網(wǎng)荷終端負(fù)荷采集缺陷分析及處理方案

陸玉軍，王 寧，朱足君

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102）

特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障時(shí)將引起受端電網(wǎng)嚴(yán)重的功率缺額、頻率穩(wěn)定問題，采取常規(guī)的緊急切負(fù)荷策略，難以降低由此引發(fā)的事故影響[1]。江蘇電網(wǎng)首次提出并設(shè)計(jì)了大規(guī)模源網(wǎng)荷精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)，通過安裝于電力用戶側(cè)的網(wǎng)荷終端，實(shí)現(xiàn)用戶分路負(fù)荷的采集；在緊急情況下通過網(wǎng)荷終端快速控制用戶負(fù)荷，降低了由此造成的功率缺額、頻率穩(wěn)定問題，并減輕了電網(wǎng)突發(fā)事故對用戶生產(chǎn)造成的損失[2]。

網(wǎng)荷終端在實(shí)現(xiàn)用戶分路負(fù)荷精準(zhǔn)控制的同時(shí)保障用戶生產(chǎn)用電，即要求其可接入用戶廠內(nèi)不同電壓等級上的可切負(fù)荷[3-7]。前期調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，用戶廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)設(shè)備種類繁多，通過通信實(shí)現(xiàn)負(fù)荷采集控制，不僅終端設(shè)計(jì)復(fù)雜，且難以滿足緊急切負(fù)荷的時(shí)限要求。因此，在終端設(shè)計(jì)上，統(tǒng)一通過負(fù)荷線路的電壓電流進(jìn)行采集。通過現(xiàn)場大量實(shí)施后發(fā)現(xiàn)，終端接入的負(fù)荷分路存在多種缺陷，導(dǎo)致采集的功率不準(zhǔn)確，引起了主站采集的用戶分路和可切負(fù)荷、統(tǒng)計(jì)的所有用戶的總可切負(fù)荷的缺陷和偏差，直接影響了主站控制策略和控制指令的正確執(zhí)行。以下通過對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的采集缺陷進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了一種可行的終端消缺解決方案，有效解決了現(xiàn)場處理缺陷工作繁瑣和缺陷處理量大、效率低的問題，提高了負(fù)荷采集的正確率。

1 負(fù)荷采集方式及常見缺陷

1.1 網(wǎng)荷終端負(fù)荷采集方式

用戶為實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)負(fù)荷的監(jiān)測，電壓電流測量元件一般按如下配置：電壓等級在6 kV以上負(fù)荷線路配2個(gè)或3個(gè)TA（電流互感器），母線配星型接法的3個(gè)TV（電壓互感器）和VV接法的2個(gè)TV；電壓等級在400 V及以下負(fù)荷線路配3個(gè)、2個(gè)、單個(gè)或不配TA，低壓母線不配TV。為適應(yīng)用戶不同電壓等級、不同測量元件配置的分路負(fù)荷功率采集，網(wǎng)荷終端交流采樣接口典型設(shè)計(jì)為：24個(gè)電流輸入（可接入三相全電流8條或二相非全電流12條線路）和12個(gè)電壓輸入（不同電壓等級的4組母線電壓），這一設(shè)計(jì)基本滿足了大多數(shù)用戶的三相三線制和三相四線制負(fù)荷線路功率采集的要求。終端接口如圖1所示。

圖1 網(wǎng)荷終端交流采樣接口

在負(fù)荷分路功率采集上，終端支持三表法和二表法進(jìn)行計(jì)算，對TV為VV接線或沒有B相電流的線路采用二表法計(jì)算。終端三表法和二表法的功率算式為：

為便于分析，均假設(shè)三相電路完全對稱，且僅考慮基波分量，則有三相總功率為：

式中：P為三相總有功；Q為三相總無功。

1.2 負(fù)荷采集常見缺陷

通過主站遠(yuǎn)程監(jiān)視終端采集的電壓、電流、功率、相角和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于采集的負(fù)荷線路數(shù)量多，有近半數(shù)的用戶存在一條或多條線路負(fù)荷功率采集不準(zhǔn)確的問題，常見缺陷現(xiàn)象有：

