郭淑靜 王盼星 李青華

摘要：現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟發(fā)展十分迅速，電能計量裝置故障在線診斷技術(shù)發(fā)展的越來越完善。電能計量裝置是發(fā)電企業(yè)、供電企業(yè)、用電客戶之間的計量依據(jù)，但故障影響計量的準確性乃至公平公正性。傳統(tǒng)的故障診斷建立在運行抽檢、周期性檢測和用戶申?；A(chǔ)之上，存在檢測滯后、帶“病”運行的弊端，所以推廣和應(yīng)用故障在線診斷技術(shù)具有重要的意義，本文對這方面內(nèi)容進行了分析。

關(guān)鍵詞：電能計量裝置；故障；在線診斷技術(shù)

引言

通常，電能計量裝置是指含各種類型電能表在內(nèi)的，包括電壓互感器（TV）、電流互感器（TA）及其二次回路組成的用于計量電能的裝置。它是電網(wǎng)企業(yè)（供電企業(yè)）、發(fā)電企業(yè)、用電客戶之間電能交易計量的依據(jù)，其準確可靠性直接關(guān)系到各方的經(jīng)濟利益。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，重要的電能計量裝置已經(jīng)采用遠程、自動抄表技術(shù)，方便了數(shù)據(jù)采集，節(jié)省了人力物力。但是，由于自然或人為的原因引起的電能計量裝置故障或計量誤差，會導(dǎo)致電能計量裝置失準，從而影響計量的公正、公平性。目前，對電能計量裝置進行校驗和檢查一般是在現(xiàn)場完成的?，F(xiàn)場校驗主要是按周期開展的，運行中的Ⅰ～Ⅲ類電能計量裝置校檢周期為6～24個月，顯然周期內(nèi)發(fā)生的計量誤差不能及時被發(fā)現(xiàn)和校正。另一方面，每次現(xiàn)場校驗都需要動用一定的人力物力，對于偏遠地區(qū)更需要支出一筆不菲的費用，無形中也加大了校驗成本。于2017年5月1日實施的《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》（DL/T448—2015）第8.2-b）條規(guī)定，供電企業(yè)宜采用電能計量裝置運行在線監(jiān)測技術(shù)，采集其運行數(shù)據(jù)，分析監(jiān)控其運行狀態(tài)。實際上，近幾年來一些供電企業(yè)已經(jīng)試用了遠程在線監(jiān)測技術(shù)，但是目前這項技術(shù)仍處于探索階段。本文結(jié)合目前的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，對電能計量裝置故障在線診斷技術(shù)進行了分析。

一、電能計量裝置故障檢測方法

（一）互感器一次側(cè)故障的判別

從一次側(cè)來說，TV一般不會出現(xiàn)短路，TA一般不會開路，因為如果這種情況發(fā)生系統(tǒng)就不能正常供電了，所以TV一次側(cè)可能發(fā)生的故障是線圈匝間短路或開路，TA一次側(cè)可能發(fā)生的故障是短路。TV一次側(cè)匝間短路可測量一、二次電壓，然后與無故障狀態(tài)下電壓數(shù)據(jù)比較，即可判別此種故障；開路故障可測量二次電壓判別，沒有電壓即為故障。TA一次側(cè)短路不易直接測量，但可通過網(wǎng)絡(luò)阻抗變化程度來判別，短路與非短路相比，負荷變化時網(wǎng)絡(luò)等效阻抗變化更大。

（二）電能計量方式及其故障類型

電能計量有多種方式，例如，低壓單相計量以及低壓或高壓三相三線計量、三相四線計量等。相應(yīng)地，電能計量裝置也有不同方式，例如，低壓單相計量設(shè)備不包含TV，小于50A的一般也不采用TA；而高壓電能計量裝置則包含了電能表、TV、TA及二次回路、計量屏柜、接線盒等部分。以高壓電能計量裝置為例，故障可能由電能表、TV、TA器件自身引起，也可能由于運行中自然因素（如雷擊、過負載燒壞等）或人為（如接線錯誤、竊電行為等）造成，一般可將故障類型分為一次側(cè)故障和二次側(cè)故障。

