基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统

毛王清 赵航宇 柏茂冲 张龙飞

（1.国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，江苏宿迁 223800；2.江苏云达信息科技有限公司，江苏盐城 224006）

0.引言

目前低压供配电系统的自动化监测覆盖还不够全面，只能简单粗暴地将电送出去，“送到哪了”“送的怎么样”“对方有没有收到”等问题，现有的系统（如用电采集系统、配电自动化等）还不能做到实时监测，更不能完全满足客户“电力获得感”的需求，往往是用户投诉后，我们才得知电并没有顺利地送到客户家中，传统的解决办法缺点显著，电力公司运维人员维修费时费力，还有危险性。因此，急需一套可实时监测、自动化、基于大数据技术的用电质量提升系统来协助抢修调度员快速且准确进行抢修指挥，提高电力抢修效率，缩短停电时间，减少经济损失，改善服务质量[1]。

1.项目背景

（1）现阶段我市经济发展迅速，用电需求激增。宿迁全市居民照明用电用户220万余户，全市配变仅有31000余台，配电变压器的负荷还是相对较大的。目前在农村集镇台区部分大容量配电变压器配备使用了负荷开关或空气断路器，因线路质量问题等原因导致台区发生绝缘非正常老化或被破坏产生漏电现象，就会造成TT接线系统中配电变压器接地引线及JP柜外壳带有电压且有电流通过，导致台区存在安全隐患，线损升高[2]。

（2）目前低压台区故障定点位常用的方法：1）分支线试送电；2）现场排查按杆线档距推算故障点位置；3）人工登杆排查线路。目前看来，传统方法误差较大，效率低，且耗时费力不安全。

2.基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统的设计

2.1 剩余电流监测原理

剩余电流检测原理如图1所示，图中Ia、Ib、Ic为相电流，In为中性线电流，Id为相线在a点的对地剩余电流，S为任一封闭面。根据基尔霍夫定律，流入任一封闭面S的电流有效值相量之和等于零，则有Ia+Ib+Ic-In-Id=0整理得Ia+Ib+Ic-In=Id。在正常情况下，三相电流的矢量和与N线中流过的电流大小相等，方向相反，相互抵消。如果线路绝缘劣化或其他原因导致A相线在a点产生对地电流，则在图中的S处电流互感器的线圈中将感应出与剩余电流Id大小成正比的电流，其数值大小反映了配电线路及电气设备中电流的泄露情况。

图1 剩余电流监测原理

2.2 低压用户用电质量提升系统的研发内容

基于剩余电流监测原理，可开发一套低压用户用电质量提升系统，其主要分为末端采集终端以及云端智能分析系统。末端采集终端主要包括：集中器、采集器、漏电流传感器等。该套系统的构架如图2所示。

图2 系统组织构架

2.2.1 漏电流及供电电压采集器

该采集器可用来采集用电信息。首先，它通过监视用户用电状态，采集单相用户的漏电流以及220VAC电压，接着将其与报警阀值比较，一旦超出阀值便会立即触发漏电流超限或电压掉电报警，系统进入报警状态，从而点亮用户报警灯，并同时通过电力线载波向数据集中器重复多次地发送报警信息，包括：用户号、漏电流和电压等信息[3]。

进入报警状态后，系统调用UPS继续保持运行，在收到复位命令后再次进入监视状态继续采集漏电流和电压。这样一来，采集器便会在监视状态下，再次收到轮询命令，并通过电力线载波，发送漏电流和电压数据。

考虑到失压状态下设备如何继续工作的问题，本机内部特设有UPS后备电源，就算220VAC掉电后，其内部的UPS还可以工作1min～3min，以便确保报警数据可以全部发送完毕。该采集器载波模块采用东软载波，底层自带有中继、重发2次、应答2次的功能。

2.2.2 4G数据集中器

数据成功采集之后，便要通过4G数据集中器，将同一台区的采集器所发出的数据集中后，再通过4G网络转发给远程服务器。

而每间隔一定时间，4G数据集中器就会向远程服务器发送心跳数据包，以防止被4G基站踢掉线。这样才能顺利接受服务器命令，并将命令通过电力线载波转发到本地采集器，这样，采集器才能够按照指令正确采集有效的信息。