（1）有效值不準(zhǔn)確。電壓缺相或有效值錯(cuò)誤；電流缺相或有效值為正常的一半（電流半值）。

（2）相位角不正確。三相電壓、電流相序錯(cuò)誤、相別錯(cuò)誤、極性顛倒或電壓電流同相。

（3）功率計(jì)算錯(cuò)誤。電壓電流有效值正常，相序正確，但有功功率很小，或無功功率遠(yuǎn)大于有功功率，功率因數(shù)偏低，與實(shí)際負(fù)荷不符。

（4）功率為負(fù)值。電壓電流有效值正常，相序正確，但計(jì)算功率為負(fù)值。

對于用戶可切負(fù)荷在10 kV或以上，一次電流超過60 A時(shí)，存在缺陷的線路采集功率最大誤差將超過1 000 kW，當(dāng)采集缺陷的用戶線路數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，由多個(gè)終端上送主站的負(fù)荷將存在明顯偏差，對主站準(zhǔn)確采集負(fù)荷產(chǎn)生了較大影響，需針對上述缺陷問題進(jìn)行分析處理。

2 負(fù)荷采集缺陷原因及采集誤差

2.1 引起負(fù)荷采集缺陷的原因

通過現(xiàn)場缺陷處理發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷采集的缺陷主要由以下兩大因素導(dǎo)致[8-10]：

（1）用戶設(shè)備問題。用戶的電氣設(shè)備運(yùn)行狀況差異較大。維護(hù)狀況好的用戶，設(shè)備圖紙齊全，開關(guān)柜內(nèi)接線標(biāo)識清晰，內(nèi)部接線錯(cuò)誤少，設(shè)備自身缺陷率低；而維護(hù)狀況差或運(yùn)行年代久的用戶設(shè)備，則因設(shè)備圖紙不全、接線標(biāo)識不清、柜內(nèi)被多次改動等原因，導(dǎo)致施工接線時(shí)很容易產(chǎn)生缺陷。這些用戶廠內(nèi)設(shè)備或回路缺陷由于不影響電能計(jì)量和用電生產(chǎn)，對設(shè)備運(yùn)行無礙，往往得不到重視和及時(shí)維護(hù)，施工時(shí)極容易將這類缺陷引入采集回路?，F(xiàn)場影響負(fù)荷采集的用戶設(shè)備缺陷，集中在TV，TA設(shè)備異常及對應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)接線錯(cuò)誤。

TV設(shè)備常見的缺陷有：一次熔斷器熔斷、二次熔絲熔斷和TV極性接反。引起一次熔斷器熔斷的原因有使用中的絕緣降低和鐵磁諧振等；二次熔絲熔斷與外部回路短路、誤接線等有關(guān)；TV極性接反則與出廠安裝時(shí)的接線錯(cuò)誤有關(guān)。

TA設(shè)備常見的缺陷有：極性接反、TA繞組故障無輸出、端子接線和標(biāo)識錯(cuò)誤。TA極性接反與安裝有關(guān)；而TA繞組無輸出與開路或接線松動引起的鐵心過度飽和磁化或發(fā)熱燒毀有關(guān)，TA內(nèi)部局放產(chǎn)生的絕緣缺陷也會導(dǎo)致TA故障，柜內(nèi)接線標(biāo)識等錯(cuò)誤與廠家裝配時(shí)有關(guān)。

（2）施工調(diào)試問題。施工中由于部分人員技能不熟、馬虎作業(yè)、未理解圖紙接線設(shè)計(jì)或不按圖施工等原因，造成接錯(cuò)端子或接線頭松動，都會產(chǎn)生相應(yīng)的施工缺陷。電壓回路接線錯(cuò)誤有：接錯(cuò)相別、接線松動導(dǎo)致缺相和相序反序。電流回路接線錯(cuò)誤有：接錯(cuò)端子、線頭松動、錯(cuò)接TA保護(hù)回路等引起的相序反序、接錯(cuò)相別、開路缺相和電流半值等各類常見缺陷。

這些缺陷在現(xiàn)場調(diào)試過程中，可能因未仔細(xì)檢查回路，或受制于設(shè)備內(nèi)部缺陷無法處理、線路停電時(shí)間短、送電后無負(fù)荷不能開展帶負(fù)荷試驗(yàn)驗(yàn)證和調(diào)試人員技能水平限制等原因，導(dǎo)致施工缺陷在調(diào)試中得不到及時(shí)分析和處理。

