電能計(jì)量設(shè)備故障在線診斷技術(shù)分析

郭 斌

（廣州供電局有限公司）

0 引言

通常，電能計(jì)量設(shè)備是指含各種類型電能表在內(nèi)的，包括電壓互感器（TV）、電流互感器（TA）及其二次回路組成的用于計(jì)量電能的裝置。它是電網(wǎng)企業(yè)（供電企業(yè)）、發(fā)電企業(yè)、用電客戶之間電能交易計(jì)量的依據(jù)，其準(zhǔn)確可靠性直接關(guān)系到各方的經(jīng)濟(jì)利益。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，重要的電能計(jì)量設(shè)備已經(jīng)采用遠(yuǎn)程、自動(dòng)抄表技術(shù)，方便了數(shù)據(jù)采集，節(jié)省了人力物力。但是，由于自然或人為的原因引起的電能計(jì)量設(shè)備故障或計(jì)量誤差，會(huì)導(dǎo)致電能計(jì)量設(shè)備失準(zhǔn)，從而影響計(jì)量的公正、公平性。目前，對(duì)電能計(jì)量設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)和檢查一般是在現(xiàn)場(chǎng)完成的。現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)主要是按周期開展的，運(yùn)行中的Ⅰ～Ⅲ類電能計(jì)量設(shè)備校檢周期為6～24個(gè)月，顯然周期內(nèi)發(fā)生的計(jì)量誤差不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和校正。另一方面，每次現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)都需要?jiǎng)佑靡欢ǖ娜肆ξ锪?，?duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)更需要支出一筆不菲的費(fèi)用，無(wú)形中也加大了校驗(yàn)成本。于2017年5月1日實(shí)施的《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》（DL/T 448—2015）第 8.2-b）條規(guī)定，供電企業(yè)宜采用電能計(jì)量裝置運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，采集其運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際上，近幾年來(lái)一些供電企業(yè)已經(jīng)試用了遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，但是目前這項(xiàng)技術(shù)仍處于探索階段[1]。本文結(jié)合目前的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)電能計(jì)量設(shè)備故障在線診斷技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 電能計(jì)量設(shè)備故障檢測(cè)方法

1.1 電能計(jì)量方式及其故障類型

電能計(jì)量有多種方式，例如，低壓?jiǎn)蜗嘤?jì)量以及低壓或高壓三相三線計(jì)量、三相四線計(jì)量等。相應(yīng)地，電能計(jì)量設(shè)備也有不同方式，例如，低壓?jiǎn)蜗嘤?jì)量設(shè)備不包含TV，小于50A的一般也不采用TA；而高壓電能計(jì)量設(shè)備則包含了電能表、TV、TA及二次回路、計(jì)量屏柜、接線盒等部分。以高壓電能計(jì)量設(shè)備為例，故障可能由電能表、TV、TA器件自身引起，也可能由于運(yùn)行中自然因素（如雷擊、過(guò)負(fù)載燒壞等）或人為（如接線錯(cuò)誤、竊電行為等）造成，一般可將故障類型分為一次側(cè)故障和二次側(cè)故障[2]。

1.2 互感器一次側(cè)故障的判別

從一次側(cè)來(lái)說(shuō)，TV一般不會(huì)出現(xiàn)短路，TA一般不會(huì)開路，因?yàn)槿绻@種情況發(fā)生系統(tǒng)就不能正常供電了，所以TV一次側(cè)可能發(fā)生的故障是線圈匝間短路或開路，TA一次側(cè)可能發(fā)生的故障是短路。TV一次側(cè)匝間短路可測(cè)量一、二次電壓，然后與無(wú)故障狀態(tài)下電壓數(shù)據(jù)比較，即可判別此種故障；開路故障可測(cè)量二次電壓判別，沒(méi)有電壓即為故障。TA一次側(cè)短路不易直接測(cè)量，但可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)阻抗變化程度來(lái)判別，短路與非短路相比，負(fù)荷變化時(shí)網(wǎng)絡(luò)等效阻抗變化更大。

1.3 互感器二次側(cè)故障的判別

對(duì)于二次側(cè)而言，TV故障主要是開路或反接，TA故障主要是反接或相間短路。測(cè)量TV二次側(cè)電壓，可判斷開路或反接故障。TA二次側(cè)反接將使電能表倒轉(zhuǎn)，相間短路將使電能表慢轉(zhuǎn)，通過(guò)與無(wú)故障狀態(tài)對(duì)比不難判別。

1.4 電能計(jì)量設(shè)備故障檢測(cè)方法

依據(jù)上述分析，按圖1設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)包括電能表出口端、TV1與TV2的二次出口端、TA1與TA2的二次出口端、TA1與 TA2的二次回路出口端。圖 1中 TA11與 TA12分別為 TA1、TA2的二次電流附加測(cè)量互感器，TA21與TA22分別為TA1、TA2的一次回路短路附加測(cè)量互感器。TV1與TV2的二次端口電壓分別為Vp1、Vp2；TA1與TA2的二次端口分別為Da、Dc，它們的電壓分別為Va、Vc；TA1與TA2的二次回路電流分別為Ia、Ic，它們的電壓分別為VIa、VIc（分別經(jīng)TA11與TA12測(cè)量）；TA1與TA2的一次回路短路測(cè)量電壓分別為VSa、VSc（分別經(jīng)TA21與TA22測(cè)量）。檢測(cè)上述各點(diǎn)電壓、電流數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，并與無(wú)故障狀態(tài)數(shù)據(jù)比對(duì)，就能判別是否為故障以及故障類型和故障所在位置。

