基于分相線損的低壓配電臺區(qū)反竊電分析

李順杰,仝翠芝,蘇 鑫

(1.國網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島供電公司,河北 秦皇島,066000;2.國網(wǎng)冀北電力有限公司智能配網(wǎng)中心,河北 秦皇島,066100)

0 引言

隨著市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展,電能需求增加,受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動,竊電現(xiàn)象層出不窮,竊電手段日趨技術(shù)化、隱蔽化,給反竊電工作帶來很大的考驗(yàn)[1-2],因此,供電企業(yè)對于線損的管控日趨嚴(yán)格。臺區(qū)線損率是低壓配電臺區(qū)線損管控的重要指標(biāo),也是反竊電工作的重要依據(jù)[34]。臺區(qū)線損率指標(biāo)由臺區(qū)三相供售電量的總和計(jì)算得到,并按照預(yù)定的閾值判斷臺區(qū)線損是否異常。當(dāng)前冀北地區(qū)設(shè)定臺區(qū)線損率在-1%?7%為合格臺區(qū),7%及以上為高損臺區(qū),推斷可能發(fā)生竊電行為[56]。

用電信息采集系統(tǒng)以每日電能表零點(diǎn)凍結(jié)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以臺區(qū)總表發(fā)生的電量為供電量,臺區(qū)內(nèi)所有用戶電能表發(fā)生的電量總和為售電量,加以數(shù)據(jù)處理形成臺區(qū)線損分析功能板塊,可以進(jìn)行臺區(qū)日線損、月線損、時間段線損查詢以及按戶電量明細(xì)展示。利用此功能板塊,將現(xiàn)高損臺區(qū)的過去線損率合格日與線損率偏高日所有用戶的電量進(jìn)行比對,根據(jù)竊電前后電量發(fā)生突變的特點(diǎn)辨別出竊電用戶,以便有針對性的開展反竊電工作。

然而,實(shí)際中竊電方式多數(shù)為表前跨接,電能表計(jì)量電量沒有發(fā)生突變,臺區(qū)電量比對無法辨別出竊電用戶,只能對該臺區(qū)諸多用戶進(jìn)行逐戶核查;更有甚者,用戶竊電電量較小,臺區(qū)線損率可能仍在7%以下,該臺區(qū)會被視為合格臺區(qū)而不在現(xiàn)場用電檢查的行列,竊電用戶一直在臺區(qū)線損率合格范圍內(nèi)而不被察覺。

高速電力載波通信(High Power Line Communication,HPLC)技術(shù)已廣泛應(yīng)用,HPLC 通過相電壓過零時間信息,自動獲知臺區(qū)內(nèi)電能表的相位[7]?；谟秒娦畔⒉杉到y(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)臺區(qū)分相線損率的計(jì)算[89]。目前,大部分學(xué)者對臺區(qū)分相線損率的定義和計(jì)算方法進(jìn)行了闡述,但適用于只包含單相電能表的臺區(qū),然而,實(shí)際中大部分臺區(qū)都是單相電能表、三相電能表共存,現(xiàn)有的計(jì)算方法無法滿足分相線損率的計(jì)算[10-11]。本文利用HPLC 相位識別技術(shù)和電壓數(shù)據(jù)相關(guān)性算法實(shí)現(xiàn)三相電能表相位識別,給出臺區(qū)分相線損率的計(jì)算過程,適用于包含單相電能表和三相電能表的臺區(qū)[1215]。結(jié)合實(shí)例表明,與當(dāng)前普遍使用的臺區(qū)線損率相比,臺區(qū)分相線損率可以辨識出更多單相線損率偏高臺區(qū),可縮小現(xiàn)場巡查范圍。

