摘? 要：電力計量裝置有時會顯示電力出現(xiàn)異常，監(jiān)測受到計量裝置損壞和不正常位移的影響，使得電力計量檢測出現(xiàn)錯誤。為此，文章提出探究分析電力計量裝置異常原因及監(jiān)測方法。從底層分析電力計量裝置產(chǎn)生異常的原因，從上層通信網(wǎng)監(jiān)測和底層通信網(wǎng)監(jiān)測的角度構(gòu)建電力計量裝置異常監(jiān)測方案的實施流程。電力計量裝置的三相電流對比實驗結(jié)果表明：在該監(jiān)測方法下，利用融合技術(shù)結(jié)合模糊運算的分析方法，所得監(jiān)測數(shù)據(jù)準確無誤。

關(guān)鍵詞：電力計量;裝置異常;計量裝置;監(jiān)測方法

中圖分類號：TP391 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0165-03

Exploring and Analyzing Abnormal Causes and Monitoring Methods of Power Metering Devices

QIN Xiangchun

（Huai’an Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Company， Huai’an? 223200， China）

Abstract： The power metering device sometimes shows that the power is abnormal， and the monitoring is affected by the damage of the metering device and abnormal displacement， which makes the power metering detection error. Therefore， this paper proposes to explore and analyze the abnormal causes and monitoring methods of power metering devices. Analyze the causes of abnormal power metering devices from the bottom， and construct the implementation process of abnormal monitoring scheme of power metering devices from the perspective of upper communication network monitoring and lower communication network monitoring. The experimental results of the comparison of the three-phase current of the power metering device show that the monitoring data is correct， obtained by using the fusion technology and the analysis method of fuzzy calculation under this monitoring method.

Keywords： power metering; device abnormality; metering device; monitoring method

0? 引? 言

作為社會生產(chǎn)生活與經(jīng)濟活動原動力的電能，其質(zhì)量好壞與穩(wěn)定性是關(guān)系國民生產(chǎn)秩序正常與否的關(guān)鍵要素，需要從根本上做到可靠保障[1]。電力計量裝置是對電能供應(yīng)起到計量作用、便于供電部門進行規(guī)劃與調(diào)整的終端設(shè)備，其工作狀態(tài)與電能用戶的使用體驗和感受息息相關(guān)，電力計量裝置一旦發(fā)生異常不但會影響對用戶的電能供應(yīng)，還會對國家電網(wǎng)造成經(jīng)濟損失[2]。因此，保證電力計量裝置良好的工作狀態(tài)，是電網(wǎng)高效運行的底層基礎(chǔ)保障[3]。我國電力行業(yè)在20世紀90年代以前一直遵循計劃時代經(jīng)濟的監(jiān)測方法，政企分開壟斷經(jīng)營，沒有明確的目標也沒有主要的動力，由于管理的不恰當而導(dǎo)致效率低下，沒有辦法根據(jù)市場需求的變化而隨機應(yīng)變[4]。中國的快速發(fā)展帶動了電力行業(yè)的不斷向前，在電能計量監(jiān)測領(lǐng)域也隨之出現(xiàn)了不少亟待解決的問題，為了實現(xiàn)更快的發(fā)展，處理和解決這些問題便成了現(xiàn)在的首要任務(wù)[5]。

1? 探究分析電力計量裝置異常原因

加強用電管理，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供電和準確計量，是電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)建設(shè)的目標。從底層發(fā)現(xiàn)電力計量裝置的潛在問題，做到有針對性地發(fā)現(xiàn)問題，有切入點地分析問題，創(chuàng)造性地解決問題[6]。電能表、電壓和電流的互感器以及測量柜都屬于電力計量裝置的組成部分。電能表作為核心構(gòu)成要素，其主要作用是用來計算一定時間內(nèi)電能的具體消耗[7]。在計量裝置無法正確識別電能關(guān)鍵系統(tǒng)操作時，電力計量裝置則處于異常狀態(tài)。如緩慢旋轉(zhuǎn)、反向旋轉(zhuǎn)、感應(yīng)式電表卡計或電表計數(shù)變少等（不包括電子式電表）;此外，計量裝置的損壞和異常位移也屬于異常狀態(tài)的范疇[8]。計量裝置一旦出現(xiàn)了系統(tǒng)故障干擾（主要是諧波問題），即代表電力計量裝置出現(xiàn)了異常。在眾多問題之中，電力計量裝置出現(xiàn)異常最重要且最常見的原因就是竊電。因此，電力計量裝置的異常可以分為自身故障和人為干擾兩大類。針對自身故障，可以采取定期檢查和報故排查的方式解決;針對人為干擾則需要設(shè)計監(jiān)測方法進行智能診斷，以便及時發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為并采取相應(yīng)的管控措施。

