劉高原，戴春怡，朱俊杰

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

電能量采集系統(tǒng)在計(jì)量缺陷分析過(guò)程中的應(yīng)用

劉高原，戴春怡，朱俊杰

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

介紹了電能量采集系統(tǒng)在計(jì)量缺陷分析過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合具體實(shí)例說(shuō)明缺陷分析的方法，并根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)的分析結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)選型、設(shè)備運(yùn)行提出了相關(guān)的建議。這對(duì)提高電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平和計(jì)量管理水平都有一定的指導(dǎo)和參考意義。

電能采集；計(jì)量；缺陷；線損率

線損率是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，電能量采集系統(tǒng)為遠(yuǎn)程抄表提供有效地解決手段，也是有效控制線損率的重要舉措。電能量采集系統(tǒng)作計(jì)量缺陷分析過(guò)程中發(fā)揮重要作用，通過(guò)對(duì)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)、電能表、計(jì)量二次回路等各環(huán)節(jié)的缺陷，結(jié)合分析可以準(zhǔn)確地對(duì)缺陷進(jìn)行定位，大大提高缺陷處理能力，縮短缺陷處理時(shí)間。

上海電網(wǎng)范圍內(nèi)220 kV及以下線路電能表全部接入電能量采集系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，并在此基礎(chǔ)上建立站內(nèi)電能平衡、220 kV線路線損、每日母線平衡、每月母線平衡、主變損耗、每月網(wǎng)損等的自動(dòng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)等功能，通過(guò)對(duì)電能量的自動(dòng)采集和計(jì)算統(tǒng)計(jì)確保每一個(gè)計(jì)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，由此實(shí)現(xiàn)了橫向可以分析任一時(shí)間斷面上母線、主變、變電站、分區(qū)等的電能平衡，縱向可對(duì)任一線路跟蹤分析，實(shí)時(shí)掌控電能計(jì)量的運(yùn)行情況以及負(fù)荷變化趨勢(shì)[1-2]。

本文將介紹電能量采集系統(tǒng)在計(jì)量缺陷分析過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合具體實(shí)例說(shuō)明缺陷分析的方法，并根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)的分析結(jié)果，對(duì)今后設(shè)計(jì)選型、設(shè)備運(yùn)行提出了建設(shè)性的意見(jiàn)。

1 電能量采集系統(tǒng)概述

電能量采集系統(tǒng)主要由站內(nèi)電能表、二次回路、電能采集終端、電能采集主站等部分構(gòu)成，任何一個(gè)環(huán)節(jié)故障都可導(dǎo)致線損率偏差。通過(guò)分析電能量采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，綜合母線平衡趨勢(shì)、主變平衡趨勢(shì)、線路平衡趨勢(shì)等多方面的數(shù)據(jù)，可以明確缺陷類型和缺陷發(fā)生的具體線路。

根據(jù)上海電網(wǎng)電能量采集系統(tǒng)要求，電量不平衡率大于±1%為不合格數(shù)據(jù)，不平衡率小于±1%均為合格。為了跟蹤分析電能采集數(shù)據(jù)，并提高電能采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在分析過(guò)程中，當(dāng)不平衡率不在-3%～+5%之間時(shí)，進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)，以月度為單位，統(tǒng)計(jì)各站各電壓等級(jí)的母線不平衡率的平均值和離散性，以便對(duì)不平衡率數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析和掌控。

1.1電能表內(nèi)部故障

電能表內(nèi)部故障會(huì)導(dǎo)致計(jì)量電量的丟失，體現(xiàn)在負(fù)荷曲線上就是曲線不連續(xù)，出現(xiàn)斷點(diǎn)，體現(xiàn)在采集數(shù)據(jù)上，就會(huì)造成母線日平衡率超標(biāo)或離散性增大。通過(guò)觀察和分析母線平衡趨勢(shì)，結(jié)合負(fù)荷曲線分析可以定位故障電能表。

案例一：

2015年4月，某220 kV變電站35 kV母線平衡率在月初一直處于良好水平，但從12日開(kāi)始母線不平衡率明顯上升。結(jié)合測(cè)量點(diǎn)列表得出，35 kV線路1電能表有異常，調(diào)閱該線路負(fù)荷曲線發(fā)現(xiàn)其從12日開(kāi)始出現(xiàn)斷點(diǎn)，13日后負(fù)荷曲線消失(見(jiàn)圖1)。經(jīng)與站內(nèi)聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)該線路一直有負(fù)荷，由此確認(rèn)該線路電能表內(nèi)部故障導(dǎo)致電量缺失，予以更換電能表解決問(wèn)題。

