變電所電量對(duì)比系統(tǒng)分析

摘 要： 國內(nèi)目前的積分電量和電能遠(yuǎn)程抄表技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是將兩者結(jié)合起來分析并用以指導(dǎo)電能計(jì)量管理在國內(nèi)卻幾乎沒有。因此，這部分的研究有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)其技術(shù)也能對(duì)國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)空白進(jìn)行填補(bǔ)。針對(duì)某變電所的電量對(duì)比系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行分析，對(duì)電量對(duì)比系統(tǒng)的組成、工作原理進(jìn)行介紹，對(duì)電量對(duì)比系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、存在問題以及解決方案進(jìn)行分析，最后通過實(shí)例說明電量對(duì)比系統(tǒng)的作用以及運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞： 電量對(duì)比； 變電所； 遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN915?34； TM631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）12?0041?04

Abstract： In China， the available integrated electricity quantity technology and electric energy telemeter reading （TMR） technology are relatively mature， but the combination of the two to analyze and guide the electric energy measurement management is almost no precedent. Therefore， the research on the combination has important theoretical and practical significance， and the technology can fill the gaps in the correlation technologies in China. In this paper， the electricity quantity contrast system for a certain substation is analyzed， the composition and working principle of this system are introduced， and the key technology， existing problems and the solutions of this system are analyzed. The function and running effect of this system are illustrated by an instance.

Keywords： electricity quantity contrast； substation； telemeter reading system； supervisory control and data acquisition

0 引 言

在電力營銷中，電能計(jì)量管理是一個(gè)重要的組成部分。目前，隨著EMS/SCADA（能量管理系統(tǒng)/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)和TMR（遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)）系統(tǒng)在電力企業(yè)中的投入使用，使得電能計(jì)量管理有了可靠穩(wěn)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，前者通過對(duì)負(fù)荷的積分進(jìn)行計(jì)算，得到積分電量；后者能對(duì)變電站所電能表的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理和使用，通過積分電量和表底電量的比較能較好地進(jìn)行預(yù)警，使得電能計(jì)量管理水平進(jìn)一步提升。該運(yùn)行系統(tǒng)被稱為比對(duì)報(bào)警系統(tǒng)。比對(duì)報(bào)警系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，在于對(duì)積分電量和表底電量在線實(shí)時(shí)進(jìn)行“雙值比對(duì)”，從而能使得監(jiān)視實(shí)現(xiàn)全方位無死角，對(duì)于電量異動(dòng)實(shí)現(xiàn)智能型、綜合性監(jiān)控。該功能能夠?yàn)殡娏τ?jì)量消缺提供充分的技術(shù)保障，使得后者能兼顧質(zhì)量和效率，體現(xiàn)出穩(wěn)定的管理水準(zhǔn)。而比對(duì)報(bào)警系統(tǒng)既能獨(dú)立進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，也能在已有的TMR或EMS/SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè)[1?2]。

國內(nèi)目前的積分電量和電能遠(yuǎn)程抄表技術(shù)已經(jīng)各自都較為成熟，但是將兩者結(jié)合起來分析并用以指導(dǎo)電能計(jì)量管理在國內(nèi)卻幾乎沒有。因此，這部分的研究有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)其技術(shù)也能對(duì)國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)空白進(jìn)行填補(bǔ)。

1 電量對(duì)比系統(tǒng)組成

1.1 SCADA系統(tǒng)

目前，基于分層分布式結(jié)構(gòu)的SCADA系統(tǒng)在電力、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。通常情況分層分布式結(jié)構(gòu)的SCADA系統(tǒng)分為站控層、過程層和間隔層三層結(jié)構(gòu)。而用于變電站的SCADA系統(tǒng)由作為電站監(jiān)控和信息管理中心的站控層和用于獨(dú)立監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的間隔層組成，站控層和間隔層之間使用光纜或雙絞線連接，具體變電站SCADA系統(tǒng)基本架構(gòu)[3]見圖1。

SCADA系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)庫和圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)報(bào)表、分布式控制、監(jiān)控畫面以及對(duì)外通信接口等系統(tǒng)構(gòu)成。監(jiān)控畫面、數(shù)據(jù)庫和圖形組態(tài)構(gòu)成了SCADA系統(tǒng)的軟件部分，主要針對(duì)監(jiān)控畫面、分布式控制、報(bào)表以及通信和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行組態(tài)設(shè)置。

