王海濤 胡元璐

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基于用電信息采集系統(tǒng)的電能表失壓斷相后電量追補的分析

王海濤 胡元璐

（國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東青島 266100）

本文介紹了三相電能表失壓的過程，并以三相四線電能表為例，介紹了電能表失壓斷相后電量追補的傳統(tǒng)方法。針對采用傳統(tǒng)方法開展追補工作存在的弊端，提出了基于用電信息采集系統(tǒng)電能表失壓斷相追補方法，描述了該方法的數(shù)學(xué)模型、計算過程和應(yīng)用實例，采用該方法后可以大幅提高電能表失壓斷相的電量追補精度，并有利于電量追補工作的良性開展。

電能表；失壓斷相；電量追補；用電信息采集系統(tǒng)

電能表是電能計量裝置的核心部分，其測量值的準(zhǔn)確性將直接影響電費收取的公平公正，關(guān)系到供電企業(yè)和用電客戶的切身利益。

在實際運行過程當(dāng)中電能計量裝置可能出現(xiàn)失壓、斷相和失流等故障，當(dāng)電能計量裝置在故障狀態(tài)下運行時，電能表所計得的電量是不正確的，如何正確計算退補電量是計量工作人員必須面對的問題。現(xiàn)有追補方法還停留在機械表和電子表時代的計算公式，而且利用的追補時間也只是參照電能表本身的失壓記錄時間，局限性和公正性難以令人 信服。

本文提出基于用電信息采集系統(tǒng)的電能表在失壓斷相故障狀態(tài)下電量追補的綜合性分析方法，介紹了方法模型和分析驗證。

1 三相智能表失壓斷相分析

在高電壓、大電流系統(tǒng)中，電能表不能直接接入測量回路，需要先通過互感器變換成低電壓、小電流再接入測量回路，因此電能表分為直接接入式和經(jīng)互感器接入兩種。

三相智能電能表的故障工況主要有失壓、斷相、失流和掉電等。其中，失壓和斷相故障是運行智能表最常見的故障狀態(tài)，而在實際運行中，導(dǎo)致智能表失壓斷相最主要因素是計量電壓互感器高壓熔絲的熔斷[1-4]。

1.1 三相三線智能表失壓斷相分析

三相三線制電路中接入的是三相三線電能表，其計量的基本原理是通過電壓和電流采樣處理得到線電壓AB、CB和相電流A、C，經(jīng)過進(jìn)一步計算得到瞬時功率和有功、無功電量。經(jīng)互感器接入的三相三線電能表接線圖如圖1所示。

圖1 經(jīng)互感器接入的三相三線電能表接線圖

從圖中可以看出，A相電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷時，接入電能表的電壓AB大幅減小，CB保持不變，當(dāng)AB低于電能表參比電壓的78%，且持續(xù)時間大于60s時，構(gòu)成A相失壓事件。同理，C相電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷時，若電壓CB大幅減小，且符合幅值和時間要求時構(gòu)成C相失壓事件。但當(dāng)B相電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷時，接入電能表的電壓AB和CB都大幅減小，當(dāng)同時滿足低于電能表參比電壓的78%，且持續(xù)時間大于60s時，構(gòu)成A相和C相電壓同時失壓。若任意兩相電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷，則接入電能表的AB和CB均低于臨近電壓限值，導(dǎo)致電能表斷電失去計量 功能。

1.2 三相四線智能表失壓斷相分析

三相四線制電路中接入的是三相四線電能表，其計量的基本原理是通過電壓和電流采樣處理得到相電壓A、B、C和相電流A、B、C，經(jīng)過進(jìn)一步計算得到瞬時功率和有功、無功電量。經(jīng)互感器接入的三相四線電能表接線圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，接入電能表的三相電壓均以中性點為參照，各相電壓互不影響。當(dāng)A相電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷時，接入電能表電壓的A大幅降低，A和C保持不變，當(dāng)A低于電能表參比電壓的78%且持續(xù)時間大于60s時，構(gòu)成A相失壓事件。同理，當(dāng)B或C相電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷，B或C低于電能表參比電壓的78%且持續(xù)時間大于60s時，分別構(gòu)成B相或C相失壓事件。當(dāng)某兩相電壓互感器高壓側(cè)熔絲同時熔斷，接入電能表電壓幅值都低于電能表參比電壓的78%，且持續(xù)時間大于60s時，構(gòu)成兩相電壓失壓事件。當(dāng)三相電壓互感器高壓側(cè)熔絲全部熔斷時，接入電能表的三相電壓均低于臨近電壓限值，導(dǎo)致電能表斷電失去計量功能。

