電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例及分析

李 劍

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽，641300)

0 引言

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，同時(shí)隨著中國電力工業(yè)的快速發(fā)展，社會對供電的可靠性和電能質(zhì)量提出了更高的要求。要保證電網(wǎng)的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須在提高電網(wǎng)管理水平的同時(shí)，也加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)。電能計(jì)量裝置的檢定記錄是電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)核算的基礎(chǔ)，更是貿(mào)易雙方結(jié)算電費(fèi)的法定依據(jù)。因此，對電能計(jì)量裝置的管理工作也是尤為重要;電能計(jì)量裝置管理的目的是為了保證電能計(jì)量量值的準(zhǔn)確、統(tǒng)一和電能計(jì)量裝置運(yùn)行的安全可靠。為保證計(jì)量準(zhǔn)確，必須按照SD 109－1983《電能計(jì)量裝置檢驗(yàn)規(guī)程》和DL/T 448－2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 電能計(jì)量檢定實(shí)際生產(chǎn)力水平和今后的發(fā)展方向

電能計(jì)量裝置包括各種類型電能表、計(jì)量用電壓互感器(簡稱TV)及其二次回路、計(jì)量用電流互感器(簡稱TA)及其二次回路、電能計(jì)量柜(箱)等。各類電能計(jì)量裝置應(yīng)配置的電能表、互感器的準(zhǔn)確度等級不應(yīng)低于規(guī)程要求值。如:Ⅰ類電能計(jì)量裝置配置0.2S 或0.5S 級有功電能表，0.2 級 TV，0.2S 級 TA;Ⅱ類電能計(jì)量裝置配置0.5S級電能表，0.2級TV，0.2S級TA;Ⅲ類電能計(jì)量裝置配置1.0級電能表，0.5級TV，0.5S級TA;規(guī)程對各類電能計(jì)量裝置現(xiàn)場檢驗(yàn)做出了嚴(yán)格的規(guī)定。如:Ⅰ類電能表至少每3個(gè)月現(xiàn)場檢驗(yàn)一次，Ⅱ類電能表至少每6個(gè)月現(xiàn)場檢驗(yàn)一次，Ⅲ類電能表至少每年現(xiàn)場檢驗(yàn)一次;高壓互感器每10年現(xiàn)場檢驗(yàn)一次，當(dāng)現(xiàn)場檢驗(yàn)互感器誤差超差時(shí)，應(yīng)查明原因，制訂更換或改造計(jì)劃，盡快解決，時(shí)間不得超過下一次主設(shè)備任務(wù)檢修完成日期;運(yùn)行中的電壓互感器二次回路電壓降應(yīng)定期進(jìn)行檢驗(yàn)，對35 kV及以上電壓互感器二次回路電壓降，至少每兩年檢驗(yàn)一次，當(dāng)二次回路負(fù)荷超過互感器額定二次負(fù)荷或二次回路電壓降超差時(shí)應(yīng)及時(shí)查明原因，并在一個(gè)月內(nèi)處理。

電力公司目前采用的對計(jì)量器具的測試大多數(shù)采取實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)后投入現(xiàn)場使用，但是這種方法目前來看有如下的一些弊端。

(1)試驗(yàn)室和現(xiàn)場的情況有很大的不同，如溫濕度等，導(dǎo)致一些設(shè)備現(xiàn)場測試結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果有很大不同。

(3)試驗(yàn)室無法得到適時(shí)電壓互感器二次壓降值。

同時(shí)，當(dāng)需要現(xiàn)場校驗(yàn)電流、電壓互感器誤差時(shí)，需要停電操作，同時(shí)所需攜帶設(shè)備笨重，接線復(fù)雜，工作量大;且還具有檢定人員出現(xiàn)操作錯(cuò)誤時(shí)易造成的安全事故。為此，所介紹的電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用和吸收了計(jì)算機(jī)、傳感器、通信和網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信號處理以及智能診斷等技術(shù)的最新成果，可實(shí)現(xiàn)計(jì)量設(shè)備檢定從傳統(tǒng)方式向優(yōu)化決策的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)計(jì)量設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和基于狀態(tài)的優(yōu)化檢修方案，減少停電試驗(yàn)工作量和維護(hù)費(fèi)用，提高系統(tǒng)供電可靠性，提高設(shè)備維護(hù)效率，以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，減少突發(fā)性事故損失等。電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測應(yīng)是今后計(jì)量檢定工作的發(fā)展方向。

