1 配电网无功补偿简述
城市配电网具有负荷密集、负荷电流大、日负荷变化大等特点。城市电网经过改造后，城市配电线路的主干线路一般不长，但所带的10kV配电变压器较多，一般每隔200～300m就装有一台配变，配变容量较大。对城市配电线路来说，由于线路所带的配电变压器很多，配电变压器所固有的空载无功损耗就很大，再加上重负荷时的漏磁无功损耗和用户的无功消耗，导致线路功率因数偏低。如果不进行适当合理补偿，配电线路和配电变压器产生的电量损失非常可观，将直接影响配电网自身运行的安全性和经济性。从用电需求侧用户终端角度看，随着配电网用电容量的增加，用户家用电器负载不断增加，使城市配电网公用变低压侧功率因数较低。过低的功率因数导致公用变低压侧线路损耗大，供电电压指标不能满足用户要求。用电高峰期，可能出现用户末端电压远低于国家标准，而用电低谷期，用户末端电压又远高于国家标准，不仅造成电能浪费，而且影响用户端设备的使用寿命。因此，在公用变低压侧进行无功功率补偿已成为目前提高供电水平、降低无功损耗通用做法。
从电源供应侧角度看，整个电网的无功潮流分布不平衡，影响到用户供电质量及可靠性，对配电网自身运行的安全性和经济性造成影响。若配电网无功电源容量不足，系统运行电压将难以得到保证。由于配电网用电容量的增加，对配电网无功要求也相应增加，此外，配电网的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了配电网传输能力，并引起损耗增加。
但由于安装在配电变压器低压侧的无功补偿设备数量庞大，单靠班组的人力资源无法开展无功补偿设备的运行维护，导致无功补偿设备较多处于损坏或不运行的状态，无功补偿运维管理存在以下几方面问题：
1.1 缺乏有效监控手段
无功补偿装置的运维管理是通过日常巡视、红外测温等进行外观检查，无法通过更有效的手段进行检测。对无功补偿装置的运行情况缺乏有效的监控手段，不能准确获取无功补偿装置的运行信息和状态。
现阶段未能实现自动获取无功补偿设备的运行数据，不能掌握无功补偿数据，对无功补偿只能通过自动化系统台区有功功率、无功功率、功率因数等数据进行分析。
部分重负荷、大容量台区未安装无功补偿装置，或无功补偿装置存在故障未能发挥作用，导致用电高峰时期台区无功不足。由于缺乏有效的监控手段，公变低压无功补偿装置的运行状态、投退状况难以掌握；投切整定值均有厂家出厂缺省设置，未按现场实际符合要求进行调整，难以发挥作用。
1.2 无功补偿装置的台账管理不完善
部分运维单位对无功补偿装置的台账缺乏有效的管理，台账更新不及时。部分单位资产管理系统不够完善，设备台账模块没有无功补偿装置的相关数据，仅有手工记录电子文档资料，需要系统支持对数据进行完善更新。
1.3 运维工作不到位
（1）供电所设备维护人员巡视维护工作不够到位，部分台区因为封堵不够严密，让小动物进入无功箱内，进而破坏设备。
（2）目前配网无功补偿装置内并无通信能力，在设备损坏、故障时，管辖所发现不够及时，对无功补偿装置的巡视力度明显不够。
（3）无功设备厂家较多，运维管理不便，且发现设备异常后修理周期过长。
因此，为加强无功补偿设备运行管理，通过建设配电网低压无功补偿设备运维管理系统，能有效解决低压配电网无功补偿的运维管理存在的问题，可以实现无功补偿设备在线监控，及时发现设备异常状态，提高供电所设备维护人员巡视管理效率。
2 配电网低压无功补偿设备运维管理系统建设方案
2.1 运维管理系统建立的优势
“6+1”运维管理系统对已有数据进行二次利用，增加了必备的监测数据，从“设备全生命周期运维管理”角度研究开发一套面向配网设备管理人员的配网设备综合运维管理系统，以提升配网管理人员的配网设备运行维护管理效率。具体优势体现在：
（1）“6+1”系统已有的数据直接读取、或者二次汇总分析，不须重复录入或者添加相同的监测设备。
（2）能显示配电设备资产的台账资料、运行状态数据，并能够对异常情况发出提示。
（3）增加配电设备的温度、湿度数据在线监测功能，并能够对异常情况发出提示。
（4）基于上述配电设备属性及运行系统数据，提供适合配网管理人员需要的管理功能，例如设备定检计划、设备使用统计、配变重载/轻载统计报表、高损耗配电比例及报表等。
（5）系统提供APP软件（安卓、IOS）、WEB界面管理界面。
（6）系统支持数据报表生成及导出，报表类型支持根据管理需要进行预设计。
2.2 方案设计
本项目需要三相多功能电表、电流互感器和光电通信模块，支持RS485通信，通信协议为标准MODBUS-RTU。本系统采用云平台服务架构，终端使用设备为移动设备，如手机、平板，支持IOS和Android系统。智能监测终端与服务器的传输方式以2/3/4G无线传输为主，辅以有线网络作为补充。
