基于互联网+的低压电流监测系统的研究

丘雪娇

（国网福建省电力有限公司龙岩供电公司，福建 龙岩 364000）

0 引言

电力供应在现代生活中的作用举足轻重，近年来，随着城市化、新农村、新城镇建设的推进，用电负荷及电网规模伴随着经济发展而快速增长，各种各样家用电器的普及和应用，以及各工商业现场电机和线性电源的使用，造成低压电网中的电压、电流波形畸变、三相不平衡、功率因数低、线路线损大、末端电压低、供电质量差等情况日趋严重[1]。电力“污染”严重影响了低压配电网的正常运行和用电设备的稳定[2]。如何采用先进的技术手段，对低压配电网进行先进科学的管理，提高供电服务水平，是各级供电企业面临的一个重要课题。要想治理低压配电线路的电能质量问题，首先势必需要掌握线路电能质量问题的具体情况，包括出现问题的线路名称、具体问题（三相不平衡[3]、低电压或某相线路满负荷）以及问题程度（轻微、需要注意或严重）[4]。然而，应用传统的电工仪表和控制电器，依靠人工对电网运行状态进行监测、管理、人工计算与制作报表的模式显然无法满足实时掌握低压配网线路情况的需求。

随着电力行业综合管理业务要求的不断提高，利用计算机网络与监测系统相结合构成网络智能监控系统成为配电网监测的发展趋势[5-7]。研究低压电能质量监测平台，采用信号采集装置等设备对配电台区及线路关键点进行监测，利用GPRS通信技术，将数据进行远程透明传输，配以低压电能质量监测分析软件，将采集来的数据进行分析、存储，当发生故障或出现异常时，系统自动报警并提供精确数据，协助运维人员第一时间发现故障点并完成消缺。实现现代化、数字化的配网运行管理模式，对配电网的安全稳定运行具有重要意义[8]。

1 系统建设思路

低压电能质量监测平台是基于现有成熟的配电自动化系统和故障指示器在线监测系统进行建设，在部署低压配电在线监测系统时，综合实际需求，系统可灵活配置，可分片区的监测低压运行情况，包括各监测点的电流信息、各线路的负荷信息、各监测点的电能质量（电流不平衡度），为实现各片区低压线路的经济、可靠运行，提供直观的数据。同时也为营配调业务应用提供信息支持，如图1。

图1 低压配电在线监测系统建设构思Fig.1 Construction idea of on-line monitoring system for low-voltage distribution

2 系统设计

低压配电在线监测系统从总体结构上，可分为以下五个层次：一次设备、监控管理终端、通信体系、监控主站以及上层应用等，如图2。

图2 低压配电在线监测结构设计Fig.2 Design of on-line monitoring structure of lowvoltage distribution

其中,终端层，主要实现现场数据采集、基本数据处理等功能；根据现场条件情况，也可选配高级数据通信、管理功能，实现现场分布式管理。如智能台区管理、分布式FA功能。通信层，分现场通信及与监控主站之间的通信两个层次，现场通信可采用串行接口、现场总线、无线、载波等方式；与主站之间的通信可选择EPON、中压载波通信、无线公网通信等方式，通信方式的选择根据业务需求及现场条件而定。

2.1 信号采集终端的设计

信号采集终端主要安装于线路中关键点（如电缆分支箱、电力线路末端、大功率负荷接入点、用户关注点等），用于监测该点电流信号，通过GPRS远传至服务器主站。信号采集终端采用开口式设计，可在不停电、不断线的状态下快速检测线路电流大小，采集电参量，操作简便。采用高导磁镍钢或硅钢，线性度好、灵敏度高、稳定性好。内置SIM卡槽，支持GPRS通讯。具备微型通讯管理机，可配置接入系统设备规约。采用TCP/UDP透明数据传输的模式，支持多种工作模式。且具有智能防掉线功能，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。

2.2 主站系统设计

主站作为低整个低压配电在线监测系统的核心，主要对信号采集终端上送的数据进行分析、存储，当发生故障或出现异常时，系统自动弹出详细数据和报告，确保运维人员第一时间掌握故障信息。

2.2.1 主站系统硬件结构

基于互联网+的低压电流监测系统的部署结构如下图：

图3 低压配电在线监测系统部署图Fig.3 Deployment diagram of on-line monitoring system for low-voltage distribution

低压电能质量监测平台主站由服务器群组和工作站两大类组成。平台采用C/S、B/S混合架构，支持WEB浏览。

服务器群组包括通讯服务器、数据库服务器、应用服务器和WEB服务器。服务器群组系统采用当前流行的windows操作系统，安装TRSCADA管理平台，包括IOServer（通讯数据管理）、HisData（数据应用服务）和ISDB（实时历史数据库）三大模块。

