易受到干扰、非线性失真、信道交叉调制等的影响，而光纤通信分路耦合困难，成本高，因此这两种通信方式一般都不采用。下面就常用的电话