SCADA系統(tǒng)獲得變電所需的各線路電壓、電流、功率因數(shù)等各種相關(guān)數(shù)據(jù)，通過四邊形壓縮法則將數(shù)據(jù)記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫，等需要時(shí)再調(diào)取出來。電能表遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)獲得指定因素后，對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行積分計(jì)算，從而計(jì)算出指定日線路能量的傳輸情形，這被稱為是積分電量[4]。

每日的積分電量[W1]計(jì)算方法為：

[W1=0tPdt] （1）

1.2 TMR系統(tǒng)

本文研究的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)終端采用基于 GPRS 的抄表終端，其整體框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

基于 GPRS 的抄表終端采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由電源模塊、RS 485 通信適配、存儲(chǔ)模塊、以及GPRS 模塊和處理器等模塊組成[5]。

遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主站位于變電所監(jiān)控中心，維護(hù)工作人員通過組態(tài)監(jiān)控軟件控制、管理自動(dòng)抄表系統(tǒng)的全部功能。

用戶終端電能表采集用戶的用電量信息，通過RS 485通信適配接口與集中器連接， GPRS 模塊將集中器收集到的用戶的用電量信息進(jìn)行封裝與解封，通過建立好的可靠鏈路與遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主站連接。與有線通信鏈路相比，無線GPRS通信不用建設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施，可以降低硬件成本。

TMR系統(tǒng)平均每5 min通過電能量站內(nèi)終端對(duì)變電所電能表的底度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。通過對(duì)當(dāng)日0點(diǎn)和24點(diǎn)底度數(shù)據(jù)的采集和相減，電能表能夠獲得當(dāng)日實(shí)際傳輸電量的數(shù)據(jù)，將其與電壓互感器、電流互感器變比相配套后，可以計(jì)算出名為表底電量的數(shù)據(jù)[6]。每日的表底電量[W2]計(jì)算方法為：

[W2=W24t-W0tNCTNPT] （2）

式中：[W0t]和[W24t]分別為每日0點(diǎn)和24點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電量值，單位為kW·h；[NCT]為電表[CT]變比；[NPT]為電表[PT]變比。

1.3 對(duì)比系統(tǒng)

變電所電能量遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)是對(duì)一次的系統(tǒng)電能量的比對(duì)，其數(shù)據(jù)來自SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和TMR，具體架構(gòu)如圖3所示。

設(shè)定對(duì)比率[α]，對(duì)比率[α]通過采集的表底電量與積分電量進(jìn)行計(jì)算得到：

[α=W2-W1W2] （3）

式中：[W1]為表底電量，單位為kW·h；[W2]為積分電量[7]，單位為kW·h。

電能表、網(wǎng)絡(luò)和ERTU如都處于正常狀況，則日積分電量和日表底電量數(shù)值相同，比對(duì)率即為零。但一般情況下，電力系統(tǒng)運(yùn)行中存在各種干擾因素，故電能計(jì)量的準(zhǔn)確程度不會(huì)那么高，所以不同電壓等級(jí)線路上存在一定比對(duì)率，而需要對(duì)其預(yù)先設(shè)定閾值，如實(shí)際比對(duì)率超過閾值，則表明線路不處于正常狀況中，就會(huì)因此而報(bào)警，對(duì)相關(guān)部門作出提醒。

該系統(tǒng)在運(yùn)行中實(shí)際上是充分利用了SCADA系統(tǒng)和TMR系統(tǒng)的資源，它擁有獨(dú)立軟件模塊，可在專用工作站上運(yùn)用并擁有參數(shù)維護(hù)、電量對(duì)比查詢、異常情況報(bào)警燈功能。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠讓用戶通過瀏覽器查詢自己所記錄的數(shù)據(jù)，TMR系統(tǒng)有表格和曲線兩種展現(xiàn)模式。對(duì)比系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 變電所電量平衡

