基于关口表节点数据监测的电量线损监测系统研究

冮若嘉，张立颖，何健宁，赵婉旭，刘婕妤

(1.国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168； 2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

近年来，随着国家经济的快速发展，全国用电量急速增长，电力供求愈发紧张[1-3]，因此对电网系统的有效监测是保证电网安全和实现不同区域、不同用电部门有序用电的重要保障，随着自动化水平的不断提高，相继开发了负荷控制系统、远程抄表系统和故障监测系统，但由于电网系统错综复杂，传统的电量监测、数据统计系统受到数据采集、信号传输以及数据分析处理等多个环节的问题制约，造成系统监测的实时性不强，可靠性不高[4-5]。

线损率是衡量电网结构与布局合理性、衡量供电企业经济指标的重要标准，不同区域变压器端与变电站端的电能数据提取是分析线损率和实现不同线路故障识别的重要前提，传统的通过人工抄表获取电量信息的方法容易造成数据的错记和漏记[6-7]，而现有的关口表数据采集虽然实现了自动化，但其传输方式仍采用有线传输、层层统计汇集的方法，大量的中间数据统计层大大影响了信号传输和获取的可靠性和精度，因此需要采用一种更为有效的关口表电量数据采集方法，从而实现不同区域电网线损以及线路故障的有效监测。

1 关口表数据监测系统结构

为了准确测试和提取安装在变压器端及变电站端关口表的电量数据，结合无线信号传输方法，建立集现场数据采集层、信号无线传输层和上位机数据分析与处理层的关口表数据、线损及线路故障综合监测的智能系统，其总体结构图如图1所示。每个变压器的关口表端安装电量数据采集单元，电量采集单元通过串口通信与无线发射模块连接，每个无线发射模块作为电量数据采集与发射子站，每个用户端区域多个变压器关口表的电量数据信息通过发射模块与采集终端的无线收发方式进行传输，变电站端的电量数据采集方式和传输方式与用户端相同，无线采集终端通过网口传输方式与以太环网相连，上位机采用组态软件构建关口表数据、线损和线路故障监测及预警平台，PC机通过以太环网和Web界面发布功能将电量数据信息共享给其它远程客户端[8-9]，最终实现整个电网区域实时电量信息、不同线路线损及故障的实时监测、分析和存储。

2 关口表数据采集及数据传输

2.1 关口表数据采集

新型关口表普遍带有数据通信与交互功能，可通过RS485串口通信将信号传输给带有无线发射模块的数据采集单元，数据采集单元通过无线发射模块将数据传输至无线采集终端[10]，由于部分关口表数据采集模块的无线发射模块与无线采集终端的信号传输距离较远，在不增加路由节点的前提，在无线发射模块中增加功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)，从而增加了无线模块的发射功率，或者提高了模块的接收灵敏度。远距离无线模块系统框图如图2所示。

2.2 关口表数据传输

为了实现电量数据的实时在线采集与监测，分别对电量采集模块、无线发射模块与汇聚节点的程序进行设计和开发，数据的传输通过构建Zigbee协议栈，该协议栈具有强大的缩减功能。设备的采样时间设定为每15 s采样1次，并将单次的采样结果无线发送给采集终端。电量采集与数据传输流程图如图3所示。电量采集模块实时监测485总线上的数据采集指令，当485总线上有采集指令下发时，通过命令解析执行相关采集操作，并通过无线发射模块进行电量数据的传输，采集终端一侧利用UART0串口的中断实现温度信号的实时接收，设备上电后，Zigbee无线接收模块开始对网络进行连续不间断的监听，实时接收Zigbee无线网络中传输的数据信息，当接收到数据包后，先要验证数据包的可通过性，其方式是根据数据包的编号，根据不重复接收、重复丢弃的原则，数据包接收完成后还要进行CRC校验，之后系统将校验通过的数据包传输至UART0串口，在此过程中对接收串口的终端状态进行实时监测，确保所有数据全部发送和接收。

图1 基于无线传输的关口表数据监测总体结构

图2 远距离无线模块系统框图

图3 电量采集与数据传输流程图

2.3 线损计算及故障分析

电力网络中损耗的电能(线路损失负荷)与向电力网络供应电能(供电负荷)的百分数;线损率用来考核电力系统运行的经济性，线损率的计算方法可表示为

ΔP=[(Ps-Pe)/Ps]×100%

(1)

式中：ΔP为线损率；Ps为变电站端变压器关口表电量；Pe为用户端变压器关口表电量。

电力网络中，一旦某一线路的线损突然增加，说明该线路出现故障，需要对该线路进行重点排查和维护，因此通过监测变电站端和用户端的关口表电量，可实时对电力网络中不同线路的线损和故障进行监测。

3 上位机电量线损监测平台

3.1 数据监测界面开发

上位机远程监测系统是实现不同区域电量数据及线损率集中监测的核心枢纽，本系统采用亚控组态软件以及ODBC数据库联合构建关口表、线损及故障的监测系统，实时监测不同区域各节点的变压器端、变电站端的电量以及线损率，利用组态软件的画面设计功能构建数据查询界面、曲线查询界面、数据报表、节点分布图等多个功能，为上位机人员提供全面的监测数据信息，保证工作人员对不同区域各节点的电量数据信息、线损信息及故障信息进行实时监测和统计，数据存储功能可实现对电量数据信息、故障信息的实时存储和调用，关口表数据监测组态界面如图4所示。

图4 关口表数据监测组态界面

3.2 Web界面全局发布

组态王软件内置有Web界面全局发布功能[11-12]，能够对监测到的电量数据信息进行实时、同步的在线全局共享和网络共享。基于关口表节点数据监测的电量线损监测系统的Web界面发布全局共享结构如图5所示。

图5 监测系统Web界面共享网络图

监测系统的Web界面全局共享网络采用B/S框架结构，以构建的基于关口表节点数据监测的电量线损监测系统为核心，利用Internet网络或局域网络将系统的监测界面共享给其它技术人员及部门，不同部门和技术人员根据自身的权限等级可获悉不同程度和范围的系统数据信息，对于数据统计科室，设定权限较低，主要权限为对数据、曲线的监测和历史信息的查询；对于安全部门，权限等级为中级，除了基本数据查询权限外，还可以对设备的运行状态进行实时监控；而对于技术管理部门，权限等级为高级，可通过Web界面对监测数据的限值等参数进行修改设定[13-14]。监测系统Web界面发布的实现提高了数据信息的全局共享能力和可视化程度，进一步完善了电网系统的数据监控布局。

4 结束语

提出了一种基于关口表节点数据监测的电量线损监测系统，通过电量监测装置对各节点关口表电量数据进行实时监测和提取，通过无线传输装置汇集到采集终端，在远传给上位机远程监测系统，上位机通过数值分析计算得到不同供电区域的线损量，进而间接分析不同线路的线损率和故障特征，同时采用Web界面发布功能实现监测数据和故障状态的实时全局共享，系统的监测性能良好，实现了不同供电区域线损量及线路故障的实时在线监测，可对实现电网系统的无人化监测、提高故障检测精度、准确计算线损率提供参考。