表1 某站110 kV母線4月份電量差異表

圖1 2015年4月35 kV線路1負(fù)荷曲線圖

案例二：

2015年9月，某220 kV變電站110 kV母線平衡率于24日開(kāi)始變差，平均值、離散性上升。經(jīng)過(guò)排摸后發(fā)現(xiàn)，110 kV線路1負(fù)荷曲線在24日開(kāi)始發(fā)生斷點(diǎn)(見(jiàn)圖2)，隨后斷點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間越來(lái)越大，對(duì)照母線平衡率發(fā)生日期(24日)和后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)，確定是由于該線路電能表問(wèn)題導(dǎo)致母線平衡率偏差。

圖2 2015年9月份110 kV線路1負(fù)荷曲線圖

案例三：

2015年10～11月，某220 kV變電站35 kV日母線平衡率之前一直很好，但自10月25日開(kāi)始母線平衡率開(kāi)始發(fā)生波動(dòng)，到11月15日母線平衡率波動(dòng)大于1%。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)35 kV線路2負(fù)荷曲線斷續(xù)，并且大的斷續(xù)點(diǎn)從11月15日開(kāi)始，與每日平衡率發(fā)生超差相符，由此可以確定該電能表發(fā)生故障。母線日平衡率發(fā)生偏差一般是由于某一電能表發(fā)生問(wèn)題，如果從負(fù)荷曲線異常結(jié)合發(fā)生偏差日查找問(wèn)題，可以準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的線路。

案例四：

某220 kV變電站35 kV母線日平衡率在2015年8月之前一直都處于正常水平，但在8月母線日平衡率波動(dòng)較大，離散性指標(biāo)達(dá)到8.046(正常小于1)。盡管母線不平衡率平均值為0.18%，但是離散性較大，應(yīng)為不正常情況。

通過(guò)對(duì)母線平衡率超大的日期進(jìn)行母線分段平衡分析，發(fā)現(xiàn)35 kV五段母線平衡率超差較大，對(duì)五段母線平衡的所有出線的負(fù)荷曲線進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)35 kV線路3負(fù)荷曲線存在斷點(diǎn)，由此判斷該線路電能表發(fā)生故障。母線月平衡率合理，但離散性超標(biāo)，一般也是由電能表故障引起的，可通過(guò)分析各條母線的平衡，再結(jié)合線路負(fù)荷曲線來(lái)定位故障的電能表。

1.2二次回路異?；蚓炔蛔?/p>

二次回路異常包括電流回路異常和電壓回路異常，電流互感器或電壓互感器回路的精度與線性度、二次回路壓降都會(huì)影響計(jì)量的精度。

當(dāng)線路所帶負(fù)荷較小，電流互感器可能工作于初始傳變的非線性區(qū)域，導(dǎo)致電流互感器誤差偏大。同時(shí)，電能表也有起始計(jì)量點(diǎn)(額定電流的0.1%)，小負(fù)荷情況下不會(huì)進(jìn)行計(jì)量。這兩方面都會(huì)導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)的偏差。

案例五：

2015年4月，某站110 kV母線各有一條出線與供電公司電量發(fā)生不平衡。4月份電量差異如表1所示。

按照定工1145線路售電量計(jì)算，供電側(cè)少計(jì)電量3.6萬(wàn)kVA，檢查該變電站110 kV母線不平衡率為0.17%，在合理范圍內(nèi)。檢查電能表每日平衡率工作狀態(tài)發(fā)現(xiàn)每日平衡率的平均值為0.172%，離散性為0.066，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確穩(wěn)定，說(shuō)明電能表工作狀態(tài)良好。因此，該線路線損率-3.64%無(wú)法確定是否為供電側(cè)問(wèn)題。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，兩條線路的負(fù)荷均較小，電流互感器工作于非線性傳變區(qū)，誤差較大，導(dǎo)致電能表數(shù)據(jù)偏差大。同時(shí)，線路兩端電流互感器變比分別為600/5和300/5，線路兩側(cè)電流互感器的一次電流相同，二次電流不同，兩側(cè)電流互感器工作于不同的非線性區(qū)域，造成了兩側(cè)偏差進(jìn)一步增大。