1 臺區(qū)電能表相位的識別

1.1 三相電能表相位識別算法

HPLC 通過電壓過零時間信息,自動獲知臺區(qū)內(nèi)單相電能表的相位。臺區(qū)自動化抄表終端(集中器)的中央調(diào)節(jié)器(Central Coordinator,CCO)模塊和電能表的站點(diǎn)(Station,STA)模塊對各自的電壓過零時間信息進(jìn)行采集,CCO 執(zhí)行采集命令,獲取各STA 過零時間信息,與CCO 本地的過零時間信息進(jìn)行對比、分析識別單相電能表的相位信息,相位識別結(jié)果通過用電信息采集系統(tǒng)相關(guān)功能模塊展示。

HPLC高頻采集技術(shù)可以獲取電能表96 點(diǎn)電壓時序數(shù)據(jù),由于同一臺區(qū)內(nèi)相同相位的電壓變化趨勢呈現(xiàn)一致性,相關(guān)性較高,因此在單相電能表相位已知的前提下,通過電壓數(shù)據(jù)相關(guān)性分析獲知三相電能表相位信息,具體步驟如下。

1)通過用電信息采集系統(tǒng)導(dǎo)出同一天臺區(qū)總表、三相電能表、單相電能表的96點(diǎn)電壓時序數(shù)據(jù),對個別缺失值采用插值法進(jìn)行補(bǔ)齊,得到原始電壓時序數(shù)據(jù)矩陣U;

2)將相鄰時刻電壓數(shù)據(jù)前后相減Δu=utut-1,獲得電壓幅值變化矩陣ΔU;

3)分別計(jì)算三相電能表a相電壓幅值變化ΔUa與A、B、C相單相電能表電壓幅值變化ΔUA、ΔUB、ΔUC的Pearson相關(guān)系數(shù),計(jì)算公式為

式中:x i、y i分別為向量X、Y的第i個值;n為向量X、Y的維度;x-、y-分別為向量X、Y的均值;k為向量X、Y的相關(guān)系數(shù),k∈(-1,1),k的絕對值越大,說明X與Y的相關(guān)性越高,k為正,X與Y正相關(guān),k為負(fù),X與Y負(fù)相關(guān),由于同相位電壓變化趨勢為正相關(guān),因此k為正數(shù)越大,說明兩者在同一相位。

計(jì)算得到相關(guān)系數(shù)向量KaA、KaB、KaC,求出KaA、KaB、KaC的最大值kaA、kaB、kaC;同理計(jì)算三相電能表b、c兩相,最終得到相關(guān)系數(shù)矩陣K

通過矩陣中數(shù)值較大的3個數(shù),即可得到三相電能表各相的真實(shí)相位。例如kaA、kcB、kbC較大,則三相電能表相位為A、C、B;若有4個數(shù)值較大,kaA＞kaB＞kcB＞kbC,首先以最大的為準(zhǔn),先確定出一相,然后以同樣的方法再確定其他兩相,此三相電能表相位為A、C、B。

4)選取多天電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,數(shù)據(jù)量越大相位識別越準(zhǔn)確。

1.2 算法驗(yàn)證

選取冀北地區(qū)某供電中心10個典型臺區(qū)作為樣本對算法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證,10個臺區(qū)均包含單相電能表和三相電能表,且單相電能表數(shù)量占優(yōu),通過臺區(qū)識別儀現(xiàn)場測試獲得三相電能表各相相位。通過用電信息采集系統(tǒng)(基本應(yīng)用—HPLC管理—高頻采集數(shù)據(jù)明細(xì)/電能表相位信息)導(dǎo)出某天臺區(qū)內(nèi)所有電能表的96點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)和單相電能表相位明細(xì),按1.1中算法步驟計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行三相電能表相位分析,如表1所示。

表1 某臺區(qū)三相電能表與單相電能表電壓變化Pearson相關(guān)系數(shù)

三相電能表相位a、b、c僅為表計(jì)液晶屏顯示的相位,一般情況下不是真實(shí)相位,由表1 中Pearson相關(guān)系數(shù)分析可知三相電能表1、2、3的相位均為A、C、B,與實(shí)際相符。典型臺區(qū)三相電能表相位識別準(zhǔn)確率見表2。