圖1 電能計(jì)量設(shè)備故障檢測(cè)原理

2 電能計(jì)量設(shè)備故障在線監(jiān)測(cè)方法

2.1 在線監(jiān)測(cè)原理

電能計(jì)量設(shè)備在線監(jiān)測(cè)典型原理如圖2所示，系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與校驗(yàn)裝置、通信網(wǎng)絡(luò)和主站管理中心三大部分組成[1]?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與校驗(yàn)裝置采用一塊標(biāo)準(zhǔn)電能表，通過(guò)通道切換數(shù)據(jù)采集模塊，選擇多塊被檢電能表中的一塊進(jìn)行在線檢測(cè)，即采集包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)和脈沖信號(hào)在內(nèi)的數(shù)據(jù)。采用標(biāo)準(zhǔn)表是因?yàn)閷?duì)于電能計(jì)量設(shè)備而言，測(cè)量超差同樣是一種故障，而目前檢測(cè)電能表超差最可靠的方法就是通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對(duì)。本地計(jì)算機(jī)通過(guò)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷被檢電能表、TV、TA及二次回路的工作狀態(tài)，并存儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)下載檢測(cè)數(shù)據(jù)或進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖2 電能計(jì)量設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

2.2 通信方式

本地通信一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線模式，例如，本地計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)設(shè)備通過(guò)RS 485總線進(jìn)行通信。遠(yuǎn)程通信可通過(guò) GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或者有線光纖專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。雖然有線網(wǎng)絡(luò)干擾小，更穩(wěn)定，但投資大、維護(hù)量也大，所以無(wú)線通信網(wǎng)在實(shí)踐中更受青睞。根據(jù)數(shù)據(jù)量大小也可采用3G/4G移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)[3]，而基于云計(jì)算的檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量超過(guò)常規(guī)系統(tǒng)很多，甚至只能采用4G通信網(wǎng)絡(luò)。

3 電能計(jì)量設(shè)備故障在線診斷技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

電力系統(tǒng)中的電能計(jì)量設(shè)備數(shù)量多，采集的數(shù)據(jù)量巨大，而且實(shí)際發(fā)生的故障類型不僅包含硬件故障，還有軟件故障、時(shí)鐘異常等，要從這些數(shù)據(jù)中提取有用的信息，然后經(jīng)過(guò)分析處理形成故障信息，離不開數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。故障信息數(shù)據(jù)挖掘是指通過(guò)關(guān)聯(lián)性分析、分類、回歸、聚類、序列分析、離群點(diǎn)分析、趨勢(shì)分析、演變分析等方法，從大量信息中確定故障信息的技術(shù)[4]。實(shí)際上，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也是目前電能計(jì)量設(shè)備故障在線智能診斷常用的一種方法。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電能計(jì)量設(shè)備在線診斷中的應(yīng)用

以基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為例，故障信息為 F ={ F1, F2,… ,Fn}，診斷結(jié)果為 R ={R1, R2,… ,Rn}。設(shè)X、Y分別為F與R的項(xiàng)或項(xiàng)集，數(shù)據(jù)挖據(jù)即為X?Y的蘊(yùn)涵式。如果形成關(guān)聯(lián)關(guān)系{F1, F2, F3}?{R1}{S1%,C1%}，則表明通過(guò)故障信息 F1, F2, F3診斷出故障R1，其中S1%、C1%分別為它們的支持度與置信度。電能計(jì)量設(shè)備故障診斷流程如圖3所示。

圖3 電能計(jì)量設(shè)備故障在線診斷流程

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，電能計(jì)量設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)已經(jīng)在一些場(chǎng)合中得到應(yīng)用，但整體而言這項(xiàng)技術(shù)仍處于初級(jí)階段，有些企業(yè)應(yīng)用后收獲比較好的效果，但也有些企業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)了某些問(wèn)題，鑒于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性以及運(yùn)行方式的多樣性與故障類型多，要求電能計(jì)量設(shè)備故障在線診斷技術(shù)有更好的適應(yīng)性，這樣才便于全面推廣和應(yīng)用。

[1] 伍少成, 劉濤, 肖勇, 等. 基于測(cè)量?jī)x器云的電子式電能表遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)[J]. 電測(cè)與儀表, 2017,54(4)： 80-85.

[2] 王廣飛. 高壓電能計(jì)量故障檢測(cè)電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D]. 開封： 河南大學(xué), 2013.

[3] 王鵬, 傅子明, 邱南陽(yáng), 等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)量終端在線故障診斷系統(tǒng)[J]. 水電能源科學(xué), 2017, 35(1)：196-199.

[4] 王新剛, 吳穎, 張垠. 基于數(shù)據(jù)挖掘的智能電能表在線監(jiān)測(cè)方法[J]. 電測(cè)與儀表, 2016, 53(13)： 65-69.