基于GPRS的电网供电电压监测管理系统应用研究

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(1.国网乐山供电公司，四川 乐山 614000；2.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

电压合格率是衡量电能质量的重要指标，电压质量的好坏直接关系到电力系统的安全和经济运行，最大限度提高电压合格率是电力企业向客户提供优质服务的重要体现。根据国家电网公司供电电压监测管理网络建设要求，提出了目前乐山供电的供电电压采集分析系统，该系统可真实反映用户端供电电压合格率的实际情况，同时还能对全网电压合格率进行多角度分析，通过分析得到改进策略，从而提高电压合格率指标。

以往的电压监测装置需要人员到现场采集数据，同时采集系统软件功能软件，只能对前一日(月)各电压合格率进行统计，不具备辅助分析能力。所提出基于GPRS的电网供电电压监测系统是根据国家电网公司全面推广应用的供电电压自动采集系统发展而来，它通过GPRS数据传输将终端装置数据采集进入系统进行实时监测，并提供多种方式辅助分析，为技术人员做出相应决策改进供电电压质量提供有效依据。目前该系统在乐山供电公司应用情况良好。

1 电压无功管理现状

目前乐山供电公司已建成供电电压采集系统，通过该系统能实现各类电压监测点的监测分析，同时AVC系统已经投入运行替代了过去各个变电站的VQC装置，实现对所管辖变电站的电容器投切及主变压器档位的升降，电压无功管理进一步加强，电压合格率指标得到提升，但目前公司无功电压管理方面仍存在一些不足，主要体现在以下4个方面。

(1)主网变电站中仍存在部分无载调压变压器，电压调整的能力仍然不足。另外部分变电站无功补偿容量配置仍然不足，未遵照《并联电容器设计规范》(GB 50227-2008)要求，设置变电站并联电容器安装容量应占主变压器容量的10%～30%的规定。导致高峰时段功率因数不能满足要求。

(2)AVC系统运行可靠性较差，时常出现运行缺陷，一些变电站没有安装VQC装置，基本靠人工判断和投切，不能完全做到及时跟踪和调整。

(3)无功补偿不能做到完全就地平衡。部分变电站中低压出线功率因数偏低，一是部分配电网台区无功补偿不足，二是部分用户无功配置不足。

(4)客户需求侧无功设备管理难度较大。用户无功补偿设备普遍存在设备老旧、补偿容量不足、运行维护不当或无补偿设备的情况，这些都有待于进一步加强用电监察等管理力度。

按照相关技术规程规定，电压合格率分为城市综合电压合格率和农网综合电压合格率。城市综合电压合格率主要涵盖城区范围，农网综合电压合格率主要包含直供直管地区农村以及控股代管县公司范围。这里只研究城市综合电压合格率的分析管理。

2 供电电压电能质量基本理论

2.1 供电电压合格率理论

根据GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》(以下简称《规程》)，电压合格率是指实际运行电压在限值范围内累计运行时间与对应的总运行统计时间的百分比。对于供电电压偏值的限值，《规程》规定有以下4点。

①35 kV及以上用户电压正、负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%；②10 kV用户的电压允许偏差值，为额定电压的±7%；③380 V用户的电压允许偏差值，为额定电压的±7%；④220 V用户的电压允许偏差值，为额定电压的+7%～-10%。

2.2 供电电压监测点设置

《规程》中规定电网电压监测分为A、B、C、D 4类监测点。对于4类监测点，分别定义如下。

(1)A类监测点：带供电负荷的变电站10 kV母线电压。其中变电站正常运行方式下10 kV母线为分段运行，每段母线均设置监测点；若变电站正常运行方式下10 kV母线为并列运行，只需在一段母线设置监测点。

(2)B 类监测点：35 kV及以上专线和110 kV及以上非专线用户供电电压。其中35 kV及以上专线监测点设置在公用变电站供电母线侧；110 kV及以上非专线监测点设置在用户变电站供电母线侧；用户变电站高压侧无电压互感器， 监测点设置在公用变电站母线侧。

(3)C类监测点：35 kV非专线供电和 10 kV 供电用户电压。 其中每 10 MW 负荷至少应设一个监测点。负荷的大小为 C 类用户年度售电量与统计小时数之比，监测点应选取高压侧有电压互感器的用户，不考虑设在用户变电站低压侧。

