關(guān)口電能計量裝置在線監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

趙國鵬,閻 超,孫 沖,史 輪,李宏勝,劉 璇

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司營銷服務(wù)中心,河北 石家莊 050035;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,河北 石家莊 050011)

0 引言

關(guān)口電能計量裝置是安裝在電能產(chǎn)生、傳輸、消耗處,用于發(fā)電、輸電、供電企業(yè)及電力用戶相互間進(jìn)行電能貿(mào)易結(jié)算及相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)考核的法定計量器具,其運行誤差直接對購售電雙方、供用電雙方貿(mào)易結(jié)算的準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大的影響。為保障其準(zhǔn)確可靠,需對關(guān)口電能計量裝置的運行誤差進(jìn)行周期性現(xiàn)場檢驗,具體試驗項目包括電能表誤差、電壓電流互感器誤差、電壓互感器二次回路壓降以及互感器二次負(fù)荷試驗。

目前,關(guān)口電能計量裝置的現(xiàn)場校驗方法可分為離線式和在線式2類。離線式校驗是在系統(tǒng)停電時,由技術(shù)人員使用成套檢測設(shè)備在現(xiàn)場開展相應(yīng)的檢測項目,需要人員定期往返于各計量點間,操作也較為復(fù)雜,并且這種方法校驗計量裝置的誤差狀態(tài)只是短時性的,不能準(zhǔn)確感知計量裝置在電網(wǎng)運行狀態(tài)下的誤差變化情況,不利于發(fā)現(xiàn)其潛在的誤差變化趨勢。在線式校驗是在電能計量裝置運行狀態(tài)下,實現(xiàn)對計量裝置性能的測量與評價,能在線監(jiān)測和評估其長期運行狀態(tài),是現(xiàn)場檢測技術(shù)發(fā)展的趨勢。本文主要介紹當(dāng)前關(guān)口電能計量裝置在線監(jiān)測技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀,針對在線監(jiān)測技術(shù)存在的問題以及能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大背景下對關(guān)口電能計量裝置管理技術(shù)提出的新需求等進(jìn)行分析和探討,以期能為相關(guān)技術(shù)人員提供有益參考。

1 關(guān)口電能表在線監(jiān)測技術(shù)

電能表作為智能化程度最高的計量裝置,在其運維管理工作中,傳統(tǒng)的人工校驗方法仍占據(jù)主流位置,與技術(shù)進(jìn)步的潮流不匹配。通過智能感知和數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)對電能表運行狀況的實時監(jiān)測已成為新的研究熱點,驅(qū)動著電能表現(xiàn)場校驗技術(shù)的不斷進(jìn)步。

1.1 實物標(biāo)準(zhǔn)比對方法

目前,在關(guān)口電能表現(xiàn)場運維一線工作中已廣泛應(yīng)用了不停電在線校驗技術(shù),即技術(shù)人員到被檢電能表裝設(shè)運行的現(xiàn)場,用與所攜帶的在線式電能表現(xiàn)場校驗儀所對應(yīng)配套的高準(zhǔn)確度鉗形電流互感器,從現(xiàn)場運行中的被檢電能表的電流接線獲取電流信號,并從其電壓接線端口獲得電壓信號,使用光電采樣器讀取功率脈沖信號,實現(xiàn)將被檢電能表獲取到的現(xiàn)場電信號送至校驗儀中的標(biāo)準(zhǔn)電能表去計量電能。通過將校驗儀的電能計量結(jié)果與被檢電能表的電能計量結(jié)果進(jìn)行比對,實現(xiàn)對現(xiàn)場運行中的電能表進(jìn)行誤差和相關(guān)量測試并查驗運行狀態(tài)[1]。但是,這種人工現(xiàn)場校驗的方式在管理上存在安全風(fēng)險大、工作時間長、校驗成本高的問題;在技術(shù)上,存在鉗形電流表的檢測精度不穩(wěn)定,負(fù)荷低時誤差校驗數(shù)據(jù)可信度低等問題。對此,各方研究人員提出了許多針對性的解決措施。

