電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測與分析

鄭 可，劉 洋，李 雍

（國網(wǎng)河南省電力公司營銷服務(wù)中心，河南 鄭州 450000）

0 引 言

電能計(jì)量裝置對電量計(jì)量來說是必不可少的電力設(shè)備，企業(yè)需保障計(jì)量裝置的正常運(yùn)行。電能計(jì)量裝置運(yùn)行有時(shí)會發(fā)生異常，其原因主要源自運(yùn)行硬件和外部運(yùn)行環(huán)境兩方面。前者如電能表、互感器等裝置自身出現(xiàn)了故障；后者如接線出現(xiàn)了故障，尤其是電能計(jì)量裝置的外部運(yùn)行環(huán)境，一旦出現(xiàn)濕度、溫度等多重極端氣候特征以及復(fù)雜多變的負(fù)荷特性，計(jì)量裝置就極易發(fā)生突發(fā)性、多面性、復(fù)雜性等難以恢復(fù)的異常狀態(tài)，并最終引發(fā)運(yùn)行故障的發(fā)生[1-4]。此外，傳統(tǒng)人工抄表還需投入人力對電能計(jì)量裝置進(jìn)行定期檢修，這不僅會消耗大量人力、物力和財(cái)力，還會給計(jì)量工作人員帶來較高的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。所以，借助電能計(jì)量管理信息化手段以及電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)來發(fā)展電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測技術(shù)勢在必行。

1 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)

電能計(jì)量裝置存在的主要異常狀態(tài)有：電壓表發(fā)生短路與失壓、負(fù)載過高、供電系統(tǒng)不穩(wěn)、部件損壞等。其中，造成電壓表的短路與失壓的原因是作為電壓表內(nèi)重要零部件之一的電流線圈在長期高負(fù)荷作用下發(fā)生了電壓表短路，電壓表的短路與失壓直接影響了電壓數(shù)值的準(zhǔn)確性。過高的電路負(fù)載很容易導(dǎo)致電能計(jì)量裝置的燒損，尤其是三相交流10 kV的電能計(jì)量系統(tǒng)，三相負(fù)荷很難一直維持在平衡狀態(tài)，計(jì)量裝置就經(jīng)常發(fā)生異常。此外，供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定狀態(tài)以及電能計(jì)量裝置中零部件的損傷，都會引發(fā)電能計(jì)量裝置的異常。

2 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測

2.1 電能計(jì)量裝置相關(guān)性能異?，F(xiàn)象

在溫度、濕度等復(fù)雜環(huán)境的變化下，處于異常狀態(tài)的電能計(jì)量裝置，其有關(guān)性能狀態(tài)量、參數(shù)將發(fā)生顯著的異常變化。這些發(fā)生顯著異常變化的性能狀態(tài)量以及參數(shù)集中體現(xiàn)于計(jì)量電流、電壓回路以及功率因素3個(gè)方面。

2.2 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)相關(guān)性能監(jiān)測指標(biāo)

2.2.1 計(jì)量電流的異常監(jiān)測指標(biāo)

計(jì)量電流異常狀態(tài)重點(diǎn)監(jiān)測的指標(biāo)包括三相不平衡電流、斷路器位置以及相電流的突變量等。當(dāng)計(jì)量工作人員發(fā)現(xiàn)以下狀況時(shí)，計(jì)量電流就很可能發(fā)生了異常變化。一是電能表電流回路的檢測元件有動作，然而電能表電流回路未出現(xiàn)斷路器分閘與檢修信息；二是相電流突變量高于規(guī)定限值，三相不平衡電流也高于規(guī)定限值，并且即使對它們采取延時(shí)措施也未恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.2.2 計(jì)量電壓的異常監(jiān)測指標(biāo)

計(jì)量電壓異常狀態(tài)重點(diǎn)監(jiān)測的指標(biāo)是三相不平衡電壓、斷路器位置以及相電壓的突變量等。當(dāng)計(jì)量工作人員發(fā)現(xiàn)以下狀況時(shí)，計(jì)量電壓就很可能發(fā)生了異常變化：一是相電壓突變量高于規(guī)定限值，三相不平衡電壓也高于規(guī)定限值，并且即使對它們采取延時(shí)措施也未恢復(fù)到正常狀態(tài)；二是相電壓比額定電壓低30%，與此同時(shí)相電流比額定電流高15%。

2.2.3 功率因數(shù)的異常監(jiān)測指標(biāo)

功率因數(shù)異常重點(diǎn)監(jiān)測的指標(biāo)是荷載功率因數(shù)以及斷路器位置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)以下狀況時(shí)就能判斷出功率因數(shù)發(fā)生了異常：一是電流與電壓間發(fā)生了異常的相位；二是功率因數(shù)發(fā)生的突變量高于規(guī)定限值，與此同時(shí)，未出現(xiàn)斷路器分閘與檢修信息，而且通過延時(shí)也未恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.2.4 信號、宏觀狀態(tài)量的異常監(jiān)測指標(biāo)

信號異常重點(diǎn)監(jiān)測指標(biāo)包括電能表自檢誤差信號、內(nèi)部電流回路檢測信號以及計(jì)量柜內(nèi)部監(jiān)視繼電器信號；宏觀狀態(tài)量異常重點(diǎn)監(jiān)測指標(biāo)包括宏觀分析負(fù)荷狀態(tài)量的變化、性質(zhì)的變化以及運(yùn)行方式發(fā)生的變化。當(dāng)發(fā)現(xiàn)以下狀況時(shí)就能判斷出電能計(jì)量裝置發(fā)生了異常：一是出現(xiàn)了異常的負(fù)荷曲線，與此同時(shí)負(fù)荷累積電量超過一定的限值，而且通過延時(shí)也未恢復(fù)到正常狀態(tài)；二是變損率以及線損率超過一定的限值。