(4)D类监测点：380 V /220 V 低压网络和用户端的电压。每百台公用配电变压器至少设两个电压监测点，不足百台的按百台计算，超过百台的按每50 台设一个电压监测点。监测点应设在有代表性的低压配电网首末两端和部分重要用户。

2.3 电网监测点合格率统计

根据《规程》相关规定，各电压监测点电压合格率(统计时间单位为分)为

(1)

根据国家电网公司相关技术规程规定：城市综合电压合格率为

(2)

式中，VA、VB、VC、VD分别为A、B、C、D类电压监测点合格率。

3 基于GPRS的电压监测系统设计

3.1 基于GPRS的电压监测装置原理

对于D类电压监测点，分别装设带有GPRS功能的电压监测装置，目前乐山公司采用的DT9系列多功能电压监测统计仪。它利用GPRS通讯方式与电压监测管理系统进行通讯。将监测仪各种参数、数据和统计结果以及运行中的信息和告警信息主动上报或者召测上报。该装置具有日(月)监测统计等功能。包括日(月)平均电压值、日(月)总谐波含有率整点值及平均值、日(月)电压合格率；日(月)电压超上限/下限累计时间和次数；日(月)电压超上限率/下限率。

表1 乐山供电公司部分D类电压监测点设备台账

目前乐山供电公司已与某通信公司签订协议，通过租用一条GPRS传输网络线路接入供电电压采集系统，并为每个监测点办理1个传输卡号(类似于手机的SIM卡)，每个点以自己的通讯编码将数据通过GPRS传输线路上传到服务器，然后进入供电电压采集系统供技术人员监测分析。

公司根据实际在部分重要的监测点设置了28只D类电压监测装置，布点在市中区、峨眉山市、五通、沙湾、夹江、井研等6区县。表1为部分D类监测点台账。

3.2 系统设计思路

根据自动采集系统设计要求，A类电压监测点数据全部由省级调度管理系统(OMS)数据接入。系统提供各监测点实际运行电压值，以及电压监测统计数据；最小采集频度不能大于1 min。B、C类电压监测点与用电信息采集系统做接口，将对应的B、C类监测点电压数据(用电信息采集系统提供的每15 min冻结的实际电压值)接入供电电压自动采集系统，作为数据展示。供电电压自动采集系统如图1所示。

根据图1所示，D类电压监测装置采集各现场终端的实时统计数据，通过GPRS传输数据至服务器，数据库服务器对这些数据进行分析，同时A、B类和C类电压监测点数据分别通过调度OMS系统和营销用电信息采集系统直接传输至供电电压采集系统中，用户只要在任意一台内网电脑即可查看电压合格率管理各类信息。

图1 供电电压自动采集分析系统设计图

3.3 软件设计思路

供电电压自动采集系统是生产管理信息系统(以下简称PMS)的重要组成部分，功能与PMS系统融为一体。系统功能以供电电压管理为核心，涵盖电压监测点管理、电压数据管理、告警事件管理、报表管理以及可视化展示等业务内容。通过采集、统计与分析功能，具有实用化应用场景和分析功能。在供电电压自动采集系统建设基础上，充分考虑后续电能质量接入、无功电压管理等方面的应用需求，系统功能应操作便捷、界面友好，符合各级用户使用习惯。

供电电压采集系统界面如图2所示，系统主要功能主要包括以下3点。

(1)电压数据监测。每5 min间隔电压监测数据；前一日(月)合格率统计数据：合格率、超上限率、超下限率、统计时间、超上限时间、超下限时间、合格时间；前一日(月)极值统计数据：最大值、最小值、平均值、最大值发生时间、最小值发生时间。

(2)装置/测点基本属性查看：包括所属单位、监测点名称、监测点电压、监测点类别、装置厂家、装置型号、通信方式、投运日期、安装地点等。装置/测点参数信息：通信参数有主站IP地址和端口有主站电话号码和短信中心号码、默认网关地址、无线通讯APN、装置地址码等以及SIM卡号。

图2 供电电压自动采集系统界面

(3)事件告警：电压越限告警事件包括越上限开始时间、越上限结束时间、越下限开始时间、越下限结束时间、越上限值；电压装置停电、上电事件包括装置停电时间、装置上电时间。