2? 電力計量裝置異常監(jiān)測方法設(shè)計流程

針對危害最大的人為因素造成的電力計量裝置異常問題，需要采取一種實時的監(jiān)測方法進行異常識別。異常監(jiān)測設(shè)備通過在線聯(lián)網(wǎng)工作，采集電網(wǎng)的運行參數(shù)和電力計量裝置的運行狀況數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)運行異常和故障隱患，經(jīng)初步判斷發(fā)現(xiàn)竊電行為時，第一時間發(fā)出警報。異常監(jiān)測設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)主要分為主站設(shè)備、子站設(shè)備，以及作為信息傳輸通路的通信層。其中主站作為管理中心的角色存在，可以融合到現(xiàn)有國網(wǎng)調(diào)度中心管理系統(tǒng)之中;子站設(shè)備為需要檢測的各個終端電力計量裝置。電力計量裝置監(jiān)測設(shè)備組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

主站的功能設(shè)計為：從通信網(wǎng)絡(luò)中獲取各個電力計量裝置的運行狀態(tài)信息，并通過外圍設(shè)備對所獲取信息的分析與處理，提取有價值的信息，并與預(yù)存的標準信息閾值進行對比，結(jié)果作為判斷電力計量裝置正常與否的依據(jù)，并根據(jù)所獲取信息的特征值，判斷電力計量裝置出現(xiàn)異常的可能原因，為管理員提供決策依據(jù)。分站與主站以星形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成信息交互整體，主站位于中控室，分站位于各動力設(shè)備站。若電力計量裝置的質(zhì)量不能滿足要求，配置存在一些問題，或裝置長時間處于一個過于嚴酷的工作環(huán)境下，一直不間斷運行就很有可能引發(fā)故障。電力計量裝置本身停止工作則為裝置出現(xiàn)了問題，這種現(xiàn)象在現(xiàn)實之中并不常見。一般情況下，電力計量裝置產(chǎn)生故障的原因是受各種因素的影響，且長期工作于非額定條件下，從而形成的裝置失效。

系統(tǒng)干擾也會使電力計量裝置產(chǎn)生誤差，進而影響其對電能的檢測。系統(tǒng)擾動的關(guān)鍵在于電力系統(tǒng)的諧波，電力電子設(shè)備的主要來源是大范圍的使用電力，以及電力負載的非線性波動。根據(jù)條件來設(shè)計感應(yīng)式電能表，僅能夠保證電能表在工頻范圍內(nèi)的頻段性能受到限制，但當工作干擾存在于諧波狀態(tài)下時，則會產(chǎn)生較大的誤差。

2.1? 上層通信網(wǎng)監(jiān)測

在異常監(jiān)測設(shè)備中，由于主站與子站間分布方式的限制，子站的各個電力計量裝置監(jiān)測終端不能輕松地將自身數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，需要依托遠程采集技術(shù)來構(gòu)建信息交互的通信網(wǎng)絡(luò)。主站作為中央管控單元，需要處理電網(wǎng)中各級各類型的電力計量裝置（既包括電力與能源終端，又包括作為管理端存在的配電監(jiān)測與自動終端、售電管理設(shè)備等），由于層級復(fù)雜，功能迥異，需要分級管理，針對各個設(shè)備的信息收集與處理也需要分為兩層網(wǎng)絡(luò)來實施。上層網(wǎng)絡(luò)是與主站進行信息交換與傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，是依托主干網(wǎng)而建設(shè)的專用高速網(wǎng)絡(luò)，其功能是信息的低延遲傳輸，并提供穩(wěn)定的控制信道。電力計量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，由分站和主站組成連接，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供公司用戶與可控負荷間的信息交互。其遵循的通信標準必須是雙向的，且必須是安全可靠的。一般來說，可以劃分為有線和無線兩種通信方法。

2.2? 底層通信網(wǎng)監(jiān)測

采集終端和集中器的通信稱之為底層通信網(wǎng)。在底層通信中傳輸距離不需要過長，采用總線通信便可達到目的。在總線通信網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點共同享有同一個數(shù)據(jù)通道來進行廣播通信，各個節(jié)點之間也可以相互聯(lián)系。子站各節(jié)點到主站的通信成為上層通信，需要構(gòu)建專用的通信網(wǎng)絡(luò)。可以通過租用公共通信網(wǎng)絡(luò)的形式建設(shè)上層通信，在條件允許的情況下，優(yōu)先選擇建設(shè)電力通信專網(wǎng)，實現(xiàn)核心數(shù)據(jù)的專網(wǎng)傳輸，提高數(shù)據(jù)保密性，并降低外界干擾。變電站系統(tǒng)終端為核心，用于收集和計算電量信息設(shè)備和信號設(shè)備提供的stealing繼電器圖像等，對所收集的數(shù)據(jù)進行存儲和預(yù)處理。變電站和主站都能監(jiān)測電力計量裝置的異常狀態(tài)。