案例六：

2015年3月～6月，某220 kV變電站110 kV母線上投運(yùn)的只有一條110 kV線路和4號(hào)、5號(hào)二臺(tái)110 kV主變(空充狀態(tài))，母線平衡總是超差(4%左右)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，110 kV出線每月電量?jī)H為40萬(wàn)kVA，屬于小負(fù)荷情況，考慮到電流互感器變比工作在小負(fù)荷起始點(diǎn)的非線性特性，母線不平衡超差應(yīng)為正常；但1、2號(hào)主變電流互感器為1 600/5，出線變比800/5線路，按照常理不平衡率應(yīng)為負(fù)值，但實(shí)際為正值。仔細(xì)分析4、5號(hào)110 kV主變接入母線，電量為零(下面10 kV無(wú)出線)。實(shí)際上4、5號(hào)主變盡管沒(méi)有負(fù)荷，但在空充情況下有近30 kW的鐵損，由于受電流互感器起始點(diǎn)非線性影響和未到達(dá)電能表起始計(jì)量點(diǎn)，110 kV主變電能表計(jì)量為零。但1號(hào)主變110 kV側(cè)電能表在計(jì)算電量時(shí)，由于母線上有110 kV線路小負(fù)荷，跨越了計(jì)量死區(qū)，同時(shí)也將4、5號(hào)主變的鐵損計(jì)量在內(nèi)，由此造成母線的不平衡率為正值。將鐵損30 kW的每月電量(2萬(wàn)kVA)補(bǔ)上后，母線平衡基本正常。從6月份開(kāi)始，4、5號(hào)主變負(fù)荷逐漸增加，盡管110 kV線路負(fù)荷未增加，但由于110 kV主變負(fù)荷增加，4、5號(hào)主變電能表開(kāi)始計(jì)量，因此110 kV母線平衡率明顯好轉(zhuǎn)。

案例五和案例六表明：低負(fù)荷小電流計(jì)量受到電流互感器非線性和電能表啟動(dòng)電流影響，其計(jì)量精度較差，因此有必要開(kāi)展探討根據(jù)負(fù)荷情況合理選擇電流互感器變比和電能表額定電流的大小，并統(tǒng)一規(guī)范線路二端電流互感器變比。這也是精細(xì)化線損工作開(kāi)展以來(lái)大量統(tǒng)計(jì)分析后的重要結(jié)論。

電壓回路異常也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，電壓回路異常包括包括電壓回路壓降大或電壓回路缺相。

案例七：

2015年5月，某220 kV變電站35 kV母線平衡率自6日開(kāi)始超差。超差的不平衡率是負(fù)值，說(shuō)明主變35 kV電能表少記電量，查看發(fā)現(xiàn)3號(hào)主變35 kV五段開(kāi)關(guān)電能表的電量從6日開(kāi)始突然減小，并且跌幅達(dá)到50%，其負(fù)荷曲線如圖3所示。經(jīng)查為3號(hào)主變35 kV五段電能表電壓小開(kāi)關(guān)斷線，28日處理后恢復(fù)正常。

圖3 2015年5月某站3號(hào)主變35 kV五段負(fù)荷曲線

由圖3可見(jiàn)，二次回路的異常也會(huì)導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)偏差增大，但是從負(fù)荷曲線上可能不能很明顯看出來(lái)，需要經(jīng)過(guò)分析才能確定故障線路。對(duì)于小負(fù)荷情況，尤其是線路兩側(cè)電流互感器變比不一致的回路，有必要在設(shè)計(jì)階段根據(jù)負(fù)荷的預(yù)測(cè)情況，有針對(duì)性的選擇電流互感器型式和變比。

1.3電能采集終端故障或網(wǎng)絡(luò)通信異常

2015年共發(fā)生了14起電能采集終端故障缺陷，經(jīng)重啟或更換電能采集終端后恢復(fù)，電能表與采集終端通信異常缺陷12起。電能采集終端故障后整站或整條母線數(shù)據(jù)無(wú)法上傳，現(xiàn)象明顯。由于電能表的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電能表中，采集終端只負(fù)責(zé)與主站的通信，在故障消除，通信重新建立后，會(huì)將電能表中的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)，因此一般采集終端故障不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。

1.4采集系統(tǒng)參數(shù)配置與實(shí)際不一致

電能表上傳的數(shù)據(jù)是電能表的二次電流和二次電壓的計(jì)算值，采集系統(tǒng)需根據(jù)電能表所在回路的電流互感器變比和電壓互感器變比進(jìn)行換算，變成一次值進(jìn)行平衡計(jì)算。采集系統(tǒng)中需要對(duì)每個(gè)電能表設(shè)置電流互感器和電壓互感器變比。電壓互感器變比一般固定不變，由線路的電壓等級(jí)決定。電流互感器變比根據(jù)不同間隔而異，也可能因電流互感器更換等發(fā)生變化。

案例八：

2015年11月，某220 kV變電站自21日開(kāi)始35母線平衡率有所增大(0.72%)，分析顯示35 kV六段偏差較大，但是查找各線路負(fù)荷曲線均無(wú)斷續(xù)等異常情況。經(jīng)與檢修計(jì)劃比對(duì)后發(fā)現(xiàn)20日35 kV六段上有一條備倉(cāng)改投運(yùn)，初步估計(jì)可能是該條線路原因?qū)е缕钤龃螅?jīng)翻閱臺(tái)賬發(fā)現(xiàn)該條線路電流互感器變比為1 000/5，采集系統(tǒng)中設(shè)置的電流互感器變比為600/5，因之前其一直處于備用狀態(tài)，變比無(wú)影響，投運(yùn)后就對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)有影響，造成偏差增大。