该系统中数据采集终端从进线柜、变压器等设备中采集用能数据，以Modbus等方式传递到数据网关（数据传输单元DTU）中，数据网管内部转换为TCP/IP协议，通过互联网传输到平台服务器，平台对数据验证、存储、转换，最后转换各种电能数据以图形化的方式呈现给用户。具体实现原理如图1所示。
图1 系统运行原理
3 配电网低压无功补偿设备运维管理系统架构与应用功能
3.1 系统架构
以下介绍配电设备能效运维管理系统的通用部分功能及调试指标、指引。运维管理系统架构如图2所示。
图2 运维管理系统架构
3.2 现场采集终端
现场采集终端包括监测表和数据网关。监测表采集设备运行过程中三相电流、电压、有功功率、有功电度、无功功率、无功电度、有功功率因数、频率、总谐波含量等150多项监测因子（具体根据型号而有不同）。数据网关通过GPRS或其他通讯方式将数据发送至数据采集服务器。
3.3 监测设备管理
监测设备管理包括监测设备的配置管理、监测项管理、虚拟表管理及监测表状态监测。当监测表离线时系统自动发信息提醒相关人员处理。
3.4 数据采集
通过TCP/IP协议接收数据网关上传的数据，根据规约将数据解释为结构化数据，校验数据质量后存储到大数据系统。系统自动定期检查数据是否缺失并自动发送命令到数据数据网关进行数据补录。
3.5 数据分析转换
根据原始数据实时生成各种分析数据和虚拟数据，以提高能效数据分析的效率。分析数据的时间维度包含小时、日和月，分析维度包括最大值、最小值和平均值。系统自动定期检查数据完整性和合理性。
3.6 预警监控
所谓预警就是指在灾害或者其他危险发生前，依据以往的工作经验和灾害危险的发生规律对发生的可能性进行评估，若危险系数较高，则需要向相关部门发送报警信号，通知调度部门予以处理，从而有效避免危害的发生，控制危险的影响范围。预警监控主要包括标准化预警规则管理、客户化预警规则管理、预警运行、预警日志查询。
3.7 能效数据分析
能效数据分析目前集成多个数据展现分析功能，并预留扩展接口实现其他分析管理功能。能效数据分析分网页版以及手机版。通过对监测数据进行汇总、分析，帮助企业对耗能设备进行安全监控、对企业能耗进行有效的监控管理；发掘能效优化空间进而降低耗能成本、发现设备运行隐患并进行治理，从而提高系统运行可靠性。
3.8 监测设备安装调试工具
安装人员通过PAD可以方便地进行监测设备调试，确保保监测设备正确安装和数据正常采集。
3.9 应用功能
（1）在线监测。实现对中低压配网系统的基础设施、配电线路、设备的运行参数、设备运行状态进行实施在线监测，绘制生成配网单线图，并对异常状态及时进行报警。
（2）能源统计。通过多种分析与评价手段，实现对运维范围的配电线路设备的能源消耗量进行统计与分析，帮助管理人员详细掌握各配电回路的用能数据。
（3）配电分析。从配网设备、出线的用电负荷率、变压器负载率、供配电线路线损、电能质量等多个角度实现对中低压配电系统进行专业的分析与诊断。
（4）用能管理。结合能源成本中心的产量数据和能源数据，建立能耗模型，可由用户设定各设备或线路的能耗限额，系统将实现实时的报警管理，充分挖掘节能空间。帮助运行人员实现各设备、回路的运行监测，不断提高能源使用效率。根据需求，亦可以提供定制功能，由生产人员录入或者从“6+1”系统获取设备信息，由系统自动与现场监测数据、现场运维数据结合，帮助管理单位实现数据化的能源和设备管理。
（5）需求侧管理。结合需求侧管理规范、规定，可以帮助配网运行部门进行：设备/负荷分级、可中断负荷管理、需求侧响应管理和能效电厂管理。本功能也可以帮助售电公司、售电客户调整、优化己方负荷曲线。
（6）手机APP。能管在线APP，实现维护范围内的配网线路、设备的设备参数，在线监测数据、能源成本统计分析、设备告警信息推送等功能。支持Andriod系统、IOS系统。
4 结语
综上所述，配电网低压无功补偿设备运维管理系统的建立和应用减少了日常运维工作量，也提升了设备运行维护的安全可靠。其中，无功补偿设备运行网管理是电力系统运维、巡视组织活动中的关键环节，所以，在无功补偿设备发生故障时需立即处理，准确判别故障类型，及时隔离故障，从而保证配电网运行功能正常，为提升经济效益奠定基础。
参考文献
[1]沈彦君．低压配电网无功补偿设备故障在线监测系统应用研究[D]．广州：华南理工大学，2012.
[2]翁志杰．试析低压配电网线损率高的原因及解决措施[J]．中国高新技术企业，2017，（12）
[3]谢惠藩，张尧，钟庆，等．可视化配电网管理系统的编程实现[J]．中国电力，2006，（8）.
收稿日期：2017-11-12
作者简介：何奕枫（1982-）男，广东河源人，惠州供电局工程师，研究方向：设备管理。