4 实例分析

目前乐山公司共有A类监测点14个、B类监测点23个、C类监测点22个、D类监测点28个，公司采用的D类电压监测仪于2013年8月份安装并投入运行，目前运行良好。

下面对乐山地区2014年1月份的各电压监测点进行分析，通过分析日报表抽取其中电压合格率波动相对大的4个点进行分析，如图3所示。

如图3所示：在金盛广场监测点，在1月4日发生小波动，当日电压合格率为93.959%，在1月7日发生一次较大波动，当日电压合格率为81.875%，随后在1月10日，电压合格率为84.445%，在1月17日，电压合格率降低为当月最低点60.00%(以上数据均为越上限时间)。

在玉皇小区监测点，1月14日，电压越下限，当日合格率为67.279%，随后在15、16、17日连续3天电压合格率都偏低(低于80%)，其他两个监测点(嘉州花城、东进路公变)分析同理。

D类监测点设置在220 V低压侧，与居民用户用电质量相关联，因此应引起高度重视。根据式(2)得知，城市综合电压合格率通过4类监测点加权计算得到，因此做好电压合格率分析工作，需要对各类指标逐一分析，可通过该系统软件得到4类监测点的电压值分析，如图4所示。

如图4所示，在各类监测中，B、C类监测点相对较稳定，当月两类电压合格率为99.95%和99.96%，D类监测点波动最大，先后在1月2、7、10、14～17、21～16日期间出现较大波动。当日电压合格率为99.21%。A类电压监测点在1月2、14～17、20～22日期间波动较大。

事实上，本月城市综合电压合格率为99.26%，其中A类监测点合格率为98.25%，B类监测点合格率为99.21%，C类监测点的合格率为99.24%，D类监测点的合格率为91.23%。

通过对2014年1月份的电压合格率分析发现，A、D类电压合格率偏低，分析发现A类电压监测点中，110 kV黄土站、井研站10 kV母线越上限时间较长，经与调度部门联系得知是由于AVC系统控制中在分片区内存在一定异常，造成10 kV母线电压偏高。而在D类监测点中，图2中分析的4个点(嘉州花城、金盛广场、玉皇小区、东进路公变)是造成D类电压合格率偏低的主要原因。经现场检查发现金嘉州花城主要是此台区居民用户三相负荷不均，使电压波动较大；而玉皇小区是居住大量外来务工人员，由于春节将至，外来人员已返乡，造成负荷偏高；金盛广场和东进路公变主要集中了商业用电负荷，晚上商户停业后负荷均将为较低，造成电压越上限。

图3 2014年1月部分监测点对比分析

图4 2014年1月各类监测点对比分析

5 提高电压合格率措施

基于GPRS的电压监测管理系统的应用，能够实现电压合格率管理工作精益化，借助该系统提出提升各类监测点的举措。

(1)对于A类监测点，开展无功优化，合理选择主变压器调压档位，及时下达变压器档位更改定值，满足系统运行方式变化的需要。已建成AVC系统的地区电网，不断提高覆盖面，在具备条件时，接入省公司AVC系统，实现全网的无功优化运行，充分发挥设备的技术优势，保证电压质量。

(2)对于B、C类电压监测点，若是电源点母线电压不合格，应对母线电压进行优化; 如果是线径过小，应加大线路线径；线路过长，应选择合适的线路通道，储备技改项目；如果用户负荷重载及过载，应加强用户负荷管理。

(3)对于D类监测点，加强配电变压器管理，对低压台区无功补偿装置加强巡视检查，对不满足自动投切无功补偿的进行整改；尽可能做到三相负荷平衡，减少电压偏移；定期检查维护配电变压器接地电阻，防止接触不良或接地电阻过大引起电压偏移，加强配电网无功规划，增加台区布点，减小供电半径。

6 结 论

结合乐山电网实际构建出基于GPRS的电网供电电压监测系统，通过对电网监测点分析合理布点，通过GPRS传输将D类监测装置数据上传到监测系统，同时将调度OMS系统和用电信息采集系统数据接入到系统中，实现了各类电压监测点完全监测管控。该系统对数据做进一步挖掘分析处理，实现构建层次分明、拓展性强的电压监测系统，为电网决策人员提供有效数据。

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