2.3? 電力計量裝置異常監(jiān)測

電力計量裝置的運行參數(shù)通過底層網(wǎng)絡(luò)和上層網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡?，?jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理，分解出其中的關(guān)鍵變量信息，主站上位機對數(shù)據(jù)進行計算，與預(yù)先設(shè)定的健康工作參數(shù)閾值的離散量進行對比，通過離散幅度值判斷計量裝置是否處于正常狀態(tài)，在發(fā)現(xiàn)偏差過大時觸發(fā)關(guān)注程序，在一個時間段內(nèi)重復(fù)計算該計量裝置的工作參數(shù)，如果計量裝置持續(xù)處于偏差較大的狀態(tài)，則判斷為計量裝置發(fā)生故障或處于人為干擾狀態(tài)，觸發(fā)報警程序，提示管理人員進行詳查，實行排故處理。

3? 對比實驗

3.1? 實驗準備

電能計量是電力生產(chǎn)的重要組成部分，電力計量裝置的狀態(tài)監(jiān)測直接影響電能管理的效率。在計量裝置的實際運行中，由于裝置的可靠性、運行環(huán)境和人為因素等原因，可能會出現(xiàn)各種問題。作為電壓、電流、功率因數(shù)、相角、電量、通信異常信息的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在狀態(tài)監(jiān)測中計量裝置和其他參數(shù)的異常信息（包括連續(xù)變化信號以及間隔判別信號），采用三相不平衡法對這些信號進行預(yù)處理，目的是對各種輸入信號的處理進行歸一化。有功電能采用直接法測量，通過電壓與電流轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，進行測量產(chǎn)生功率;經(jīng)過一段時間后，可得這段時間內(nèi)消耗的電能EP：

（1）

其中，U和I為電壓和電流的某一采樣值（此時的采樣值），tn為這一時段的采樣次數(shù)，為采樣間隔。通過電能管理效率，得到電能測量模型為：

（2）

沒有做功時可以用相移法測量，將電壓采樣值移相2/π（工頻5 ms），乘以電流采樣值，經(jīng)過一段時間的累積得到該段時間內(nèi)的無功能量，即延時3 m/s的采樣值。大多數(shù)家用戶和小容量照明負載采用直接接入式計量，根據(jù)電能質(zhì)量標準對三相電壓不平衡程度范圍的要求，可定義三相電壓不平衡的特性，1表征三相電壓不平衡，0表征電壓不平衡事件沒有發(fā)生，如表1所示。

對于三相電路，可選擇一臺三相有功電能表或三臺單相有功電能表。這種連接方式一般用于低壓配電系統(tǒng)中，中性點直接接地在三相系統(tǒng)中應(yīng)用，并能正確測量三相電壓、電流是否對稱。根據(jù)異常特征的分析測量電壓，得到三相電流不平衡監(jiān)測的特征變量定義，如圖3所示。

將因三相電流不平衡產(chǎn)生的異常投射到功率圖譜中，計算異常時長、功率偏差、失衡影響，并判斷對電網(wǎng)產(chǎn)生的反饋影響是否會引發(fā)非常態(tài)現(xiàn)象，以此設(shè)定安全閾值。分析失衡態(tài)與上升脊分布的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定上升脊分布的內(nèi)部參數(shù)為a=0.20，B=0.30（三相三線制）或B=0.50（三相四線制）。

3.2? 實驗結(jié)果

電力計量裝置將監(jiān)測參數(shù)作為數(shù)據(jù)信號，通過運行信號進行分析，將理論歸一化。通過電力計量裝置，對各種信號進行監(jiān)測，實現(xiàn)電力計量裝置在線狀態(tài)異常監(jiān)測。系統(tǒng)電壓、電流相量和功率因數(shù)角的建立是完全對稱的，但電壓和電流矢量的對稱不能滿足要求，需要通過提高誤差極限來解決這一問題。在電力計量裝置的狀態(tài)監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，數(shù)據(jù)與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果一致，證明所建立的關(guān)系和監(jiān)測方法是正確的和有效的。

4? 結(jié)? 論

電力計量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測是一種新興的高性能電力計量裝置信息管理手段，通過對分布于電網(wǎng)終端的電力計量裝置的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題并盡快解決問題，這對于電網(wǎng)的持續(xù)安全、穩(wěn)定運行具有基礎(chǔ)的輔助作用。在保證電網(wǎng)設(shè)備正常運行的同時，可以及時發(fā)現(xiàn)和打擊非正常用電行為，這對于保護電網(wǎng)良性運營環(huán)境具有重要的指導(dǎo)意義。隨著研究的不斷深入，我們還將在故障設(shè)備超前預(yù)警等方面增加電力計量裝置異常監(jiān)測設(shè)備的功能，實現(xiàn)更為智能化的應(yīng)用，從而更好地滿足發(fā)展需求。

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作者簡介：秦香春（1984.03—），男，漢族，江蘇泰興人，工程師，本科，研究方向：電氣自動化。