高壓電能表失壓追補電量方法的研究

范 濤，王 帥，楊曉斌

（國網天津城西供電公司，天津 300100）

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，企業(yè)用能方式逐漸向多元化轉變［1—2］，電能表作為計量和結算電費的主要工具，一直扮演著“秤桿子”的重要角色，受到用戶和供電企業(yè)的高度關注。

大型工業(yè)用戶的電能計量普遍使用的是三相三線和三相四線制電能表，由于此類用戶的現(xiàn)場環(huán)境一般較為惡劣，電能表接線有時會出現(xiàn)松動，導致計量失準，供電部門需要根據(jù)實際情況向用戶追補電度電費。

接線盒電壓接線搭板氧化松動導致的失壓，是最常見的追補電量情況，此種情況由于某相電壓丟失致使該相電量不計量。針對此種情況，供電部門普遍采用估算電量或根據(jù)電流比進行計算［3—7］，但此種方法存在著理論依據(jù)不足以及計算不準確的情況，缺乏對用戶的說服力。

針對以上現(xiàn)象，本文提出了一種高壓電能表失壓時的精確追補電量方法，通過RS485/RS232/USB的多級數(shù)據(jù)轉換搭建物理連接，再根據(jù)《多功能電能表通信協(xié)議》規(guī)定的數(shù)據(jù)標準讀取電能表內部數(shù)據(jù)［8］，結合相應的計算方法，實現(xiàn)更為準確的計算。實驗證明，本文提出的方法比傳統(tǒng)方法更準確。目前該方法已成功應用于國網天津城西供電公司的電力計量相關工作。

1 電能表失壓時常見的追補電量方法

目前，供電公司常用的失壓追補電量方法主要有2種，一種是電量估算，在默認三相用電均衡的情況下，利用其余非失壓相的電量對失壓相進行估算；另一種是借用電能信息采集系統(tǒng)的凍結數(shù)據(jù)，計算出電流均值，在默認三相電壓平衡的情況下，通過電流比值進行估算。以上2種方法均是采用等比例估算的方法，下面詳細介紹2種方法的估算過程。

高壓電能計量方式分為高供高計和高供低計2種，對應的是三相三線制和三相四線制電能表，分別有2個和3個計量元件，電能表計量的總電量如公式（1）和公式（2）所示

式中：P高和P低分別為三相三線和三相四線的實際用電量，PA、PB、PC分別為對應相計量元件的電量

1.1 電量比估算法

此種方法算法簡單，但誤差較大，缺乏說服力，在電能遠程采集實現(xiàn)之前普遍采用。此方法默認電能表各計量元件電量平衡，因此，在出現(xiàn)某一相失壓時，可以通過其他正常計量元件的電量進行估算，下面以A相失壓為例

因為默認各計量元件用電量平衡，因此可以算出

實際用電量與表計計量電量之間的差額即為應追繳電量總和。

1.2 電流比估算法

通過電量估算的方法是默認各相元件用電平衡，但實際工作中，大部分都并非完全均衡，因此通過總體電量的估算并不十分準確。在供電公司引進電能信息采集系統(tǒng)之后，可以通過遠程采集實現(xiàn)對電能表數(shù)據(jù)的讀取，在某項電壓缺失的情況下，依然可以讀取電流數(shù)據(jù)，并且以15 min為一個周期進行凍結存儲，通過各元件電流值間的比例進行估算，比電量直接估算更為準確。

通過電能信息采集系統(tǒng)，可以讀取失壓期間的各相電流值，求取各相電流平均值之比，代替原有的2或3/2，即可更為精確地進行估算。

公式（7）中的電流采用的是絕對值，這是因為電能表本身的內部設定導致失壓狀態(tài)下，電流的顯示為反向。

計算公式如下

1.3 安時比估算法

相對電量比估算法，電流比估算更加準確，尤其在三相電流不平衡時，在失壓期間的確定上也有具體的依據(jù)，更有說服力。但是由于電能采集系統(tǒng)是以15 min為一個周期進行凍結數(shù)據(jù)的，因此，不管是電流平均值還是失壓時間都存在著一定的誤差。

針對此種情況，本文提出了一種通過RS485接口對電能表內部數(shù)據(jù)進行讀取的方法，將失壓時間精確到秒，并且可以通過讀取失壓期間各相的安時值，代替原有的電流值進行計算，估算更為精確。

此種方法通過串接一個RS485/RS232數(shù)據(jù)轉換器，實現(xiàn)電能表到計算機的三級數(shù)據(jù)轉換，從而實現(xiàn)對電能表內部數(shù)據(jù)的讀取，接線的示意圖如圖1所示。

圖1 接線示意圖

物理接線后，根據(jù)DL/T 645—2007規(guī)約，與電能表內部實現(xiàn)交互通信。通過RS485數(shù)據(jù)連接，可以讀取電能表內部上萬組數(shù)據(jù)，追補電量所需數(shù)據(jù)包括：失壓開始時間T失壓；失壓恢復時間T恢復；失壓開始時刻總電量；失壓恢復時刻總電量；失壓期間總安時數(shù)AH總；失壓期間A相安時數(shù)AHA。

此種方法可以精確計算失壓期間的電能表計量電量，而且不必區(qū)分計量方式，如公式（10）所示

計算出P′之后，根據(jù)安時數(shù)的比例，可以計算出最終的應計電量，如公式（11）所示

2 電能表內部數(shù)據(jù)讀取

電力行業(yè)標準DL/T 645—2007對多功能電能表通信協(xié)議進行了規(guī)范，規(guī)定了多功能電能表與手持單元（HHU）或其它數(shù)據(jù)終端設備之間的物理連接、通信鏈路及應用技術規(guī)范。［9］