2 對(duì)電能采集分析的建議

電能量采集系統(tǒng)可以輔助分析計(jì)量設(shè)備的缺陷，快速定位缺陷設(shè)備，為了更好地發(fā)揮采集系統(tǒng)的作用，提出以下建議。

2.1對(duì)分析方法的改進(jìn)建議

利用系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷定位分析時(shí)，一般需要綜合運(yùn)用到多個(gè)統(tǒng)計(jì)表格，如綜合母線日平衡趨勢(shì)、線路日平衡趨勢(shì)才能確定某條線路電能表故障或參數(shù)設(shè)置問(wèn)題，綜合母線日平衡趨勢(shì)、主變?nèi)掌胶廒厔?shì)才能確定主變電能表是否有問(wèn)題。目前的分析手段主要是人工分析，工作量大，并且嚴(yán)重依賴分析人員的經(jīng)驗(yàn)，不利于提高分析效率。應(yīng)針對(duì)這些數(shù)據(jù)建立分析系統(tǒng)，引入人工智能的分析方法，建立計(jì)量缺陷分析專家?guī)?，以便更充分地利用采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提高分析效率。

2.2對(duì)設(shè)計(jì)選型的建議

在設(shè)計(jì)階段考慮電能表計(jì)量回路對(duì)電流互感器變比的要求。根據(jù)文獻(xiàn)[1]要求：“電流互感器額定一次電流宜按正常運(yùn)行的實(shí)際負(fù)荷電流達(dá)到額定值的2/3左右，至少不小于30%(對(duì)S級(jí)為20%)。對(duì)于正常負(fù)荷電流小、變化范圍大的回路，宜選用特殊用途(S型)的電流互感器”。線路設(shè)計(jì)時(shí)兩端的電流互感器特性與變比應(yīng)選取一致，使兩端電流互感器工作在同一特性區(qū)域內(nèi)，減小線損的統(tǒng)計(jì)誤差。

根據(jù)線路設(shè)計(jì)負(fù)荷的大小，選擇適當(dāng)標(biāo)定電流的電能表。文獻(xiàn)[1]要求：“為提高低負(fù)荷時(shí)的計(jì)量準(zhǔn)確性，應(yīng)選用過(guò)載4倍及以上的電能表。對(duì)經(jīng)電流互感器接入的電能表，其標(biāo)定電流宜不低于電流互感器額定二次電流的30%(對(duì)S級(jí)為20%)，額定最大電流為額定二次電流的12%左右”。同時(shí)，應(yīng)選擇精度高的電能表，以提高計(jì)量數(shù)據(jù)的精確性。

2.3對(duì)運(yùn)行維護(hù)的建議

若有備倉(cāng)改投運(yùn)、新增線路、新?lián)Q電能表等工作，應(yīng)根據(jù)《檢修公司計(jì)量管理實(shí)施細(xì)則》，在設(shè)備投運(yùn)前，檢修中心人員將電能計(jì)量參數(shù)報(bào)給運(yùn)行人員，運(yùn)行人員及時(shí)將電系變化情況、計(jì)量參數(shù)調(diào)整內(nèi)容等報(bào)予管理部門，并檢查其參數(shù)修改的正確性，保證采集數(shù)據(jù)的正確。

電能表計(jì)量精度對(duì)二次回路的要求較高，以后定期校驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)重視電能表二次回路的檢查，同時(shí)應(yīng)重視電能表采集通信的暢通，工作結(jié)束后和工程驗(yàn)收時(shí)應(yīng)注意檢查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信正常。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了電能量采集系統(tǒng)在計(jì)量缺陷分析過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合8個(gè)具體的案例說(shuō)明了缺陷分析的方法，并根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)的分析結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)選型、設(shè)備運(yùn)行提出了相關(guān)的建議。這對(duì)提高電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平和計(jì)量管理水平都有一定的指導(dǎo)和參考意義。

[1] 電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL/T 5137—2001[S].

[2]電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程:DL/T 448—2000[S].

(本文編輯：趙艷粉)

Application of Electric Energy Collection system in Measurement Defect Analysis

LIU Gaoyuan, DAI Chunyi, ZHU Junjie

(State Grid Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 200063, China)

This paper introduces the current application of electric energy collection system in measurement defect analysis process, and illustrates the method of defect analysis with the specific examples. Then according to the long-term analysis results, some suggestions are presented on design selection amd equipment operation. This research provides certain guidance and significant reference to improving the power system design level and measurement management level.

electric energy collection; measurement; defect; line loss rate

10.11973/dlyny201704007

劉高原(1984—)，男，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)二次相關(guān)專業(yè)的運(yùn)維、檢修工作。

TM764

：A

：2095-1256(2017)04-0397-04

2017-04-25