2 電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)是一種針對電能計(jì)量裝置管理工作而開發(fā)設(shè)計(jì)的自動化管理工具;實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線地實(shí)現(xiàn)對電能表的遠(yuǎn)程校驗(yàn)、TV特性參數(shù)以及二次回路的監(jiān)測、TA特性參數(shù)以及二次回路的監(jiān)測，并且在主站可以將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理。通過應(yīng)用電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，計(jì)量管理人員就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量裝置的故障，并立即通知處理，而且系統(tǒng)能夠記錄故障發(fā)生時(shí)的負(fù)荷曲線。當(dāng)計(jì)量裝置誤差超限時(shí)，計(jì)量管理人員也更容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。

電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由兩個(gè)組成部分:現(xiàn)場監(jiān)測終端和主站管理中心。整個(gè)電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)，每層之間采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊或接口協(xié)議，每層的功能標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，每個(gè)模塊完成特定的功能，可根據(jù)需要增加或減少模塊，模塊可即插即用，使系統(tǒng)有很高的可靠性和很大的組網(wǎng)和擴(kuò)展靈活性。

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測終端

實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場各個(gè)接入的電能計(jì)量點(diǎn)的校驗(yàn)信號采集、分析處理、結(jié)果存儲，并支持本地/遠(yuǎn)程通訊，可實(shí)現(xiàn)與本地/遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)修改、遠(yuǎn)程遙控等。

2.2 主站管理中心

作為系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制中心，對現(xiàn)場終端監(jiān)測數(shù)據(jù)、測試參數(shù)及遠(yuǎn)程測試的統(tǒng)一管理中心，也可作為主站web發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)器，為數(shù)據(jù)的web網(wǎng)絡(luò)共享提供數(shù)據(jù)源。

2.3 同步測量技術(shù)

由于測量二次壓降時(shí)，TV二次側(cè)的電壓采集與儀表側(cè)的電壓采集一般不在一個(gè)現(xiàn)場終端上，因此需要不同終端同步進(jìn)行采集。

2.4 安全性及可靠性

(1)為保證一次運(yùn)行設(shè)備的安全，電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在與一次系統(tǒng)的連接環(huán)節(jié)上采取了隔離及保護(hù)措施。

治療1及2周后，常規(guī)組及電刺激組患手MMP治療前后各時(shí)間點(diǎn)比較均差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；氣壓組及聯(lián)合組患手MMP均較治療前及常規(guī)組和電刺激組明顯提高(均P<0.01)，且聯(lián)合組高于氣壓組(P<0.01)。見表2。

(2)電流交流測量回路選用自行設(shè)計(jì)的穿心式電流互感器，通過磁耦合方式測量一次電流，與一次系統(tǒng)沒有電的聯(lián)系并不改變一次系統(tǒng)原有的接線方式。

(3)穿心式電流互感器一次穿心引線與二次線圈間有足夠的耐操作沖擊和雷沖擊的水平，而且從交流測量回路進(jìn)入電子電路部分有放電保護(hù)管保護(hù)電子電路部分免受過電壓的侵害，因此，即使一次發(fā)生閃電事故，也不會影響損壞在線監(jiān)測系統(tǒng)。

(4)電壓交流測量回路選用自行設(shè)計(jì)的高精度隔離電壓互感器測量系統(tǒng)電壓，為防止接入測量TV的一次和二次側(cè)發(fā)生短路事故，在一次側(cè)加入保險(xiǎn)絲，二次側(cè)加入限流阻抗。

2.5 可靠性設(shè)計(jì)

(1)電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，除了前面談到的電流互感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)外，電磁兼容的設(shè)計(jì)是不可忽視的環(huán)節(jié)。