變電所電能量遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)在比對(duì)兩組數(shù)據(jù)時(shí)，還可以從中看出該表計(jì)參與的母線、主變情況，并提供了母線平衡開關(guān)，即在TMR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了平衡的情況下不會(huì)報(bào)警。而一旦發(fā)生報(bào)警，在系統(tǒng)自動(dòng)升級(jí)為上一個(gè)層次的母線平衡判斷，如果滿足則不報(bào)警，且默認(rèn)電能表不存在問題。按照這種方法的步驟實(shí)施如下：

（1） 對(duì)表計(jì)的日積分電量和日表底電量進(jìn)行比對(duì)，如超限則進(jìn)入下一判斷環(huán)節(jié)；

（2） 從電量系統(tǒng)中獲得母線、主變數(shù)據(jù)；

（3） 對(duì)母線數(shù)據(jù)是否平衡進(jìn)行判斷，如不平衡則進(jìn)入下一判斷環(huán)節(jié)；

（4） 測(cè)試表計(jì)所在主變的變損是否超限，如超限則進(jìn)入下一判斷環(huán)節(jié)；

（5） 測(cè)試表計(jì)所在主變上一層母線是否超限，超限則報(bào)警。

該判斷過程主要是通過建立一個(gè)流程化、快速化條件實(shí)現(xiàn)一種規(guī)范的程序處理過程。目前主控界面上顯示的報(bào)警記錄，先判斷比對(duì)率是否正常，如超限則再根據(jù)多個(gè)開關(guān)組合判斷母線是否平衡、小電量、表底電量或積分電量數(shù)據(jù)是否為零等，將所有正常項(xiàng)排除后，根據(jù)最后的記錄決定是否報(bào)警。其過程最大的缺陷在于無法顯示出報(bào)警原因是由于哪個(gè)條件未滿足導(dǎo)致的，因?yàn)槠湔w過程比較散亂。

而系統(tǒng)建設(shè)要求則是將所有判斷條件整理成一個(gè)判斷流程，這樣可以在保證診斷準(zhǔn)確的前提下提升報(bào)警事件的生成速度。它需要將母線、主變的判斷開關(guān)從所有過程中提取出來作為主考察因素，而在此基礎(chǔ)上的其他開關(guān)，可以作為輔助判斷條件。

2.2 小負(fù)荷閾值判斷

電網(wǎng)中小負(fù)荷一般不影響線路正常運(yùn)作，其運(yùn)行過程中，PI數(shù)據(jù)庫會(huì)對(duì)系統(tǒng)中各參數(shù)進(jìn)行一次如實(shí)記錄，只要存在電流和電壓，就會(huì)有其所對(duì)應(yīng)的積分電量。而電量系統(tǒng)中，由于電能表回路介入的是二次電流和電壓，小負(fù)荷時(shí)所得到的表底電量值也很小，雖然能被電能表記錄，但由于TMR系統(tǒng)有計(jì)量位數(shù)的限制，SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)較小的話不會(huì)產(chǎn)生數(shù)值，就最終不會(huì)被電量系統(tǒng)讀到，故TMR系統(tǒng)的最終顯示數(shù)值可能是零。

這種假設(shè)完全可能存在，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程中，如果負(fù)荷越小，那么越多數(shù)據(jù)可能會(huì)存在無法被記錄的情形，最終所展現(xiàn)的數(shù)據(jù)可能就無法對(duì)電能表的真實(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行反應(yīng)，最終有可能會(huì)出現(xiàn)較大情況的錯(cuò)誤報(bào)警概率。所以小負(fù)荷出發(fā)的錯(cuò)誤報(bào)警應(yīng)當(dāng)盡可能被排除。而為了排除這種情況，首先要建立一個(gè)小負(fù)荷概念。什么情況下是小負(fù)荷，當(dāng)表底電量是一個(gè)非常小的數(shù)值且積分電量小于既定值時(shí)，就對(duì)比對(duì)率判斷自動(dòng)終止，無論何種情況都不報(bào)警。而這可以使得電能表的運(yùn)行狀態(tài)能被合理區(qū)分，同時(shí)也能將其與故障狀態(tài)區(qū)別開來。故建立小負(fù)荷概念對(duì)于變電所電能量的遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步提升比對(duì)準(zhǔn)確率有著重要意義。目前，小負(fù)荷概念還沒有在電力行業(yè)中統(tǒng)一建立標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致每個(gè)單位對(duì)其都各自定義，隨著電壓等級(jí)不同，這種定義也各自區(qū)別，現(xiàn)實(shí)中因此存在許多弊端。對(duì)此，需要盡快對(duì)小負(fù)荷定義和對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)功率進(jìn)行統(tǒng)一。