圖2 經(jīng)互感器接入的三相四線電能表接線圖

2 電能表失壓斷相后電量追補傳統(tǒng)計算方法

以三相四線制電能表為例進(jìn)行分析，假設(shè)A相電壓失壓，退補電量計算方法如下。

更正系數(shù)計算式為

在假設(shè)三相負(fù)荷平衡的情況下，由于A相電壓失壓，因此，A=0，得到更正系數(shù)如下：

（2）

失壓期間，電能表所計電量為

式中，2為A相電壓復(fù)位時刻電能表示數(shù)；1為A相電壓失壓至78%額定電壓時刻的電能表示數(shù)；為倍率。

應(yīng)追補電量計算系數(shù)為

因此，追補電量為電能表所計電量0的0.5倍。

然而，A相失壓并不等同于A相電壓完全降低為0。在實際工作中，電壓互感器一次側(cè)熔絲熔斷后，由于存在游離電弧，熔絲兩端電壓并不為零，因此接入電能表的實際電壓也不為零。另一方面，失壓期間電能表所計電量，應(yīng)該由失壓恢復(fù)時刻的電能表示數(shù)與失壓開始時刻的示數(shù)差值計算得到。因此，若按照傳統(tǒng)計算方法，則會導(dǎo)致追補電量不準(zhǔn)確[5-7]。

3 基于用電信息采集系統(tǒng)的追補方法[8]

3.1 失壓時間的判定

失壓時間是電能表失壓后進(jìn)行電量追補的重要參數(shù)，雖然智能表具有失壓記錄功能，可以記錄最近10次失壓發(fā)生時刻、結(jié)束時刻及對應(yīng)的電能量數(shù)據(jù)等信息，但由于失壓事件需要電壓降低到參比電壓的78%時才能觸發(fā)，報警燈才會亮起，此時，用戶變電站的值班員才有可能發(fā)現(xiàn)異常。等用戶告之供電公司失壓事件或等計量工作人員周期校驗才發(fā)現(xiàn)故障時，失壓累計的故障電量已經(jīng)累計較大數(shù)額，可能造成較大的計量事故并增大了電量追補工作的難度。

利用用電信息采集系統(tǒng)的失壓斷相統(tǒng)計功能，可以迅速鎖定當(dāng)前日及之前發(fā)生失壓斷相的電能表，之后，利用采集數(shù)據(jù)查詢功能依照時間逆推查看故障電能表的歷史電壓數(shù)值，從而確定電能表電壓開始減小的具體時刻。

3.2 失壓比例的確定

高壓熔絲停電更換時刻，電能表側(cè)實際測得的電壓與電能表正常工作時的實際電壓比值作為失壓斷相追補電量計算公式的系數(shù)。

以三相四線制電能表為例進(jìn)行分析，假設(shè)電能表A相失壓，通過用電信息采集系統(tǒng)排查出失壓現(xiàn)象，通過協(xié)調(diào)用戶安排高壓熔絲停電更換計劃，在停電更換前，測得電能表尾端A相實際電壓為38V，而正常運行時，電能表實際電壓為60.2V，則失壓斷相比例為

3.3 失壓電量追補計算

以三相四線電能表A相失壓至38V為例，3.2中確定了失壓比例，則追補電量計算方法如下。

更正系數(shù)計算式如下：

在假設(shè)三相負(fù)荷平衡的情況下，由于A相失壓至38V，因此，，得到更正系數(shù)如下：

（7）

失壓期間，電能表所計電量為

式中，2為A相電壓復(fù)位時刻電能表示數(shù)；1為A相開始失壓時刻的電能表示數(shù)；為倍率。

應(yīng)追補電量計算系數(shù)為

因此，追補電量為電能表實際計量電量0的0.14倍。

相對于傳統(tǒng)計算方法，不管是失壓期間電能表所計電量0還是更正系數(shù)的計算，新的方法都更接近實際，對供用電雙方都更加公平，也為實際電量追補奠定了更加堅實的基礎(chǔ)。