与采集器类似，本机内部有UPS后备电源，一旦220VAC掉电，内部UPS还可以工作1min～3min，以便确保报警数据可以全部发送完毕。该4G数据集中器的载波模块也采用东软载波，其底层自带中继、重发、应答功能。

2.2.3 漏电流传感器

漏电流传感器可用于220VAC单相用电器漏电流检测，其量程范围漏电流0mA～50mA，可输出的直流电压范围是0V～5V。本开口式传感器为12V供电。

2.2.4 配套系统

该套低压用户用电质量提升系统除上面的3项硬件开发以外，还有如下的配套开发的系统软件。其主要实现以下3项功能：

（1）主动告警。该软件会实时监控所有接入系统的集中器，并实时展示集中器的各种状态和数据信息；在发生告警的时候，就会同步数据到该页面进行声光告警提示，同时会出现清除告警按钮；在手动点击清除告警前，该采集设备将会暂停采集数据和发送数据到服务器。然而在点击“清除告警”后，该集中器会再一次进行新一轮数据的采集，并发送采集到的数据到服务器，服务器一旦接受到对应的数据后，就会进行解析并实时同步数据到该页面进行实时数据的展示。

（2）高风险台区预警。通过对历史告警数据进行大数据分析，筛选出高风险台区及用户。通过此种分析方式，我们将传统工作方式由被动“抢”修转变为主动“检”修，从而从根本上解决疑难漏电台区问题，真正实现故障“未发生、先处理”，提高用户的用电安全及用电质量。

（3）实时运行数据查询。该平台为自主分析平台，它还可以根据用户用电需求主动发出轮询命令，根据所下达的命令查询特定用户的实时电流电压数据，从而实现台区用电质量的实时检查能力。

3.基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统的成果应用

本着“防患于未然”的工作态度，我司结合低压台区故障管理这一痛点问题，针对性研发出的这套软件系统，主要可应用在3个方面，分别是：失压监测、漏电监测和居民用电质量提升。

3.1 失压监测

3.1.1 用户失电监测及预警

采集器可关联用户信息并实时监测数据，因此，当用户侧电压为零后，只要通过系统的及时提醒，便可进行人性化的“主动”关怀，避免因用户侧故障而引起的投诉。

3.1.2 台区失电监测及预警

台区下的系统集中器实时收集关联采集器数据，当发生台区失压停电后，抢修人员便可根据台区内分支线路上采集器的实时数据状态，快速判断出失压区域和未失压区域。这样一来，通过系统智能研判，便可迅速找出故障节点位置，大大节省了抢修人员排查台区停电故障的时间。

3.2 漏电监测

3.2.1 用户漏电监测及预警

采集器实时收集用户侧电流并用于大数据分析，当用户电流接近危险阀值时即可发出预警信息，紧接着，供电单位就可根据上报信息对异常漏电用户进行安全提醒。

3.2.2 台区漏电监测及预警

集中器通过关联台区总保开关接口，获取总保开关漏电保护阀值。然后通过系统对台区内所有采集器获取数据进行分析，预测到台区漏电接近阀值，便可主动进行预警，提前对台区故障进行检修，避免台区跳闸。

3.3 居民用电质量提升

通过对异常漏电的大数据分析，对长期异常漏电以及频繁跳闸台区进行用电线路摸排，从根本上解决疑难漏电台区问题，提高用户的用电安全及用电质量。

4.经济性提升

该配套系统使得用户在用电质量上有了大幅提升，推动了经济性的提升，主要体现在以下3点：

（1）通过对客户用电的实时监测，可及时获取异常停电信息，从而减少用户投诉。

（2）大大缩减人工排查故障的时间，有效的提高了台区检修工作效率。

（3）通过AI预警功能，提前预知有停电可能的台区，及时实现故障“未发生、先处理”。

5.总结

应用该基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统，可实现用户用电故障的主动快速抢修、电流的实时预警，从而减少送电不到位事件的发生；同时，这对于保证线路安全，快速查找漏电流故障点也有着极其重要的支撑作用。提高了企业的供电服务水平和客户满意度，减少了95598的投拆工单和服务压力。准确判断故障中的潜在风险和安全用电风险户，及时告知用户消除故障，全面降低由于用户设备安全给供电线路设备带来不安全的风险。