1低壓配電網的現(xiàn)狀

1.1低壓配電網的特點

低壓配電網是指1kV及以下的配電網,直接與用電設備連接,具有分布廣、網點多、線路長及事故多等特點。據(jù)了解,農村地區(qū)的低壓配電網運行年限普遍較長,存在絕緣層老化、線路過載的現(xiàn)象,且電信、電視和電力線(簡稱"三線")相互搭掛的問題突出。

1.2低壓配電網的運行方式

我國的低壓電網大都采用的是TN系統(tǒng),主要作用如下:(1)三相不平衡情況下,三相電壓基本保持平衡:(2)當零線故障斷開時,避免單相用電設備供電電壓升高為線電壓而燒壞。但是,當發(fā)生相線故障接地或人為接地時,故障電流能夠通過大地流回中性點,會造成較大的電量損失:而且低壓電網帶接地故障運行存在極大的安全隱患,若不及時排除,甚至可能引發(fā)人身觸電事故。

所以,需要建立一套能夠實時監(jiān)測低壓電網接地故障情況,且能夠主動發(fā)出告警信號的低壓電網接地監(jiān)測系統(tǒng)自動告警裝置,使得運維人員能夠及時處理低壓電網接地故障。

2低壓電網接地監(jiān)測系統(tǒng)自動告警裝置的設計

2.1低壓電網接地監(jiān)測系統(tǒng)告警裝置的組成

低壓電網接地監(jiān)測系統(tǒng)自動報警裝置的組成如圖1所示。

2.1.1中性點接地線電流轉換單元

為方便安裝及減小對低壓配電網正常運行的影響,裝置采用一種開口式電流互感器把接地線中流過電流轉換為二次電流。

2.1.2模數(shù)轉換單元

裝置采用目前電力計量廣泛應用的單相電子表作為電流模數(shù)轉換單元。外部設備可通過Rs485接口或電力載波通信來讀取接入電子表線路中流過的實時電流數(shù)據(jù)。

2.1.3主控單元

裝置的主控單元采用sTM32F103C8T6微處理器。該MCU內部集成主頻72MHz中央處理器單元、20kB的RAM、64kB的RoM、48路GPIo等豐富的片上資源,應用所需外圍電路少。

2.1.4數(shù)據(jù)傳輸單元

裝置的數(shù)據(jù)傳輸單元主要包括兩部分:第一部分是主控單元讀取電子表的數(shù)據(jù),主控單元通過Rs485接口讀取電子表數(shù)據(jù):第二部分是主控單元發(fā)送告警信息到運維人員手機和更新遠程服務器數(shù)據(jù),這部分的數(shù)據(jù)傳輸主要通過GPRs模塊來實現(xiàn)。

2.1.5人機交互單元

為了便于運維人員使用,裝置還具備良好的人機交互單元。人機交互單元包括輸入及輸出兩部分,輸入主要是一塊4×4的矩陣鍵盤,輸出主要是一塊128×64像素的oLED屏。

2.2數(shù)據(jù)處理

2.2.1讀取及解析電流數(shù)據(jù)

主控制器與電表之間的通信內容是基于《多功能電能表通信協(xié)議》(DL/T645一2007)的主站請求幀及從站應答幀。一幀數(shù)據(jù)主要包括電能表的邏輯地址、控制碼、數(shù)據(jù)域等內容。

主控接收到電子表發(fā)送的從站應答幀后,首先計算校驗碼是否一致,如果不一致則接收錯誤,停止解析:然后判斷數(shù)據(jù)域中的標識是電流應答幀還是電壓應答幀:最后,提取應答幀中的數(shù)據(jù)部分字節(jié)。

2.2.2接地故障判斷

由于臺區(qū)三相不平衡使得配變中性點偏移,中性點接地線產生電流,所以流過中性點接地線的電流不一定就是故障電流。裝置在故障監(jiān)測過程中,只有滿足監(jiān)測到流過中性點接地線的電流大于設定的閾值電流且持續(xù)時間超過設定的時間才初步判斷為發(fā)生接地故障。

2.3功能實現(xiàn)

2.3.1信息輸入功能實現(xiàn)

裝置的信息輸入接口是一塊4×4的矩陣鍵盤,為減少I/o口資源的占用,矩陣鍵盤的驅動使用按鍵掃描的方法。按鍵掃描只需占用8個I/o口,4個行公共引腳及4個列公共引腳。矩陣鍵盤的原理圖如圖2所示。

2.3.2信息輸出功能實現(xiàn)

裝置的信息輸出是通過一塊128×64像素的oLED屏來顯示的,oLED顯示屏比LCD更輕薄、亮度高、功耗低、清晰度高、柔性好。oLED用來顯示裝置運行信息、實時電壓值及實時電流值等信息,為菜單選擇及參數(shù)設置提供了可視化的操作平臺。

2.3.3菜單及參數(shù)設置系統(tǒng)功能實現(xiàn)

