10kV配电线路实时监测及智能分析系统的研究开发

岑建福 伍燕咏

（1.顺德供电局，广东 佛山 528300；2.佛山供电局，广东 佛山 528000）

10kV 配电线路覆盖面广，规模庞大，担负着直接面向用户配送电能的功能，其安全可靠性直接影响到企业的生产和人民生活，然而10kV 配电线路的监测手段有限，不能实时、全面地掌握配电线路及设备负载情况，直接影响线路安全、可靠运行。

1 国内10kV 配电线路监测的现状

目前，国内主要通过SCADA 系统监测10kV 线路的首端电流，对于支线电流、主干线各分段电流（除首端）处于完全没有监测的状态，这样一方面导致某些支线或某段主干线长期处于重、过载而无从所知，不能很好地对线路进行规划整改；另一方面，配网调度员不能实时监测线路负荷情况，不能及时向运行单位反馈信息，以及不能通过线路负荷的变化判断开关状态，为故障的定位提供有效的支持。因此建立一套对线路负荷情况实时监测和智能分析系统尤为重要，为10kV 配网规划、建设、改造提供依据，对提高10kV 配电线路的设备安全运行管理、提升地区供电可靠性有重要意义。

2 10kV 配电线路实时监测及智能分析系统的实施研究

2.1 对10kV 配电线路加装CT 和通信器的可行性研究

从原理上分析，要实现线路的负荷监测，必须通过安装CT、PT 对一次数据的采集、测量装置对数据的转换、通信装置对数据的传输三个环节实现。对于目前的配网现状，要实现上述3 个要素，必须进行线路改造和资金投入。按照初步计算，每个测量点安装调试、设备硬件费用不小于3 万元，按照每回10kV 配电线路平均安装8 个点计算，1 回线路需要投资24 万元，按顺德900 多回线路估算，需投资超过2 亿元。另外，按照该规模建成后，通信费、维护成本也相当巨大，在实现线路有效的监测的同时需要付出高昂的成本。因此在配电线路加装CT和通信器的实现方式不经济、不科学。

2.2 系统实施的条件

2010年，顺德局建成配网生产地理信息系统、计量自动化系统。计量自动化系统利用配变计量终端系统采集的配变负荷、电流数据，实现10kV 配电线路最底层单元的数据采集，并且终端每隔5min 向主站上送一次数据；配网生产地理信息系统利用沿布图能自动生成横平竖直的单线图，实现10kV 配电网的网络拓扑的系统显示。基于上述两个系统的开发，只要在单线图的基础上，建立适当的计算模型，从理论分析，完全可以实现在系统生成单线图上展示10kV 配电线路支线、主干线各分段电流，形成配电线路的有效监测。

2.3 系统计算模型的研究

对于电流的计算，在系统开发初期提出两种计算方法：潮流计算法和数值相加法。潮流算法包括两个阶段：①拓扑分析，形成潮流用的节点—支路模型，同时根据网络的连通状态进行分岛；②对拓扑分析得到的各个带电岛，建立潮流方程，求解网络潮流。其中，拓扑分析的基本原理是图论中的深度优先搜索和广度优先搜索遍历；潮流计算利用网络拓扑给出的节点支路模型，以及各个负荷点遥测采集得到的节点注入，计算各个节点的电压幅值、相角，以及各个支路上的有功、无功、电流分布。潮流方程即母线注入方程：

其中，ΔP为母线i有功残差；ΔQI为母线i无功残差；PGi为母线i有功出力；PDi为母线i有功负荷；QGi为母线i无功出力；QD为母线i无功负荷；VI为母线i电压；Gij为母线导纳阵元素的电导值；Bij为母线导纳阵元素的电纳值；θij=θi-θj。

从原理分析，潮流计算法更加科学、准确，但需要附加条件较多，譬如线路的阻抗、长度、变压器的阻抗等，这些数据难以在原有配网生产地理信息系统获得，不利于系统的开发与日后的推广。

数值相加法是对每个配变终端电流进行简单的数值相加，不依赖线路于配变的相关参数。经过建立计算模型分析，数值相加法与潮流计算法的计算结果基本一致，误差率小于3%，完全可以满足配网运行的要求。经过分析比较，系统的计算方法采用数值相加法。

由于配变终端采集电流方式的不同，系统对一次电流需要做相应的转换。高供高计（电压U≥5kV），计算电流I与一次电流值一致，高供低计（电压U＜5kV），计算电流I=一次电流/(10kV/0.4kV)。

2.4 系统的监测点生成的原则

监测点是为了方便监测某段线路的负载情况而设立的虚拟点。由于配电线路上配变多，网架结构复杂，如监测点选择方法不当，将造成如下两方面问题：监测点太小，不利于线路的监控；监测点太多，在单线图有限空间上显示比较凌乱，所以监测点的选择也显得尤为重要，既要兼顾监测点满足运行要求，又要兼顾单线图画面整齐清晰。基于上述原因，系统监测点选取遵循如下3 个原则是：①变电站出线的首端线段；②干线上线径发生变化的线段处；③支线上容量大于2500kVA 的支线（按现有顺德配网目前的情况，最小支线一般为YJV22-35，对应的允许载流量155A，对应的装变容量为2700kVA，小于该容量的支线没有监测意义）或多于5 台配变的支线首端。

另外，如果线路拓扑关系有变动，系统就重新自动生成该线路上的监测点。

3 系统实现的功能和意义

1）系统提供干线、支线的负荷监测功能和数据，对线路、配变的重过载情况进行闪烁、音响的报警，方便监控人员及时掌握重过载线路的运行状况，为配网线路的安全运行提供直观、有效地判断。

2）通过系统的智能分析功能，为配网的转供电和故障快速复电提供了参考依据，避免电网由于转供电原因引起线路过载跳闸，提高供电可靠性。

3）系统提供历史数据的保留和调用功能，并可生成日、月曲线，通过系统的历史查询和曲线调阅功能，清楚了解线路的负荷运行情况，为线路的改造提供有力的参考。

4 结论

目前系统已正式上线运行，系统包含负荷实时分析、负荷日志查询、负荷智能分析、负荷电压管理等4 个功能模块，使用人员登录系统，通过路径选择便能获知各线路各监测点的电流信息，通过对开关的模拟分合，能迅速掌握操作后线路的负荷变化。

综上所述，10kV 配电线路实时监测及智能分析系统有效解决配网“负荷在哪里”的问题，实现配网“一遥”（遥测）功能，为配网运行提供简单有效的技术手段，对整个配网运行水平的提升起到巨大的作用。但由于系统的基础数据来源于配变计量终端，终端的通信异常和数据采集偏差会对10kV配电线路实时监测及智能分析系统监测点数据产生直接的影响，因此，必须加强配变计量终端的维护。