2.3 引入表計(jì)狀態(tài)參數(shù)

之前提到小負(fù)荷表底電量為零時(shí)處于正常狀況，而在此之外，另一個(gè)系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)警的情況是線路泄漏電流對(duì)PI 數(shù)據(jù)庫造成的影響，該影響也會(huì)導(dǎo)致較大比對(duì)率出現(xiàn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)警。當(dāng)然，所有因表底電量為零的報(bào)警中存在不同正確的報(bào)警信息，而如何對(duì)其分析歸納，使得系統(tǒng)能更好進(jìn)行智能化判斷，這是電力行業(yè)目前需要解決的一大難題，具體如表計(jì)本體問題、ERTU 和表計(jì)通信失敗、ERTU 和上位機(jī)通信失敗等。如其被解決，將會(huì)使得變電所電能量遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)行速度進(jìn)一步加快。

與ERTU、電表廠家和電量采集系統(tǒng)開發(fā)方聯(lián)系后得知，電表運(yùn)行過程中會(huì)向ERTU傳遞自身運(yùn)行狀態(tài)中不同的參數(shù)情況，ERTU收到這些參數(shù)情況后，會(huì)將其傳遞給調(diào)度，系統(tǒng)引入該參數(shù)后就能對(duì)表底電量為零是由于什么情況導(dǎo)致的進(jìn)行正確的分析判斷，其具體情況如表1所示。通過該表可知，表計(jì)狀態(tài)參數(shù)被引入后，有助于系統(tǒng)對(duì)報(bào)警的原因進(jìn)行精確劃分，而在實(shí)際情況中，只有約75%的超比對(duì)率情況需要預(yù)警，具體觸發(fā)原因也有所不同[8]。

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析

2015年4月起在某變電站使用電量對(duì)比系統(tǒng)，對(duì)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，表底電量、積分電量以及對(duì)比率數(shù)據(jù)如表2所示。

可以看出，從4月1日起，每天的對(duì)比率極大，超過4 000%，表底電量與積分電量相差很大，用戶端的電量表的電量每天僅不到1 kW·h，這與事實(shí)情況完全不符合，通過分析認(rèn)定為用戶端的電量表出現(xiàn)故障。

通過故障排查維修后發(fā)現(xiàn)，是由于用戶端的電量表的A相、C相反接造成的電流表表底電量低，檢修人員于4月15日對(duì)用戶端的電量表進(jìn)行了維修，排除了故障，電量數(shù)據(jù)如表3所示，從15日之后的數(shù)據(jù)可以看出，排除了故障，對(duì)比率也明顯降低，在0附近，說明表底電量與積分電量相差很小。表底電量、積分電量以及對(duì)比率數(shù)據(jù)變化如圖5所示。

4 結(jié) 論

國內(nèi)目前的積分電量和電能遠(yuǎn)程抄表技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是將兩者結(jié)合起來分析并用以指導(dǎo)電能計(jì)量管理在國內(nèi)卻幾乎沒有。本文針對(duì)某變電所的電量對(duì)比系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行分析。該變電所電能量遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)是對(duì)一次系統(tǒng)電能量的比對(duì)，其數(shù)據(jù)來自SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和TMR。該變電所電能量遠(yuǎn)程比對(duì)系統(tǒng)在初期運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)一些問題，即當(dāng)遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)的三相不平衡、小負(fù)荷運(yùn)行以及表底電量為零時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷，因此針對(duì)存在的問題通過引入全所平衡、建立小負(fù)荷閾值判斷標(biāo)準(zhǔn)以及引入表計(jì)狀態(tài)參數(shù)的方法進(jìn)行解決。最后通過實(shí)例說明電量對(duì)比系統(tǒng)的作用以及運(yùn)行效果。

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