二、電能計量裝置故障在線診斷技術(shù)

（一）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

電力系統(tǒng)中的電能計量裝置數(shù)量多，采集的數(shù)據(jù)量巨大，而且實際發(fā)生的故障類型不僅包含硬件故障，還有軟件故障、時鐘異常等，要從這些數(shù)據(jù)中提取有用的信息，然后經(jīng)過分析處理形成故障信息，離不開數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。故障信息數(shù)據(jù)挖掘是指通過關(guān)聯(lián)性分析、分類、回歸、聚類、序列分析、離群點分析、趨勢分析、演變分析等方法，從大量信息中確定故障信息的技術(shù)。實際上，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也是目前電能計量裝置故障在線智能診斷常用的一種方法。

（二）嵌入式處理器選擇

電路設(shè)計中，多路信號采用了基于GPS同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)，由于采樣點數(shù)較多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量較大，同時又要求實時性高，從而選擇的微處理器必須具備運算速度快、處理數(shù)據(jù)能力強且內(nèi)存容量大的特點。本裝置選用基于Cortex-M4低功耗的32位內(nèi)核的STM32F407為微控制器。該處理器內(nèi)部嵌有浮點運算處理單元（FPU），單元可支持單周期的DSP指令，進一步提升了數(shù)據(jù)處理速度，其主頻時鐘頻率可達168MHz，內(nèi)部含有192kB的較大容量SRAM，16個通用的定時器、2個32位定時器以及6路串口接口，能較好滿足設(shè)計需求。

三、3GPS及WiFi模塊的選用

GPS同步時鐘模塊選用EZ3204M北斗授時型模塊，該模塊某公司研發(fā)，具有GPS、北斗和GPS與北斗兼容模式，設(shè)計中設(shè)置為GPS與北斗兼容模式，可充分利用GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星實現(xiàn)快速定位和精確授時，其授時精度單向時可達30ns以內(nèi)，經(jīng)某研究所測試，其定時脈沖的精度（1sigma）為3ns，捕獲時間為3s，1PPS鎖定的時間為1min，衛(wèi)星信號接收靈敏度達-127dBm，具有很好的可靠性和精度保證。無線通信模塊選了國內(nèi)某公司研制的HF-A11模塊，該模塊在無線通信標準上支持802.11b/g/n，工作模式有AP/STA/AP+STA三種模式可選，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧上支持UDP/TCP/IP三種協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有路由/橋接兩種模式供用戶選擇，數(shù)據(jù)通信接口有GPIO/UART/以太網(wǎng)三種，其以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口速率可達100M，由于本裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大且實時性要求較高，設(shè)計中選用了以太網(wǎng)接口方式并采用外置天線，較好地滿足了數(shù)據(jù)傳輸量大，實時性強和可靠性高的要求。

四、接線故障檢測技術(shù)

硬件上，通過采集電壓信號、電流信號，經(jīng)過內(nèi)部處理器計算得出電壓相位角度關(guān)系及電流方向，通過查表得出相應(yīng)接線情況。軟件上，裝置接收到獲取電能表接線錯誤數(shù)據(jù)命令幀；根據(jù)傳入的表計地址，抄讀電能表的額定電壓和額定電流；從采樣芯片獲取當(dāng)前實際的電壓電流值，判斷是否有失壓或斷相；如果沒有失壓斷相，則通過采樣芯片獲取每相得電壓之間和電壓電流之間的夾角；通過傳入的負載類型，查找電壓之間和電壓電流之間夾角對應(yīng)的接線方式數(shù)據(jù)表；根據(jù)采樣到的夾角和獲取的數(shù)據(jù)表，判斷當(dāng)前的接線方式；應(yīng)答數(shù)據(jù)。

結(jié)語

目前，電能計量裝置在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)已經(jīng)在一些場合中得到應(yīng)用，但整體而言這項技術(shù)仍處于初級階段，有些企業(yè)應(yīng)用后收獲比較好的效果，但也有些企業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)了某些問題，鑒于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性以及運行方式的多樣性與故障類型多，要求電能計量裝置故障在線診斷技術(shù)有更好的適應(yīng)性，這樣才便于全面推廣和應(yīng)用。

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