3.4 追補應(yīng)用分析

2016年6月9日，筆者通過用電信息采集系統(tǒng)監(jiān)控到青島35kV某百貨有限公司電能表（三相四線制）發(fā)生失壓事件，現(xiàn)場確認(rèn)計量PT保險絲熔斷，經(jīng)與客戶協(xié)商后，2016年6月12日10時完成停電更換熔絲。

追補計算參數(shù)確認(rèn)：通過采集數(shù)據(jù)查詢發(fā)現(xiàn)該電能表自2016年6月6日9時開始失壓，此時電能表示數(shù)為550.7，失壓前C相正常運行電壓60.1V；2016年6月12日10時更換熔絲前，C相電壓降至20V，此時電能表示數(shù)為565.2。計量倍率為5250。

分別采用傳統(tǒng)算法和本文算法計算該客戶的追補電量（步驟見上文）。

若按照傳統(tǒng)計算方法（假設(shè)已知失壓開始時間），則應(yīng)追補電量：

按照本文算法，應(yīng)追補電量：

kW·h （11）

統(tǒng)計分析該客戶近兩年抄表記錄和用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該客戶春秋兩季的日平均電量為16800kW·h。將兩種算法得出的電量與統(tǒng)計值進(jìn)行比較分析見表1。

表1 兩種算法追補電量比較

通過表1可以看出，相比傳統(tǒng)算法，本文算法得出的計算電量與統(tǒng)計值偏差明顯小很多，更貼近實際，也得到了客戶的積極認(rèn)可，促使電量追補工作圓滿迅速完成。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的追補電量計算方法已經(jīng)不適用于當(dāng)今智能電能表電量的追補計算，本文對三相三線和三相四線兩種類型電能表失壓斷相情況進(jìn)行了分析，并以三相四線電能表為例，提出了基于用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的失壓斷相電量追補計算方法，相對于傳統(tǒng)計算方法，該方法確定的失壓斷相時間和追補系數(shù)都更加精準(zhǔn)和貼近實際，促進(jìn)了電量追補工作良性開展。

[1] 陳向群. 電能計量技能考核培訓(xùn)教材[M]. 北京: 中國電力出版社, 2002.

[2] 門長有, 譚年熊. 一種適用于VLSI實現(xiàn)的諧波電能計量算法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2009, 24(11): 178-183.

[3] 侯克男, 楊立新, 樊琳, 等. 多功能現(xiàn)場用電檢查終端關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(1): 38-41, 45.

[4] 唐毅, 江波, 李紅斌, 等. 數(shù)字電能計量系統(tǒng)檢定方法綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2013, 28(S2): 372-377

[5] 陳勁游, 彭昭煌, 蔡春元. 三相電能表失壓故障追補電量在線計算[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(19): 100-104, 135.

[6] 陰存貞, 吳國偉, 李煒東, 等. 多功能電能表自動追補電量功能的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2010, 26(2): 46-50.

[7] 王偉紅, 張麗紅. 一種電能計量裝置及遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(12): 108-112.

[8] 顧定軍, 孫妍, 鄭盈. 三相三線多功能電能表失壓追補電量分析方法及啟示[J]. 工業(yè)計量, 2011, 21(1): 1-4, 49.

The Analysis of Make-up Electric Power During Voltage Loss of the Electric Energy Meter based on the Power User Electric Energy Data Acquire System

Wang Haitao Hu Yuanlu

(State Grid Qingdao Power Supply Company, Qingdao, Shandong 266100)

A new method is proposed for analysis of make-up electric power during voltage loss of the electric energy meter based on the power user electric energy data acquire system. The article introduced the voltage loss of the three-phase electric energy meter and the traditional calculation method of make-up electric power of the three-phase four-wire meter. In view of shortcomings of the existing way, a new method based on the power user electric energy data acquire system was presented, also, its mathematical model and an application example was devised. This method can highly improve the accuracy of make-up power of three-phase electric energy meter during voltage-loss and be helpful for work of make-up electric energy.

electric energy meter; voltage loss; make-up electric energy; power user electric energy data acquire system

王海濤（1985-），男，山東青島人，漢族，國網(wǎng)青島供電公司工程師，主要從事電能計量和用電信息采集管理工作。