文獻(xiàn)[2-3]設(shè)計了一類電能表遠(yuǎn)程校驗和監(jiān)控系統(tǒng),在計量屏柜處安裝現(xiàn)場控制主機和電能表現(xiàn)場校驗儀,通過現(xiàn)場固定接線與回路切換開關(guān)獲取各被檢電能表相關(guān)數(shù)據(jù)并完成校驗,再經(jīng)無線通信網(wǎng)絡(luò)將校驗數(shù)據(jù)傳至后臺監(jiān)控中心,實現(xiàn)對掛網(wǎng)運行中電能表的遠(yuǎn)程在線校驗監(jiān)測。該方案采用了電流直接接入測量方法,提高了準(zhǔn)確度,而且試驗原理及方法符合DL/T 1664-2016《電能計量裝置現(xiàn)場檢驗規(guī)程》的有關(guān)要求,所得數(shù)據(jù)及結(jié)論可獲普遍認(rèn)同。

近幾年,電力企業(yè)相繼開展現(xiàn)場設(shè)備精益化管理工作,嘗試在不新增設(shè)備的前提下,充分利用已有設(shè)備實現(xiàn)對電能表的遠(yuǎn)程在線校驗。文獻(xiàn)[4]構(gòu)建了一種基于負(fù)控終端的電能表遠(yuǎn)程在線檢測系統(tǒng),在遠(yuǎn)程主站內(nèi)用同一同步時間段內(nèi)負(fù)控終端與被檢電能表以電能脈沖形式輸出的電能計量結(jié)果進(jìn)行比對,判斷電能表的計量性是否符合要求。同時,通過主站歷史數(shù)據(jù)預(yù)測負(fù)荷變化情況,實現(xiàn)在低功率、額定功率等特定負(fù)荷情況下對被檢電能表的遠(yuǎn)程在線檢測,其結(jié)果可以反映電能表在實際工況時的計量性能。

1.2 數(shù)據(jù)采集分析方法

大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用給出看待問題的新角度:在線校驗和監(jiān)測并非檢定工作,其核心在于能夠?qū)﹄娔鼙磉\行狀態(tài)、潛在故障隱患及未來發(fā)展趨勢做出可靠判斷,從而給出進(jìn)行現(xiàn)場檢驗的最佳時機,準(zhǔn)確指導(dǎo)運維管理工作。以此作為出發(fā)點,開拓出了許多新穎的關(guān)口電能表在線校驗方法。

文獻(xiàn)[5]開發(fā)了一套由現(xiàn)場高精度前置采集裝置、通信網(wǎng)絡(luò)和主站服務(wù)器組成的關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)。在每只被檢關(guān)口電能表處安裝一臺前置采集裝置,采集電能表的電壓、電流、脈沖數(shù)等電量信息及溫、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)并上傳主站,用計算電能量與實測電能量相比較得到計量相對誤差,結(jié)合不同環(huán)境條件下的最大允許誤差限值,可以推斷出被檢關(guān)口電能表的實際運行狀態(tài)。

文獻(xiàn)[6]介紹了一種基于AMI測量數(shù)據(jù)的電能表誤差遠(yuǎn)程校準(zhǔn)方法,依托廣義流量儀表集群模型及流量守恒理論,該方法基于電能表臺區(qū)相關(guān)電壓、電流、線路電阻等用電數(shù)據(jù)計算電能表誤差,并深入考慮AMI中存在的電能表功耗、電阻損耗和漏電損耗來不斷修正廣義流量儀表集群模型。仿真實驗驗證,根據(jù)修正模型,可有效估計出在存在損耗的情況下集群中電能表的相對誤差。然而,該方法的有效實施是建立在準(zhǔn)確獲取電能表臺區(qū)基礎(chǔ)用電數(shù)據(jù)及線路損耗等信息的前提上,實際中很難準(zhǔn)確遠(yuǎn)程獲取相關(guān)真實數(shù)據(jù),限制了該方法在實際工況中的應(yīng)用。對此,文獻(xiàn)[7]在該方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了一種迭代計算線損的方法,實現(xiàn)模型優(yōu)化。同時,針對誤差計算結(jié)果校驗困難的情況,構(gòu)建了一種依托電能表出廠誤差檢定數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗方法對電能表誤差進(jìn)行大規(guī)模驗證,該方法已在實際中部署運用。