表2 典型臺區(qū)三相電能表相位識別準(zhǔn)確率

由表2可知,采用1.1節(jié)中算法對10個典型臺區(qū)三相電能表相位識別平均準(zhǔn)確率達(dá)到96.04%,準(zhǔn)確率較高,驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性。

2 臺區(qū)分相線損率的計(jì)算

低壓配電臺區(qū)內(nèi)有臺區(qū)總表、單相電能表用戶和三相電能表用戶,臺區(qū)總表當(dāng)日發(fā)生電量為供電量,單相電能表用戶和三相電能表用戶當(dāng)日發(fā)生電量之和為售電量。臺區(qū)線損率計(jì)算公式為

式中:L為臺區(qū)線損率;WG為臺區(qū)總表電量;WS為臺區(qū)戶表電量之和。

臺區(qū)分相線損率就是對臺區(qū)A 相、B相、C 相分別計(jì)算線損率,計(jì)算公式為

式中:LA、LB、LC分別 為A 相、B相、C 相線損率;WGA、WGB、WGC分別為臺區(qū)總表分相電量;WDA、WDB、WDC為單相電能表用戶分相電量之和;WTA、WTB、WTC為三相電能表用戶分相電量之和。

對于單相電能表用戶,通過用電信息采集系統(tǒng)(高級應(yīng)用—臺區(qū)線損分析)導(dǎo)出臺區(qū)售電量明細(xì),剔除三相電能表用戶、保留單相電能表用戶,得到單相電能表用戶當(dāng)日發(fā)生的電量。采用HPLC的臺區(qū)可以識別電能表相位,通過用電信息采集系統(tǒng)(基本應(yīng)用—HPLC 管理—電能表相位信息)導(dǎo)出臺區(qū)內(nèi)單相電能表相位明細(xì)。將相同相位的電能表電量求和,得到單相電能表用戶分相電量WDA、WDB、WDC。

對于臺區(qū)總表和三相電能表用戶,由于現(xiàn)安裝的智能三相電能表不具備電能分相計(jì)量功能,無法直接獲取三相電能表分相電量。依據(jù)電量等于有功功率對時間的積分,因此,可以用分相有功功率計(jì)算分相電量。

式中:W為電量;P為瞬時有功功率。采用HPLC的臺區(qū),集中器每天對電能表電壓、電流、功率進(jìn)行高頻采集并上報主站,采集周期15 min,全天24 h共采96個點(diǎn)。通過用電信息采集系統(tǒng)(基本應(yīng)用—HPLC管理—高頻采集數(shù)據(jù)明細(xì))導(dǎo)出臺區(qū)總表和三相電能表分相96點(diǎn)有功功率時序數(shù)據(jù),利用積分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法中復(fù)合梯形公式計(jì)算分相電量近似值[16],

式中:W為電量;P j為第j個采集點(diǎn)的有功功率;h為步長,采集周期15 min,h=15/60;N為倍率。計(jì)算得到臺區(qū)總表分相電量WGA、WGB、WGC和三相電能表用戶分相電量,將三相電能表用戶相同相位的電量求和得到WTA、WTB、WTC。最后,利用公式(4)—(6)得到臺區(qū)分相線損率。

通過臺區(qū)分相線損率的計(jì)算,分別得到A、B、C單相的線損率,可以清晰的看出各相線損率之間的差異,找出線損率較高的相別。只針對該相別的計(jì)量裝置進(jìn)行現(xiàn)場排查,集中精力,快速找出計(jì)量故障點(diǎn)、查處竊電。同時,計(jì)量故障也可能是計(jì)量裝置本身出現(xiàn)故障或電能表安裝時工作人員錯接線、端子虛接等原因造成。通過分相線損異常分析,找出導(dǎo)致整個臺區(qū)線損率偏高的相別,快速準(zhǔn)確排查出故障電能表、互感器。

