低压零线状态监测预警技术研究及应用

叶巨伟潘智豪傅　伟林　江王慧芳翁军美

（1.国网浙江松阳县供电公司 2.南京德软信息科技发展有限公司）



低压零线状态监测预警技术研究及应用

叶巨伟1潘智豪1傅伟1林江2王慧芳1翁军美1

（1.国网浙江松阳县供电公司 2.南京德软信息科技发展有限公司）

摘要：低压配电网零线故障常有发生，造成巨大的经济损失，并带来较为严重的社会影响。本文从国内现状、设计思路、设计方案、平台概述、实践应用进行阐述，论证基于物联网、云平台、移动APP的零线状态监测及预警技术的可行性及先进性，防范于未然，使用户免遭零线烧断造成的危害，提高低压配电网运行安全性和供电可靠性。

关键词：零线状态；监测预警；物联网；云平台；移动APP

0 引言

我国低压配电网广泛采用三相四线制，配变低压侧三相电压对称，中性点为零电位，三相负载平衡，中性线（零线）电流为零或很小。实际生活中，由于单相负载及用电不同时性等原因，零线上必然出现不平衡电流，零线电流过大，会导致零线过热、跳闸、配变过热等情况发生。

零线发热量Q＝0.24I2Rt，零线截面一般按相线截面的50％～70％选择，三相不平衡率严重、零线虚接等情况下，会导致零线明显发热、烧断。零线一旦烧断，配变中性点漂移，导致三相电压严重不平衡：相电压偏高，烧毁用电器甚至引起火灾，造成重大的人身伤害和经济损失；相电压偏低，导致电器无法工作，严重影响用户用电满意度。同时，零线断线还会导致采用接零保护的设备外壳有直接带电危险。

因此，零线断线的后果十分严重，有必要针对零线状态进行监测和预警，防范零线烧断，提高低压配电网运行安全性和供电可靠性。

1 研究现状

目前国内针对零线断线的研究主要包括预防性措施和断线保护两种。

预防性措施通过零线断线分析和对应性做法，如增加零线截面积、增加重复接地、零线接线紧固及虚接检查、防止零线与ABC相线错接、零线禁止安装开关或熔断器、配变接地安装合格及检查、低压负荷尽量平衡以及人工巡检配变低压侧零线桩头接地线电流等，进行零线规范化、标准化管理。但是在实际过程中，由于种种人为因素，零线断线事故还是屡屡发生。

零线断线保护主要包括模拟电子式相序保护器、零线断线保护器等具体应用。零线断线保护器是替代传统模拟电子式相序保护器的一种新型电源保护装置，分相零(过/欠)电压型、零地电压型两种，适用于配电柜内安装，不具备零线状态监测和超前预警功能。

2 设计思路

结合多年在电力系统配电网一线的工作经验，引入先进的电力电子、物联网、互联网云平台和移动作业技术，开发一套广域低压配电网零线状态在线监测预警平台，实现零线电流、零线温度、ABC三相电流电压数据的高精度采集，建立零线电流、零线温度、零线电流增长率、零线温度增长率分级评估模型及综合评估模型，实现零线状态评估预警，当零线事故在萌芽阶段时就发现并进行超前预警，提醒相关人员应对并迅速处理，防范零线烧断，避免恶性事故的发生。

3 平台概述

广域低压配电网零线状态在线监测预警平台主要包括低压零线状态检测预警终端、低压配电网零线状态检测预警互联网云平台和移动APP软件。

（1）远程扩频Lora技术

物联网通讯采取远程扩频Lora技术，适用于低速率、高密度、工业级数据监测和控制。应用LoraWAN协议栈，可轻松连接私有局域网络和公共网络，构建低功耗广域网LPWAN。

Lora技术可解调低于20dB的噪声，确保高灵敏度、可靠的网络连接，同时提高网络效率并消除干扰，做到更长的距离和更低的功耗，同时还可节省额外的中继器成本，从而降低整体成本。

（2）低压零线状态检测预警终端

主要由采集单元、运算单元、通讯单元、告警单元组成。

采用实时三相电源和高性能锂电池冗余供电模式，通过采集单元采集数据上传到云平台进行零线状态评估预警，也支持就地分析预警。同时实现零线断线告警检测模式。

（3）低压配电网零线状态检测预警云平台

主要包括电网建模、前置通讯、零线状态检测评估、实时监控、智能告警、统计分析和权限管理等功能模块。

电网建模模块基于可视化与GIS地理信息技术开发，实现对低压配电网电网模型的建立、维护和管理。

前置通讯模块通过数据接口获取数据源提供的数据，进行数据处理和数据分流，分别向云数据库、核心业务分析模块和监控告警模块输送数据。

零线状态检测评估模块从云数据库加载低压配电网静态数据，同时接收前置通讯模块提供的零线数据（零线电流、温度），启动核心业务分析和评估，得到分析结果输送给实时监控和智能告警模块。

实时监控和智能告警模块基于可视化与GIS地理信息技术开发，从云数据库、前置通讯模块和核心业务分析模块获取数据并进行可视化展示，并对告警信息进行分流处理，发送至移动APP软件。

权限管理主要实现对低压配电网零线状态检测预警的范围管理，不同的部门和人员，可以管理和监控各自权限内的监测节点。

（4）移动APP软件

移动APP软件可以在安卓、苹果和微软移动终端（智能手机、移动掌机、PDA等）上进行安装，通过互联网接入云平台，验证口令登录，可以进行零线状态的实时监测、查询和分析，同时支持后台实时接收云平台发送的零线状态预警信息并提醒。

4 实践应用

选取松阳县供电公司城区配电网两个台区进行实践应用及成果验证，共安装低压零线状态检测预警终端12台，其中2台分别部署于台区低压侧，剩余10台终端按每个台区5台选点安装，终端之间采取工业级Lora远程扩频芯片进行自组网通讯。

低压配电网零线状态检测预警云平台部署于具备满足保密等级和水平要求的VPS云主机之上，公司领导、专职人员可通过浏览器、手机访问云平台，查询权限管辖范围内监测节点的零线实时状态。

当某个监测节点零线状态异常时，云平台推送预警信息，提醒相关责任人及时处理，避免造成恶性后果。

平台的应用，突破时间和空间的约束，随时随地掌控监测节点零线状态，从被动式响应向主动式预警转变。结合专家分析、状态评估和趋势预测技术，提升零线监测技术水平，提高零线运行管理高度，提高供电可靠性和用户满意度，减少经济损失，避免用电纠纷，实现显著的经济效益和社会效益。

收稿日期：（2015-11-21）