服务器群组是Client/Server模式中的关键设备，是低压电能质量监测平台的数据核心，它的功能有：接受客户端的服务请求；存放所有的数据，包括参数配置、告警信息、操作维护记录、现场采集数据等；响应工作站的访问，返回客户端处理结果或中间数据；同时它还是系统的控制、维护、分析、统计的数据中心。

这种C/S架构极大地提高了数据的并行处理能力，可满足多个业务平台或工作站的同时访问需求，大大提高了数据的实时处理效率，工作站的数量不像以往的系统一样受到限制。比如，只要管理人员的办公电脑与服务器群组处于同一个局域网，便可安装低压电能质量监测人机界面客户端，实现对低压电能质量监测的实时访问能力。

与C/S架构相对应，低压电能质量监测的WEB服务器采用B/S架构，提供用户的Internet浏览器访问能力。使用浏览器访问低压电能质量监测平台时，可以不安装专用的低压电能质量监测客户端或插件，可以不受地理位置限制。

工作站是低压电能质量监测的主要人机界面，根据现场需求可配置成操作员工作站、工程师工作站等。

操作员工作站用于集中显示监测设备的工作状态及各类运行信息，并可实时显示各种告警信息，同时，用户的各种操作都在该工作站上完成。用户还可通过工作站进行各类数据的查询与统计；还用于进行系统权限分配和管理，进行人员、设备的管理，进行数据统计、报表等管理工作，并通过打印机打印相应的各类报表等资料。

工程师工作站用于系统参数的更改和配置。在权限许可时，它也可以充当操作员工作站，完成相同的功能。

任何与服务器处于同一个局域网的办公电脑均可通过网页或者安装客户端软件的方式接入到TRSCADA系统当中，对具备权限的用户，可对数据进行监视与管理。

2.2.2 主站系统软件结构

系统软件按照平台化、面向服务的思想搭建，如图4。

图4 低压配电在线监测系统软件结构Fig.4 Software structure of on-line monitoring system for low-voltage distribution

分布式实时处理平台封装屏蔽由于操作系统、硬件设备、数据库的差异；并提供多种通用性的服务组件，使得上层应用的设计相对独立。

2.2.3 主站系统功能设计

（1）数据处理。数据处理的主要功能是接收从采集终端上传或转发过来的模拟量信息。进行数值的合理性检查，删除不合理的实时数据，并对通道瞬间干扰或设备故障造成的数据突变能可靠滤除；同时可进行多级限值检查及变化速率检查，更新实时数据库。并具有各类数据统计的功能，包括不平衡统计、负荷统计、合格率统计等。

（2）事项与报警。系统接收处理各终端发送的SOE，形成事项描述，发布到整个分布式平台，可支持事故推图。对采集设备运行状态、现场电流数据的异常信息、操作人员的操作记录等一切需要引起管理人员注意的事件均应列入报警处理，如通信通道异常、三相电流越限、人工置数挂牌等。根据不同的需要，将报警分为不同的类型，提供画面、音响、语音、图形等多种报警方式。

（3）拓扑分析和故障研判。网络拓扑分析也称“网络接线分析”，是将网络的物理模型（结点模型）转化为数学模型（母线模型）。本系统的拓扑分析是将闭合开关和连接在一起的导线结点集合化为拓扑节点，在同一拓扑节点内的设备和导线是在同一物理点进行连接，通过说拓扑关系可以反应出电力系统各电力设备之间的连接关系和开关状态，具有完善的逻辑分析能力。以网络拓扑分析为基础，操作人员可对某一设备进行电源点追踪、供电范围分析。当电网的状态发生变化时，系统将自动启动分析，并及时更新拓扑结果。

由于电流具有流向，那么某个故障点发生故障，导致电流异常，那么该故障点和故障点上端的监测点的电流都异常。根据此原理，结合网络拓扑图，即可判断出故障位置，故障位置处于最下端的异常电流监测点。

因此，当低压电网出现故障时，采集终端监测到故障电流，形成故障信息报告，上报到主站系统，同时主站系统也收到多个采集终端上报的故障信息，经过主站对故障的分析处理，根据一定时间段内多个故障信息报告与网络拓扑分析结合，对故障发生的位置进行准确定位。

3 结论

低压电能质量监测平台采用计算机网络与监测系统相结合的设计理念，配以主流的系统功能、健全的安全措施，为电力网络监测打造一个方便、实用的平台，让运维人员快速、安全、全面的了解和掌握辖区配电线路的状态，为配电线路优化及治理提供数据基础，缩短低压线路故障研判时间，提高低压电网运行的可靠性。