(2)在測量微弱信號時(shí)，互感器本體對空間磁場以及互感器二次繞組對雜散電容有相當(dāng)?shù)拿舾卸?，會直接影響測量的穩(wěn)定度，為此在傳感器電磁屏蔽環(huán)節(jié)采取專門的措施。

(3)信號傳輸線采用雙層屏蔽電纜。

(4)電源系統(tǒng)采取了隔離、屏蔽與濾波措施。

(5)現(xiàn)場采集終端采用軟硬件WATCHDOG技術(shù)。

3 主要功能介紹

3.1 技術(shù)簡介

電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)采用高集成設(shè)計(jì)，其所有監(jiān)測功能模塊(除主站管理計(jì)算機(jī)及軟件外)均集中在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量屏柜中;通過敷設(shè)各種信號電纜，將被監(jiān)測回路的各種信號引入到系統(tǒng)終端中進(jìn)行采集;該設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)測終端結(jié)構(gòu)緊湊、現(xiàn)場安裝方便，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)需采集的信號有:TA二次電流信號、TA二次端電壓信號、TV二次端電壓信號、電能表端電壓信號、電能表電脈沖信號。如圖1所示。

圖1 電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖

3.2 TV二次壓降在線監(jiān)測

在發(fā)電廠和變電站中，從現(xiàn)場裝設(shè)的電壓互感器到控制室內(nèi)的電度表之間的二次連接導(dǎo)線往往較長，且中間往往有各種開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、端子排等，這些都存在一定的電阻值。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，由于老化、銹蝕等原因，電阻還會不斷加大。如果二次所接表計(jì)、繼保裝置及其他負(fù)荷較重，負(fù)荷電流也較大，同時(shí)還有負(fù)載功率因數(shù)、接線方式、外磁場在二次回路中感生的電勢等都會影響和產(chǎn)生TV二次回路的電壓降。實(shí)際運(yùn)行中，這部分壓降造成的誤差往往比電能表和電壓互感器本身的誤差大的多，以至嚴(yán)重影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。根據(jù)DL 448－2000《電能計(jì)量裝置管理規(guī)程》中規(guī)定:電壓互感器二次回路的壓降值，對于Ⅰ類及Ⅱ類計(jì)量裝置不能超過0.2%，對于以下的計(jì)量裝置不能超過0.5%。其方法如圖2所示。

圖2 壓降測試原理

該方法的原理是用一個(gè)高等級的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器把TV側(cè)的電壓隔離后與儀表側(cè)電壓組成側(cè)差回路，然后把差壓信號送入校驗(yàn)儀，由校驗(yàn)儀測出二次壓降的比差、角差，此方法具有數(shù)據(jù)測試穩(wěn)定、精度較高的特點(diǎn)。與人工測試方法不同的只是系統(tǒng)將臨時(shí)拖放的測試電纜以布線的形式固定下來，通過其內(nèi)部專用的電路模塊來完成電壓的測量和比較計(jì)算。電壓引入端設(shè)計(jì)了過流保護(hù)措施。

3.3 TA二次負(fù)荷測試

TA二次負(fù)荷測試原理見圖3。

圖3 TA二次負(fù)荷測試原理

通過高精度的穿心式電流互感器來測量二次電流I，并通過敷設(shè)信號電纜至TA二次端子箱采集TA二次端電壓U，由公式S=U×I計(jì)算出TA實(shí)際二次負(fù)荷及相應(yīng)的負(fù)荷功率因數(shù)。

3.4 電能表校驗(yàn)

對電能表誤差的測試方法采取目前常用的標(biāo)準(zhǔn)比較法，即，校驗(yàn)時(shí)將被檢表的電壓和電流信號進(jìn)行切換使校準(zhǔn)表與其相同，通過比較被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表的電能脈沖信號來計(jì)算被檢表的誤差。采用內(nèi)置高準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)表，現(xiàn)場將被監(jiān)測電能表的脈沖引入系統(tǒng)脈沖端口，經(jīng)信號整形和預(yù)處理后，被測電表的脈沖送入微處理器與系統(tǒng)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖進(jìn)行比較、計(jì)算，得到電能表的誤差。測試原理如圖4所示。