為了裝置能夠方便地應用及維護,運維人員需要能夠設置電能表邏輯地址、手機號碼、異常電流的閾值等參數(shù)。由于需要的參數(shù)數(shù)量較多,所以需要一個菜單導航系統(tǒng)。

參數(shù)有多個位可設置,參數(shù)用一個字符變量數(shù)組來緩存每個位的值,用一個整數(shù)變量來記錄當前位的索引。

2.3.4參數(shù)固化功能實現(xiàn)

在低壓配電網長期運行的過程中,可能會發(fā)生停電事件,為了裝置停電重啟后能自動繼續(xù)運行監(jiān)測,需要對可設置參數(shù)進行固化處理。裝置的主控芯片sTM32F1系列單片機具有IAP(在應用編程)功能,可以在不拓展外部ROM的情況下把參數(shù)固化到單片機的程序存儲器FALsH存儲器中。

3低壓電網接地監(jiān)測系統(tǒng)自動告警裝置的應用

3.1裝置的安裝使用

3.1.1裝置的安裝方法

裝置整體為盒子形式,內部電路已連接完好,安裝時只需要固定裝置整體,把220V電源線并聯(lián)到監(jiān)測電能表的輸入引腳,把Rs485信號線與電能表Rs485接口的A、B端子對應連接,再插上sIM卡,連接好天線就可以開機運行了。

3.1.2菜單導航及參數(shù)設置

屏幕顯示的窗口分為信息顯示主窗口、菜單選擇窗口及參數(shù)設置窗口,三個窗口之間可通過按鍵來切換。信息顯示主窗口主要顯示GPRs模塊的信號狀況、實時電壓值、實時電流值等。在主窗口界面按下任意鍵即進入菜單選擇窗口,在菜單選擇窗口可通過"向上"或"向下"按鍵高亮菜單項目,即預選菜單項目。按下"確認"按鍵即進入所選項目的參數(shù)設置窗口,按下"退出"按鍵即返回信息顯示窗口。在參數(shù)設置界面,可通過"向上"或"向下"按鍵高亮選擇要設置參數(shù)的位,可通過按鍵1~9設置位的值。再次按下"確認"按鍵,所設置的參數(shù)被保存引用:按下"退出"按鍵則不保存,返回菜單選擇界面。

3.1.3信息發(fā)送

參數(shù)設置完畢后,可以在菜單中選擇發(fā)送一次測試短信,測試短信即發(fā)送到系統(tǒng)設置的手機號碼。如果設置的手機號碼能夠收到測試短信,則說明裝置已聯(lián)調成功,可以開始進行低壓配電網接地故障的不間斷監(jiān)測。當監(jiān)測電能表監(jiān)測到的電流超過閾值電流并且持續(xù)時間超過設置時間時,裝置會立即發(fā)送告警短信到系統(tǒng)設置的手機號碼。短信內容顯示監(jiān)測電能表的邏輯地址及當前監(jiān)測到的電流值。

3.2裝置的作用

通過表1比較可知,監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)的方法更智能、高效。

3.2.1減少資源損耗,節(jié)能環(huán)保

接地電流注入大地,將造成電能損耗,并對大地加溫,形成電污染。電能損耗會隨著相線故障接地時間的延長而增加,應用本裝置后能及時發(fā)現(xiàn)相線接地故障并及時消缺,減少資源的浪費。

3.2.2快速查處一火一地竊電行為

一火一地竊電者是通過打接地極,通過大地形成回路,從而實現(xiàn)繞過計量裝置用電。竊電行為持續(xù)的時間越長,對供電企業(yè)造成的經濟損失越大。通過監(jiān)測接地電流,結合低壓用戶日抄見電量分析,可迅速鎖定竊電對象,有利于反竊電工作開展,維護社會公平。

3.2.3安全事故的預控

當發(fā)生低壓配電網帶相線接地故障運行時,存在極大的人身單相觸電安全隱患,所造成的后果極其嚴重,若及時發(fā)現(xiàn)并消缺,可以避免人身觸電事故的發(fā)生。

3.2.4確保低壓網的穩(wěn)定運行

當發(fā)生低壓電網相線接地故障時,會造成某相帶故障運行,影響低壓電網的電壓質量:若處理不及時,出現(xiàn)不同相線同時接地,低壓電網的電壓質量將進一步下降。

4裝置的應用前景

本裝置適用于采用中性點接地運行方式的低壓配電網,具體包括:(1)對低壓配電網進行專業(yè)管理。通過在線監(jiān)測,有的放矢地對低壓配電網運行進行管理,節(jié)約了人力資源,提高了低壓配電網管理專業(yè)化水平。(2)對于低壓配電網絕緣層老化、三線搭掛嚴重地區(qū),通過低壓配電網實時監(jiān)測,能夠及時發(fā)現(xiàn)故障接地現(xiàn)象,及時消除故障點,提高低壓配電網運行的安全性和可靠性。