2.2 常見采集缺陷誤差分析

2.2.1 有效值不準(zhǔn)確

常見缺陷是電壓電流缺相、電流半值等問題。

（1）以電壓缺相為例對全電壓全電流采集，若缺B相，則采集功率算式為：

對VV電壓接線的采集，若缺UAB電壓，則采集功率算式如下：

由式（4）、式（5）可知，在全電壓全電流采集中，缺一相電壓時(shí)采集功率為線路負(fù)荷功率的2/3；在VV電壓接線的采集中，缺一相電壓時(shí)采集功率為線路負(fù)荷功率的1/乘以30°的旋轉(zhuǎn)因子。

（2）同理可分析，電流缺相時(shí)的采集功率與電壓缺相一致。

（3）電流半值出現(xiàn)在終端接入的電流回路被短接或與其他測量表計(jì)回路并接時(shí)，導(dǎo)致某一相的電流采集值為正常相一半。

設(shè)全電壓全電流接入時(shí)，C相電流半值，則采集功率為：

若二相電流接入時(shí)，C相電流半值，則采集功率為：

由式（6）、式（7）可知，當(dāng)出現(xiàn)某一相電流半值時(shí)，三表法的采集功率約為線路功率的5/6；二表法的采集功率約為線路功率的3/4乘以11°旋轉(zhuǎn)因子。

2.2.2 相位角不正確

典型缺陷是電壓反序、電流反序，或某一相電流極性接反等問題。

（1）電壓反序，在全電壓全電流采集中，設(shè)B相與C相電壓反序，采集功率算式為：

經(jīng)等效替換后，得：

在VV電壓接線的采集中，設(shè)2個(gè)電壓反序，則采集功率算式如下：

由式（9）、式（10）可知，電壓反序時(shí)，采集功率為0。

（2）電流反序， 可按式（8）—（10）同理分析，經(jīng)計(jì)算得到負(fù)荷功率也為0。

（3）對于電壓電流同時(shí)反序，其功率計(jì)算同式（1）。

（4）對于某一相電流或電壓極性接反，以電流極性接反為例，對全電壓全電流采集，若B相電流極性反，則功率按下式計(jì)算：

對二相電流輸入，若C相電流極性反，則功率為：

由式（11）、式（12）可知，全電壓電流采集時(shí)，單個(gè)電流極性接反時(shí)采集功率為線路功率的1/3；二相電流采集時(shí)，單個(gè)電流極性接反時(shí)采集功率為線路功率的1/乘以90°旋轉(zhuǎn)因子。

2.2.3 功率計(jì)算錯(cuò)誤

常見缺陷是電壓電流幅值正常，相序也正常，但電壓電流之間存在相別不對應(yīng)的錯(cuò)誤。

在全電壓全電流采集中，若三相電流接成BCA相序，采集功率為：

經(jīng)等效替換，得：

對于二相電流采集，電流相別接錯(cuò)表現(xiàn)為AC相電流相互顛倒，采集功率算式同式（10）。

由式（13）、式（14）可知，當(dāng)全電壓全電流采集時(shí)相別接錯(cuò)，采集功率為線路功率乘以120°旋轉(zhuǎn)因子；當(dāng)二相電流采集時(shí)相別接錯(cuò)，采集功率為0。

2.2.4 功率為負(fù)值

功率為負(fù)值主要是接入的電流極性（或電壓極性）與實(shí)際相反，以全電壓全電流采集中接入電流極性接反為例，采集功率為：

采集功率與式（3）完全相反，即采集值與實(shí)際功率數(shù)值相反，大小一致。功率為負(fù)值時(shí)，數(shù)值上雖沒有偏差，但在負(fù)荷功率總加時(shí)，需要統(tǒng)一將負(fù)荷用電功率調(diào)整為正，發(fā)電功率調(diào)整為負(fù)[11-13]。

2.2.5 幾種常見采集誤差的比較

現(xiàn)場常見的有效值錯(cuò)誤（電壓或缺相、電流半值）、相位角錯(cuò)誤（電壓反序、電流反序、極性錯(cuò)誤）、功率計(jì)算錯(cuò)誤（電壓電流相別錯(cuò)誤）等缺陷引起的采集功率計(jì)算誤差如表1所示。

