低壓零線狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用

葉巨偉潘智豪傅　偉林　江王慧芳翁軍美

（1.國網(wǎng)浙江松陽縣供電公司 2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司）

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低壓零線狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用

葉巨偉1潘智豪1傅偉1林江2王慧芳1翁軍美1

（1.國網(wǎng)浙江松陽縣供電公司 2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司）

摘要：低壓配電網(wǎng)零線故障常有發(fā)生，造成巨大的經(jīng)濟損失，并帶來較為嚴重的社會影響。本文從國內(nèi)現(xiàn)狀、設(shè)計思路、設(shè)計方案、平臺概述、實踐應(yīng)用進行闡述，論證基于物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、移動APP的零線狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)的可行性及先進性，防范于未然，使用戶免遭零線燒斷造成的危害，提高低壓配電網(wǎng)運行安全性和供電可靠性。

關(guān)鍵詞：零線狀態(tài)；監(jiān)測預(yù)警；物聯(lián)網(wǎng)；云平臺；移動APP

0 引言

我國低壓配電網(wǎng)廣泛采用三相四線制，配變低壓側(cè)三相電壓對稱，中性點為零電位，三相負載平衡，中性線（零線）電流為零或很小。實際生活中，由于單相負載及用電不同時性等原因，零線上必然出現(xiàn)不平衡電流，零線電流過大，會導(dǎo)致零線過熱、跳閘、配變過熱等情況發(fā)生。

零線發(fā)熱量Q＝0.24I2Rt，零線截面一般按相線截面的50％～70％選擇，三相不平衡率嚴重、零線虛接等情況下，會導(dǎo)致零線明顯發(fā)熱、燒斷。零線一旦燒斷，配變中性點漂移，導(dǎo)致三相電壓嚴重不平衡：相電壓偏高，燒毀用電器甚至引起火災(zāi)，造成重大的人身傷害和經(jīng)濟損失；相電壓偏低，導(dǎo)致電器無法工作，嚴重影響用戶用電滿意度。同時，零線斷線還會導(dǎo)致采用接零保護的設(shè)備外殼有直接帶電危險。

因此，零線斷線的后果十分嚴重，有必要針對零線狀態(tài)進行監(jiān)測和預(yù)警，防范零線燒斷，提高低壓配電網(wǎng)運行安全性和供電可靠性。

1 研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)針對零線斷線的研究主要包括預(yù)防性措施和斷線保護兩種。

預(yù)防性措施通過零線斷線分析和對應(yīng)性做法，如增加零線截面積、增加重復(fù)接地、零線接線緊固及虛接檢查、防止零線與ABC相線錯接、零線禁止安裝開關(guān)或熔斷器、配變接地安裝合格及檢查、低壓負荷盡量平衡以及人工巡檢配變低壓側(cè)零線樁頭接地線電流等，進行零線規(guī)范化、標準化管理。但是在實際過程中，由于種種人為因素，零線斷線事故還是屢屢發(fā)生。

零線斷線保護主要包括模擬電子式相序保護器、零線斷線保護器等具體應(yīng)用。零線斷線保護器是替代傳統(tǒng)模擬電子式相序保護器的一種新型電源保護裝置，分相零(過/欠)電壓型、零地電壓型兩種，適用于配電柜內(nèi)安裝，不具備零線狀態(tài)監(jiān)測和超前預(yù)警功能。

2 設(shè)計思路

結(jié)合多年在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)一線的工作經(jīng)驗，引入先進的電力電子、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)云平臺和移動作業(yè)技術(shù)，開發(fā)一套廣域低壓配電網(wǎng)零線狀態(tài)在線監(jiān)測預(yù)警平臺，實現(xiàn)零線電流、零線溫度、ABC三相電流電壓數(shù)據(jù)的高精度采集，建立零線電流、零線溫度、零線電流增長率、零線溫度增長率分級評估模型及綜合評估模型，實現(xiàn)零線狀態(tài)評估預(yù)警，當零線事故在萌芽階段時就發(fā)現(xiàn)并進行超前預(yù)警，提醒相關(guān)人員應(yīng)對并迅速處理，防范零線燒斷，避免惡性事故的發(fā)生。

3 平臺概述

廣域低壓配電網(wǎng)零線狀態(tài)在線監(jiān)測預(yù)警平臺主要包括低壓零線狀態(tài)檢測預(yù)警終端、低壓配電網(wǎng)零線狀態(tài)檢測預(yù)警互聯(lián)網(wǎng)云平臺和移動APP軟件。