圖4 電能表誤差測試原理

4 應(yīng)用實(shí)例說明

4.1 應(yīng)用實(shí)例1

收集了電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在110 kV龍臺變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如表1所示。該監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示(數(shù)據(jù)記錄間隔為1小時(shí))，在2008年5月12日14:26前(地震前)，監(jiān)測的TV二次回路壓降值正常，但，2008年5月12日15:28以后，監(jiān)測的TV二次回路 壓降值發(fā)生突變，且明顯超出規(guī)定門限。

表1 龍臺變電站實(shí)測數(shù)據(jù)1

表2 龍臺變電站實(shí)測數(shù)據(jù)2

針對該問題發(fā)生的時(shí)間為2008年5月12日，并且，該壓降發(fā)生突變的前后，正好發(fā)生在5月12日14:28地震前后，因此，推測地震引起該超差現(xiàn)象。初步推斷:地震導(dǎo)致TV二次回路中的某接點(diǎn)或線路松動、接觸不良或受損，引起TV二次回路壓降突然增大，超出規(guī)定范圍。因此，首先對被監(jiān)測TV二次回路的各個(gè)接點(diǎn)及線路進(jìn)行排查，同時(shí)進(jìn)行加固處理;經(jīng)過對該TV二次回路所有接點(diǎn)進(jìn)行加固處理后，被監(jiān)測TV二次回路壓降回復(fù)正常值，即，與發(fā)生突變前一致。經(jīng)過上述現(xiàn)場排查，得出該故障情況的結(jié)論是:地震導(dǎo)致TV二次回路中的接點(diǎn)松動、接觸不良或受損?，F(xiàn)場處理后，線路回復(fù)正常。

4.2 應(yīng)用實(shí)例2

截取了電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在110 kV龍臺變電站在2008年5月12日13:26至2008年5月13日06:27的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如表2所示。該監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示“5.12”地震期間，電能表12305553運(yùn)行穩(wěn)定、誤差良好。

5 結(jié) 語

通過電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用，改善了目前存在對電能計(jì)量裝置的檢測手段落后、單一、整個(gè)二次回路的監(jiān)測和故障檢測困難、提高電能計(jì)量準(zhǔn)確性及電量追補(bǔ)的科學(xué)性等問題;減少了電能計(jì)量外勤工作人員的大量現(xiàn)場校驗(yàn)工作，提高了工作效率;減少了變電站運(yùn)行設(shè)備的停電檢測時(shí)間;實(shí)現(xiàn)了電能計(jì)量裝置管理無紙化，提高了計(jì)量裝置運(yùn)行狀況監(jiān)測和維護(hù)管理水平，進(jìn)一步保證電能計(jì)量裝置的安全性、準(zhǔn)確性、可靠性。

不過目前該電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用還存在不足，如系統(tǒng)單臺設(shè)備監(jiān)測容量偏小，可繼續(xù)擴(kuò)展(如可監(jiān)測30條線路)，以實(shí)現(xiàn)單臺監(jiān)測設(shè)備對廠站內(nèi)的所有計(jì)量裝置進(jìn)行監(jiān)測，提高系統(tǒng)適用性。目前，系統(tǒng)母線TV切換功能為手動切換，需人為輔助操作，該功能還有改進(jìn)空間，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動識別、切換，達(dá)到真正的自動切換目的。

同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化將是針對智能電網(wǎng)智能量測系統(tǒng)的計(jì)量裝置的電能計(jì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

［1］DL/T 448－2000，電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程［S］.

［2］SD 109－1983，電能計(jì)量裝置檢驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］白洋.電能計(jì)量裝置遠(yuǎn)程校驗(yàn)監(jiān)測系統(tǒng)［J］.電測與儀表.2005，42(7):30 －32.

［4］鹿凱華，趙斌.關(guān)口電能計(jì)量裝置誤差的實(shí)時(shí)監(jiān)測［J］.山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2008(4):50－52.

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［6］羅志坤，滕馬勝，萬全.高壓電能計(jì)量裝置遠(yuǎn)程校驗(yàn)與監(jiān)測系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］.電子測量技術(shù)，2007，30(2):172－175.