表1 不同缺陷類型的功率計(jì)算誤差

由表1可知，除電壓和電流都全反序、電壓和電流相別全錯(cuò)（但相別對應(yīng)）、電壓/電流極性全接反時(shí)功率數(shù)值仍正確外，其他的各種缺陷均會導(dǎo)致采集功率不準(zhǔn)確，其中采用電壓電流反序和電壓電流相別錯(cuò)誤的二表法計(jì)算時(shí)采集功率誤差最大。

上述采集缺陷對主站監(jiān)視的單個(gè)用戶線路負(fù)荷、單個(gè)用戶可切負(fù)荷、統(tǒng)計(jì)的總可切負(fù)荷的采集都會產(chǎn)生少計(jì)的誤差，一旦接入終端數(shù)量多，積累的采集缺陷也會明顯增加，往往導(dǎo)致主站難以準(zhǔn)確判斷某個(gè)地區(qū)的用戶總負(fù)荷、可切負(fù)荷，甚至影響主站發(fā)出正確的切負(fù)荷指令，因此需要對負(fù)荷采集的缺陷進(jìn)行全面處理。

3 負(fù)荷采集缺陷處理方案

根據(jù)第2節(jié)分析，終端的采集缺陷由回路錯(cuò)誤和用戶設(shè)備缺陷引起，遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)現(xiàn)缺陷后需再次進(jìn)場消缺?，F(xiàn)場處理時(shí)，可能由于用戶擔(dān)心消缺影響生產(chǎn)不允許設(shè)備停電處理、存在無法處理的用戶設(shè)備缺陷或缺陷回路無負(fù)荷等情況而無法處理，使得現(xiàn)場缺陷處理不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還可能產(chǎn)生誤判缺陷而需要反復(fù)處理，因此用戶內(nèi)負(fù)荷線路采集缺陷的處理不僅工作量大、過程復(fù)雜、成本也非常高昂。結(jié)合用戶負(fù)荷采集特點(diǎn)、回路錯(cuò)誤的影響、消缺成本及效率，綜合考慮后決定采用以下缺陷處理方案。

3.1 現(xiàn)場處理方案

3.1.1 消缺方案

目前解決網(wǎng)荷終端負(fù)荷采集缺陷方案是：

（1）遠(yuǎn)程初步檢查識別缺陷類型。

（2）確認(rèn)缺陷需到現(xiàn)場處理。

（3）安排調(diào)試人員到場帶電或停電處理。

3.1.2 消缺步驟

現(xiàn)場按下述步驟消缺：

（1）查看終端采集數(shù)據(jù)和同一回路其他智能設(shè)備采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行比對。

（2）用萬用表、相序表、相位表等工具在終端屏柜內(nèi)端子和用戶開關(guān)柜內(nèi)端子進(jìn)行檢查，進(jìn)行核相定相、繪制六角圖，確認(rèn)缺陷類型。

（3）擬定帶電或停電處理方案。

（4）開展改接線或更換設(shè)備等消缺處理工作。

（5）完成消缺后再次核對采集數(shù)據(jù)，直到正確為止[14]。

3.1.3 消缺手段

現(xiàn)場消缺采用帶電、停電處理2種手段：

（1）帶電處理。針對可通過調(diào)整回路接線或檢查緊固端子等手段進(jìn)行相關(guān)缺陷的處理。處理缺陷時(shí)，電壓回路開路不會產(chǎn)生任何問題且接線簡單，但仍要避免短路引起的二次電壓回路熔絲熔斷、低壓減載等裝置誤動作；電流回路開路會產(chǎn)生高壓，電流較大時(shí)還可能引起TA飽和或故障，需要做好電流回路開斷前的短接措施，恢復(fù)后需要將臨時(shí)措施取消，確保回路正常工作。

（2）停電處理?，F(xiàn)場帶電檢查出的某些缺陷無法通過帶電處理時(shí)，則需要安排設(shè)備停電處理，如用戶設(shè)備的缺陷、用戶設(shè)備接線凌亂無法核實(shí)或施工引起無法帶電改接線等缺陷。