3 實(shí)例分析

冀北地區(qū)某小區(qū)供電設(shè)施較新,大多數(shù)公用變壓器臺區(qū)線損率在1%左右,日損失電量10 k Wh。但有1臺公用變壓器容量630 k VA,臺區(qū)內(nèi)低壓用戶151戶,2021年夏季臺區(qū)日供電量約800 k Wh,臺區(qū)線損率在4%?6%,小于7%,線損率合格,日損失電量約50 k Wh,該小區(qū)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推測該臺區(qū)線損率可能偏高。選取供電量大致相同、線損率相差最大的7月11—21日進(jìn)行初步分析,如表3所示。

表3 某公用變壓器臺區(qū)電量及線損率

通過用電信息采集系統(tǒng)(高級應(yīng)用—臺區(qū)線損分析)導(dǎo)出11日與21日臺區(qū)內(nèi)所有用戶的電量進(jìn)行比對,無電量變化明顯的用戶,利用臺區(qū)線損率分析無效。該臺區(qū)為HPLC臺區(qū),可以進(jìn)一步分析臺區(qū)分相線損率,由于計(jì)算分相線損率需要96點(diǎn)電壓、電流、功率的采集數(shù)據(jù),選取數(shù)據(jù)采集最齊全的8月16日計(jì)算分相線損率結(jié)果如表4所示。

表4 某公用變壓器臺區(qū)分相線損率

由表4 可以看出,該臺區(qū)B 相線損率達(dá)到24%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常范圍,判斷B相存在問題。用電檢查人員只需核查B 相所帶用戶計(jì)量裝置即可,并且要特別注意三相計(jì)量裝置的B 相。經(jīng)系統(tǒng)查詢,有48個單相電能表用戶和7個三相電能表用戶為B相所帶,共核查55戶,無需對臺區(qū)內(nèi)151戶全部核查,大大減少了工作量。

經(jīng)現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn),該小區(qū)消防設(shè)施用計(jì)量裝置為經(jīng)電流互感器接入的三相四線電能表,倍率60。用鉗形電流表測得B相主電纜電流7.56 A,電能表顯示B相電流0.057 A,乘以倍率后為3.42 A,小于主電纜實(shí)際電流。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)B相接線端子內(nèi)被涂抹502膠水使其導(dǎo)電性變差,造成電流互感器二次回路電流變小,少記電量?，F(xiàn)場對竊電用戶下發(fā)《違竊電通知書》,經(jīng)處理整改后該臺區(qū)線損率降至1%,日損失電量降至10 k Wh,如表5所示。

表5 整改后某小區(qū)臺區(qū)線損統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

本文基于用電信息采集系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù),利用HPLC相位識別技術(shù)和電壓數(shù)據(jù)相關(guān)性算法實(shí)現(xiàn)單相電能表和三相電能表的相位識別,利用有功功率數(shù)據(jù)和數(shù)值積分方法得到三相電能表分相電量,實(shí)現(xiàn)臺區(qū)分相線損率的計(jì)算。選取臺區(qū)線損率在正常高值的某小區(qū)公用變壓器計(jì)算臺區(qū)分相線損率,發(fā)現(xiàn)B相線損率偏高,現(xiàn)場只檢查B相所帶計(jì)量裝置,發(fā)現(xiàn)用戶竊電行為。由此表明,臺區(qū)線損率合格的臺區(qū)可能分相線損率并不合格,分相線損率可以辨識出更多的高線損率臺區(qū);臺區(qū)分相線損率便于發(fā)現(xiàn)問題相,現(xiàn)場作業(yè)人員只需檢查問題相所帶用戶計(jì)量裝置,可縮小現(xiàn)場巡查范圍,減少工作量,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。下一步將利用HPLC 高頻采集數(shù)據(jù)功能,深入挖掘數(shù)據(jù)信息,基于大數(shù)據(jù)開發(fā)更具優(yōu)勢的相位識別算法,使三相電能表相位識別準(zhǔn)確率更高,過程更為簡便。