（1）遠程擴頻Lora技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)通訊采取遠程擴頻Lora技術(shù)，適用于低速率、高密度、工業(yè)級數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制。應(yīng)用LoraWAN協(xié)議棧，可輕松連接私有局域網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建低功耗廣域網(wǎng)LPWAN。

Lora技術(shù)可解調(diào)低于20dB的噪聲，確保高靈敏度、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，同時提高網(wǎng)絡(luò)效率并消除干擾，做到更長的距離和更低的功耗，同時還可節(jié)省額外的中繼器成本，從而降低整體成本。

（2）低壓零線狀態(tài)檢測預(yù)警終端

主要由采集單元、運算單元、通訊單元、告警單元組成。

采用實時三相電源和高性能鋰電池冗余供電模式，通過采集單元采集數(shù)據(jù)上傳到云平臺進行零線狀態(tài)評估預(yù)警，也支持就地分析預(yù)警。同時實現(xiàn)零線斷線告警檢測模式。

（3）低壓配電網(wǎng)零線狀態(tài)檢測預(yù)警云平臺

主要包括電網(wǎng)建模、前置通訊、零線狀態(tài)檢測評估、實時監(jiān)控、智能告警、統(tǒng)計分析和權(quán)限管理等功能模塊。

電網(wǎng)建模模塊基于可視化與GIS地理信息技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)電網(wǎng)模型的建立、維護和管理。

前置通訊模塊通過數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù)源提供的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分流，分別向云數(shù)據(jù)庫、核心業(yè)務(wù)分析模塊和監(jiān)控告警模塊輸送數(shù)據(jù)。

零線狀態(tài)檢測評估模塊從云數(shù)據(jù)庫加載低壓配電網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時接收前置通訊模塊提供的零線數(shù)據(jù)（零線電流、溫度），啟動核心業(yè)務(wù)分析和評估，得到分析結(jié)果輸送給實時監(jiān)控和智能告警模塊。

實時監(jiān)控和智能告警模塊基于可視化與GIS地理信息技術(shù)開發(fā)，從云數(shù)據(jù)庫、前置通訊模塊和核心業(yè)務(wù)分析模塊獲取數(shù)據(jù)并進行可視化展示，并對告警信息進行分流處理，發(fā)送至移動APP軟件。

權(quán)限管理主要實現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)零線狀態(tài)檢測預(yù)警的范圍管理，不同的部門和人員，可以管理和監(jiān)控各自權(quán)限內(nèi)的監(jiān)測節(jié)點。

（4）移動APP軟件

移動APP軟件可以在安卓、蘋果和微軟移動終端（智能手機、移動掌機、PDA等）上進行安裝，通過互聯(lián)網(wǎng)接入云平臺，驗證口令登錄，可以進行零線狀態(tài)的實時監(jiān)測、查詢和分析，同時支持后臺實時接收云平臺發(fā)送的零線狀態(tài)預(yù)警信息并提醒。

4 實踐應(yīng)用

選取松陽縣供電公司城區(qū)配電網(wǎng)兩個臺區(qū)進行實踐應(yīng)用及成果驗證，共安裝低壓零線狀態(tài)檢測預(yù)警終端12臺，其中2臺分別部署于臺區(qū)低壓側(cè)，剩余10臺終端按每個臺區(qū)5臺選點安裝，終端之間采取工業(yè)級Lora遠程擴頻芯片進行自組網(wǎng)通訊。

低壓配電網(wǎng)零線狀態(tài)檢測預(yù)警云平臺部署于具備滿足保密等級和水平要求的VPS云主機之上，公司領(lǐng)導(dǎo)、專職人員可通過瀏覽器、手機訪問云平臺，查詢權(quán)限管轄范圍內(nèi)監(jiān)測節(jié)點的零線實時狀態(tài)。

當某個監(jiān)測節(jié)點零線狀態(tài)異常時，云平臺推送預(yù)警信息，提醒相關(guān)責(zé)任人及時處理，避免造成惡性后果。

平臺的應(yīng)用，突破時間和空間的約束，隨時隨地掌控監(jiān)測節(jié)點零線狀態(tài)，從被動式響應(yīng)向主動式預(yù)警轉(zhuǎn)變。結(jié)合專家分析、狀態(tài)評估和趨勢預(yù)測技術(shù)，提升零線監(jiān)測技術(shù)水平，提高零線運行管理高度，提高供電可靠性和用戶滿意度，減少經(jīng)濟損失，避免用電糾紛，實現(xiàn)顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

收稿日期：（2015-11-21）