電能計量裝置在線監(jiān)測及應(yīng)用

黃擁 葉春明 王家駒

1．上海理工大學(xué) 管理學(xué)院 上海 200093

2．國網(wǎng)四川省電力公司計量中心 四川成都 610023

電能計量裝置的準(zhǔn)確、穩(wěn)定運(yùn)行對于國民經(jīng)濟(jì)分析和公平公正交易具有重大的意義。目前主要依靠周期現(xiàn)場檢驗(yàn)工作來監(jiān)控計量裝置的運(yùn)行質(zhì)量，檢驗(yàn)對象包括電能表誤差、互感器誤差、PT二次壓降及PT/CT二次負(fù)荷等。傳統(tǒng)的周期檢驗(yàn)不僅需要投入大量的人力和物力，工作效率低下、運(yùn)維成本較高；而且無法及時發(fā)現(xiàn)電能計量裝置運(yùn)行故障，進(jìn)而產(chǎn)生大額差錯電量并引起貿(mào)易糾紛和社會負(fù)面輿論。本文針對變電站計量點(diǎn)集中且電量大的特點(diǎn)，提出建設(shè)電能計量裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)，便于及時監(jiān)控計量裝置運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)故障。

1 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電能計量裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測單元、站控主機(jī)、控制單元三個部分組成，其中監(jiān)測單元主要是傳感器，與一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測密切相關(guān)，主要目的是對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。站控主機(jī)的作用主要是對于控制單元和監(jiān)測單元傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和狀態(tài)判斷。控制單元則通過通訊總線或者網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測單元連接，對監(jiān)測單元監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督收集分析和判斷。站控主機(jī)在在線監(jiān)測系統(tǒng)中起到核心樞紐和信息處理交換的作用，是整套系統(tǒng)中負(fù)責(zé)對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷和指令下達(dá)的中樞[1]。

在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要構(gòu)成方式是分層和分布式的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，分為數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、主站三個層級。

a．現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層。根據(jù)變電站電氣一次設(shè)備安裝接線，電能計量裝置分布式配置在各個繼電保護(hù)室電能表屏內(nèi)，采集通信線也對應(yīng)的由采集終端敷設(shè)至各個計量屏柜。

b．通信網(wǎng)絡(luò)層。通信網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是對主站層和監(jiān)測層之間建立通訊連接，完成兩者之間的數(shù)據(jù)通信、指令傳達(dá)、協(xié)議交換、信號轉(zhuǎn)換等任務(wù)。確保主站系統(tǒng)與基層監(jiān)測裝置之間的通訊完成順暢。系統(tǒng)采用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)光纖進(jìn)行通信。

c．主站層。主站層是電能計量裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)的信息收集和處理中心，通過通信層對基層監(jiān)測裝置傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理，并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程指令下達(dá)和控制。主站層的設(shè)備主要有各種功能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和電源保障等輔助設(shè)備組成。

本系統(tǒng)沒有設(shè)置單獨(dú)的控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與控制系統(tǒng)主機(jī)直接連接，將控制模塊的任務(wù)和功能在集成在站控主機(jī)中。數(shù)據(jù)采集模塊包含任務(wù)構(gòu)建、參數(shù)配置、采集傳輸、分析存貯等環(huán)節(jié)。

2 系統(tǒng)功能

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是對整個采集系統(tǒng)中的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并對整個運(yùn)行周期和狀態(tài)變化情況進(jìn)行統(tǒng)計和診斷分析，主要包括表計在線讀數(shù)抄報、數(shù)據(jù)建模分析和二次回路檢測兩個部分[2]。

表計在線讀數(shù)抄報功能就是采集和傳輸、分析用電信息數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、頻率、功率、電能質(zhì)量等。電能計量裝置的二次回路檢測功能主要是對ABC三相的電壓、電流、功率、實(shí)際二次負(fù)荷和額定二次負(fù)荷等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測分析，從而判斷二次回路系統(tǒng)是否故障。

系統(tǒng)具有電能表誤差在線校驗(yàn)、電壓互感器電流互感器二次回路狀態(tài)監(jiān)測功能、誤差在線測量以及故障報警等功能。監(jiān)測對象除了電能表計、電流互感器和電壓互感器及其二次回路以外，還可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)過專用數(shù)據(jù)通信接口和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制。

3 電能計量狀態(tài)監(jiān)測

若電能計量裝置發(fā)生異常，則其相關(guān)的各種狀態(tài)量就會產(chǎn)生變化，本文從電能計量裝置的內(nèi)部參量狀態(tài)變化和運(yùn)行參量狀態(tài)變化兩個方面進(jìn)行描述[3]。

3.1 電能計量裝置的內(nèi)部參量變化

電能計量裝置發(fā)生異常后內(nèi)部參量的具體變化主要通過電能計表存儲數(shù)據(jù)如電量、需量、余額等的分析而發(fā)現(xiàn)，包括電能表示值異常、負(fù)荷異常、時鐘異常、費(fèi)控異常等四類。

a．電能表示值異常。包含電能表示值不平、電能表飛走、電能表倒走、電能表停走、電能表費(fèi)率設(shè)置異常等五類。這類異常主要通過電能表電量示值進(jìn)行分析判斷。

b．負(fù)荷異常。包含需量超容、負(fù)荷超容、電流過流、負(fù)荷持續(xù)超下限、功率因數(shù)異常等五類。這類異常主要通過電能表有功功率曲線、電流曲線、最大需量等進(jìn)行分析判斷。

c．時鐘異常。包含終端時鐘異常和電能表時鐘異常等兩類。這類異常主要通過電能表和終端的時鐘進(jìn)行判斷。

d．費(fèi)控異常。包括費(fèi)控下發(fā)異常、剩余金額過大異常、剩余金額突變異常等三類。這類異常主要通過電能表日凍結(jié)剩余金額進(jìn)行判斷。

3.2 電能計量裝置的運(yùn)行參量變化

電能計量裝置的異常工作狀態(tài)可以通過對于其運(yùn)行參數(shù)的分析而發(fā)現(xiàn)，主要包括電壓電流異常、異常用電、負(fù)荷異常、接線異常等三類異常。

a．電壓電流異常。包含電壓斷相、電壓越限、電壓不平衡、高供高計B相電壓異常、電流失流、電流不平衡等六類異常。這類異常主要通過電能表運(yùn)行電壓、電流值進(jìn)行分析判定。

b．接線異常。包含反向電量異常、相序異常、潮流異常等三類。這類異常主要通過電能表示值、有功功率曲線、狀態(tài)字進(jìn)行判定。

c．異常用電。包含電能表開蓋、計量門開閉、恒定磁場干擾、電量差動、功率差動、停電事件、PT二次回路異常等七類。這類異常主要通過電能表狀態(tài)字進(jìn)行分析判定。

電能計量裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置了一套本地監(jiān)控、校驗(yàn)裝置，提供了一種在線監(jiān)控計量裝置運(yùn)行狀況的有效手段。通過對電能表內(nèi)部參量、運(yùn)行參量的采集和分析，運(yùn)行人員能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的異常狀態(tài)，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供指導(dǎo)和依據(jù)。