3 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測的必要性

當(dāng)前，我國大部分電力企業(yè)依然實(shí)行著傳統(tǒng)的計(jì)劃性電能計(jì)量裝置的管理，該管理模式主要由需求分析、入庫管理、投運(yùn)檢定、周期檢定等幾個(gè)全壽命周期封閉管理過程組成，各環(huán)節(jié)實(shí)行檔案管理。傳統(tǒng)電能計(jì)量裝置管理流程見圖1。

圖1 傳統(tǒng)電能計(jì)量裝置管理流程

傳統(tǒng)電能計(jì)量裝置管理工作主要存在以下缺點(diǎn)：一是維保工作量不斷增大；二是很容易造成資源浪費(fèi)；三是很難反映電能計(jì)量裝置的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)；四是不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能計(jì)量裝置處于異常狀態(tài)；五是不利于電能追補(bǔ)。由此可以看出，傳統(tǒng)電能計(jì)量裝置很難滿足現(xiàn)階段電力企業(yè)的發(fā)展，亟需在電能計(jì)量裝置管理工作中引入電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)。

4 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測原理及內(nèi)容

4.1 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測原理

電能計(jì)量裝置通過在運(yùn)行中對信息的監(jiān)測，能對供電系統(tǒng)的二次回路降壓等功能進(jìn)行集中測試。通過對供電網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)監(jiān)測，可以將在監(jiān)測過程中獲得的供電數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)中，供電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)借助存儲、分析、歸類以及輸出等工作，就能迅速找到在多路轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生的電能異常數(shù)據(jù)，并將這些電能異常數(shù)據(jù)在電能計(jì)量裝置上直接反饋出來。再依照供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的具體要求，在線監(jiān)測系統(tǒng)將對這些電能異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因做出精準(zhǔn)而詳盡的分析，進(jìn)而幫助計(jì)量工作人員對電能計(jì)量裝置的異常狀態(tài)做出針對且有效的處理。電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測的通信關(guān)系是借助以太網(wǎng)在檢測區(qū)建立起來的，能幫助計(jì)量工作人員實(shí)現(xiàn)對電能計(jì)量裝置的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程操作。這些操作主要是將獲取到的數(shù)據(jù)信息及時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并對其進(jìn)行分類。

4.2 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測內(nèi)容

在線監(jiān)測技術(shù)可以幫助計(jì)量工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理好電能計(jì)量裝置所發(fā)生的異常狀況，也為電能計(jì)量裝置的正常運(yùn)行提供了極大的安全保障。電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測內(nèi)容如表1所示。

表1 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測內(nèi)容

5 電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)

5.1 總體思路

為了進(jìn)一步提高電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測能力，電力企業(yè)應(yīng)盡早按照相關(guān)規(guī)程建立起電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電能表、電壓電流互感器、二次回路等發(fā)生的異?，F(xiàn)象進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測和分析，并最終完成電能計(jì)量裝置整體異常狀態(tài)的監(jiān)測和評價(jià)[7，8]。

5.2 在線監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

對電能表、電壓電流互感器、二次回路等異常狀態(tài)量的重點(diǎn)監(jiān)測和分析如表2所示[9]。

表2 電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測與分析狀態(tài)量

基于以上設(shè)計(jì)，電力企業(yè)對電能計(jì)量裝置整體開展的異常監(jiān)測與分析，就是圍繞電能表、電壓互感器、電流互感器、二次回路這4個(gè)方面進(jìn)行的。本文用G、P、C、H四個(gè)字母來分別代表它們，其權(quán)重系數(shù)分別取0.35、0.2、0.2、0.15。據(jù)此，本文可以得到電能計(jì)量裝置整體異常狀態(tài)監(jiān)測與分析的得分Z，其計(jì)算公式如下：

5.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)是由5大功能模塊組成的一套智能化監(jiān)測與分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)不僅能對電壓互感器二次回路壓降、負(fù)荷誤差、電流互感器以及導(dǎo)納誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與校驗(yàn)，還能對異常狀態(tài)進(jìn)行故障報(bào)警。計(jì)量工作人員能借助本系統(tǒng)對電能表等監(jiān)測對象實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)信息的采集與分析。通信網(wǎng)絡(luò)的作用是把現(xiàn)場監(jiān)測裝置采集到的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送至后臺監(jiān)控中心，并儲存于后臺的數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。而計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析平臺的作用是對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，并最終以數(shù)據(jù)報(bào)表以及誤差曲線圖的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上呈現(xiàn)出來[10,11]。計(jì)量工作人員通過專業(yè)軟件對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，并據(jù)此對處于異常工作狀態(tài)的電能計(jì)量裝置進(jìn)行檢修和處理。

6 結(jié) 論

綜上所述，電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測與分析技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、后臺監(jiān)控中心構(gòu)成的電能計(jì)量裝置異常狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，能對電壓互感器二次回路壓降、負(fù)荷誤差、電流互感器以及導(dǎo)納誤差等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、校驗(yàn)，還能對異常狀態(tài)進(jìn)行故障報(bào)警。它從根本上解決了傳統(tǒng)電能計(jì)量裝置管理工作中負(fù)荷大、資源浪費(fèi)以及不利于電能追補(bǔ)等諸多問題，從而更好地服務(wù)企業(yè)和用戶。此外，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也能更好地促進(jìn)我國電能計(jì)量裝置運(yùn)行管理技術(shù)的智能化與信息化發(fā)展。