3 案例測試與分析

為了驗證各種追補電量方法的有效性，本文選取了實際使用中的表計進行實驗測試。本次試驗選取的表計為國網天津城西供電公司計量室辦公樓所屬高壓電能表，型號為DTZ178三相四線智能電能表，精度0.5 s，倍率60。為了驗證準確性，在試驗過程中，通過串接電能表，實現(xiàn)對失壓期間未計量電能的輔助測量。

本次試驗時間為2016年7月26日上午開始，試驗方式為打開電能表接線盒A相電壓搭板以及電流搭板，外接輔助測量電能表，至2016年7月27日上午恢復原有接線。

3.1 電量比估算

根據(jù)采集系統(tǒng)顯示26日9∶30，A相電壓數(shù)據(jù)降為0.4 V確認為失壓，之后一直持續(xù)到27日9∶00，恢復為225.3 V，由于表碼數(shù)據(jù)為日凍結，因此只能采用2日0：00凍結數(shù)據(jù)，即1 702.94 kWh和1 711.42 kWh，估算過程如下

即應追電量為254.4 kWh。

3.2 電流比估算

根據(jù)采集系統(tǒng)顯示26日9∶30，A相電流變?yōu)?1.019，之后一直持續(xù)到27日9∶00，電流恢復到1.107。將各節(jié)點的電流數(shù)據(jù)導出到excel，按照公式（7）進行計算，得出結果如下

此種方法P′的計算與電量估算一致，因此計算追補電量為370.2 kWh。

3.3 安時比估算

首先根據(jù)DL/T 645—2007規(guī)約查看追補電量所需的數(shù)據(jù)標識及相關說明，以A相失壓為例，如表2所示。根據(jù)表1所示的幀格式與電能表進行數(shù)據(jù)通信，讀取所需信息。

數(shù)據(jù)顯示，失壓開始時間為2016年7月26日9∶17∶19，恢復時間為2016年7月27日8∶47∶47，與采集系統(tǒng)15 min的凍結數(shù)據(jù)信息吻合。

接下來讀取失壓開始及結束時刻電能表表碼，用以計算P′。數(shù)據(jù)顯示，失壓開始時刻表碼為1 707.06，恢復時刻為1 713.90，因此失壓期間P′=6.84 kWh。

最后讀取失壓期間的總安時數(shù)AH總和失壓相安時數(shù)AHA。數(shù)據(jù)顯示，總安時和A相安時分別為50.54和19.02。

根據(jù)公式（11）進行估算，應追電量247.8 kWh。

3.4 比較分析

根據(jù)輔助測試電能表顯示的數(shù)據(jù)，本次試驗全部失壓期間共少計電量247.8 kWh，3種估算方法結果統(tǒng)計如表1所示。

由表1中可以看出，本文提出的安時比估算法距離實際少計電量最為接近，電量估算法其次，電流比最差。

表1 測試結果

安時比算法與實際情況的誤差是電壓出現(xiàn)的波動導致的。正常的三相電使用中，雖然電流有時出現(xiàn)不平衡，但A、B、C三相的電壓是基本維持平衡的，安時比的估算方法是默認電壓平衡的情況下，利用電流和時間積分的比例進行估算，因此比其他方法更為可靠。但實際的情況是，各種外界因素導致電壓有時會出現(xiàn)波動，因此估算的結果比實際情況存在少許誤差。

電流比估算法在估算原理上比電量比更為科學和準確，之所以實際測試結果比電量估算誤差大，有2個原因：一方面，2種方法都不能準確確定失壓期間電表計量電量，即P′，只能通過日凍結數(shù)據(jù)來代替，這導致估算結果偏大；另一方面，電量估算的方法默認三相用電均衡，但失壓相電量比非失壓相平均電量要多，這導致電量比估算的結果偏小，而電流比估算結果不受影響。綜合2個方面的因素，電量比估算法由于2方面誤差相互抵消，因此更為接近實際情況。

另外需要說明的是，電量比和電流比估算法方法都需要電能信息采集系統(tǒng)的支持［10］，如果采集系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則無法實現(xiàn)估算，而本文提出的安時比估算法則不受采集系統(tǒng)影響，可有效解決追補電量的問題。

3.5 結度中的應用

在電力計量的相關工作中，經常需要換表。更換表計之后，新的電能表從0 kWh開始計量，因此需要對舊的電能表進行電度結算，即結度。結度所需數(shù)據(jù)標識如表2所示。結度需要查看電能表內的有功總、有功尖、有功峰、有功平、有功谷以及正、反向無功等7項數(shù)據(jù)。正常情況下，以上7項數(shù)據(jù)均可通過電能表屏幕顯示查看，但有時由于種種原因，電能表屏幕顯示出現(xiàn)故障，導致無法順利結度。

表2 結度所需數(shù)據(jù)標識

本文提出的方法是對電能表內部數(shù)據(jù)進行讀取，因此對于結度同樣有效。

4 結束語

本文提出了一種基于DL/T 645—2007的追補電量方法，通過讀取電能表內部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對高壓電能表失壓狀態(tài)的精確電量追補。此外，DL/T 645—2007還提供了其他內部數(shù)據(jù)的讀取方式，在電能表屏顯故障時可以幫助讀取電量數(shù)據(jù)，方便電費結算。D