停電處理過程較帶電處理更為復(fù)雜：一是停電因沒有負(fù)荷而無法監(jiān)視缺陷；二是停電處理過的缺陷難以保證處理正確；三是停電時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷可能因缺備件而無法處理；四是停電后還需做好驗(yàn)電和接地等安全措施，以防誤碰帶電部位，傷及工作人員。

3.2 終端解決方案

通過現(xiàn)場采集缺陷處理總結(jié)發(fā)現(xiàn)，部分缺陷可通過終端配置來解決，終端開發(fā)可配置功能即可實(shí)現(xiàn)消缺處理。

（1）負(fù)荷回路電壓及功率表法配置。該功能實(shí)現(xiàn)接入終端的某一組母線電壓與接入終端的任意一組電流回路關(guān)聯(lián)配置，任一負(fù)荷回路的計(jì)算表法可選二表或三表法，配置關(guān)系見表2。

表2 電壓回路關(guān)聯(lián)

表2中，√表示選中，—表示不選。該功能適用于當(dāng)某一組電壓缺相時(shí)，與其相關(guān)的電流回路可通過修改配置，關(guān)聯(lián)（同一母線）其他組正常電壓，即可解決負(fù)荷采集的缺陷。功率表法的選配功能，可解決三電流采樣回路B相缺相的故障，選擇二表法進(jìn)行功率計(jì)算即可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷正確采集。

（2）采樣通道的計(jì)算相配置。該功能為每組電壓和每組電流設(shè)計(jì)有獨(dú)立的計(jì)算相。接入相為外部端子實(shí)際接入的回路相別，計(jì)算相為采集功率計(jì)算時(shí)所用相別；通過調(diào)整計(jì)算相的映射相別和極性得到正確的計(jì)算用相別，計(jì)算相配置關(guān)系如圖2所示。

圖2 計(jì)算相的配置

該功能適用于接入的負(fù)荷線路相序、相別、極性錯(cuò)誤時(shí)，可針對發(fā)生錯(cuò)誤的電壓或電流進(jìn)行調(diào)整。這種通過將接入的每一相電壓、電流進(jìn)行相別和極性調(diào)整，使得原本錯(cuò)誤的接入相調(diào)整為正確的計(jì)算相，確保了負(fù)荷功率采集的正確性。為減少配置工作量，默認(rèn)計(jì)算相與接入相一致；為防止誤配置，在每組的電壓電流映射配置保存前進(jìn)行相別判斷檢查，確保配置正確才可保存；終端修改后的設(shè)置僅在重啟后生效，確?？啥啻涡薷膬H最后一次生效；終端還支持將配置以文件保存，即使更換CPU插件也能保證計(jì)算相配置正確。主站開發(fā)支持終端遠(yuǎn)程配置功能，可免去現(xiàn)場服務(wù)的麻煩。

上述終端的解決方案，從解決用戶負(fù)荷采集缺陷和消缺效率來看：其減少了現(xiàn)場消缺工作量、降低了運(yùn)維成本和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，并使缺陷處理變得機(jī)動靈活、簡便易行。針對目前大量出現(xiàn)的相序相位和極性缺陷，通過將該方法與現(xiàn)場處理工作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不僅可解決現(xiàn)場處理缺陷時(shí)面臨的諸多麻煩，還能解決現(xiàn)場難以處理的由用戶設(shè)備引起的采集缺陷。由于該方案為軟件糾錯(cuò)方案，不能糾正回路接線錯(cuò)誤等問題，在采集裝置、表計(jì)、測控設(shè)備和保護(hù)裝置等中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場特定情況而擇機(jī)使用。

4 結(jié)語

針對終端接入交流電壓電流采集用戶分路負(fù)荷出現(xiàn)大量缺陷的情況，指出引起電壓電流采集問題的設(shè)備及施工缺陷，分析了常見缺陷的功率采集誤差。針對各種缺陷處理的需要，提出了現(xiàn)場處理與可配置終端處理相結(jié)合的方案，有效解決了現(xiàn)場消缺工作量大、帶電作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、亟需反復(fù)進(jìn)廠處理缺陷等容易引起客戶負(fù)面印象的一系列問題。該方案現(xiàn)場試點(diǎn)應(yīng)用表明，具有較好的實(shí)用性、靈活和便利性，在解決負(fù)荷采集缺陷方面可作為常規(guī)回路消缺的一個(gè)重要補(bǔ)充手段。