美國ADI公司開發(fā)了一種內(nèi)置于電能計量IC中的非侵入診斷技術(shù)mSure,原理示意見圖1。mSure系統(tǒng)將已知的參考信號與負(fù)載信號通過疊加注入輸入傳感器,傳感器能夠同時感應(yīng)參考信號和負(fù)載信號。這個組合信號通過了相同的路徑,并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)字化。持續(xù)監(jiān)控該信號路徑的反饋。檢測單元從組合信號中提取參考信號分量,結(jié)合初始參考信號,可以構(gòu)建出計量信號鏈路的傳遞函數(shù)模型,進(jìn)而可確定被檢電能表計量誤差。為了確保計量精度,組合信號中的參考信號經(jīng)清除單元移除后,可以計算出負(fù)載信號對應(yīng)的電能量。如此,mSure技術(shù)可以在電能表正常運行時實時監(jiān)控其精度在內(nèi)的健康狀態(tài)。但是,mSure技術(shù)是通過參考信號構(gòu)建傳遞函數(shù)實現(xiàn)對電能表誤差的間接推定,檢測單元和移除單元對標(biāo)準(zhǔn)信號的處理以及傳遞函數(shù)的完整性是影響該方法的判斷準(zhǔn)確性的重要因素。

圖1 mSure技術(shù)原理示意

1.3 關(guān)鍵問題

比對校驗時標(biāo)準(zhǔn)電能表準(zhǔn)確度有待確認(rèn)。傳統(tǒng)校驗方式中,由人員攜帶校準(zhǔn)設(shè)備前往現(xiàn)場開展校驗,在路程上標(biāo)準(zhǔn)表等儀器可能受到物理沖擊而失準(zhǔn);將標(biāo)準(zhǔn)表固定在現(xiàn)場的方式,仍需對標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行定期檢測保證其精度。雖然有使用被檢電能表誤差的相互比對來驗證標(biāo)準(zhǔn)電能表準(zhǔn)確度的方法,但仍存在集體超差的可能。

高頻采集裝置穩(wěn)定性有待觀察?，F(xiàn)有應(yīng)用案例尚未有能夠證明長期使用數(shù)據(jù)證明高頻采集裝置在各類極端環(huán)境下的性能穩(wěn)定程度,也未有測試數(shù)據(jù)論證高頻采集裝置與電能表的長期并列運行對電能表的準(zhǔn)確計量的影響程度。

有限元法的基本思想是：假定接觸狀態(tài)，求出接觸力，檢驗接觸條件，若與假定的接觸狀態(tài)不符，則重新假定接觸狀態(tài)，直至迭代計算得到的接觸狀態(tài)與假定狀態(tài)一致為止。具體做法是：

數(shù)據(jù)采集分析結(jié)果的可信度有待驗證。由于缺少標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對,各種數(shù)據(jù)分析算法的嚴(yán)謹(jǐn)性以及結(jié)果的置信度,仍需長時間掛網(wǎng)運行觀測數(shù)據(jù)來支撐。同時,采集裝置對電網(wǎng)非正弦、動態(tài)波動等非常態(tài)運行情況能否可靠檢測也有待驗證。

2 互感器在線監(jiān)測技術(shù)

根據(jù)關(guān)口計量裝置現(xiàn)場誤差檢驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,互感器誤差超差問題發(fā)生的頻率最高,這其中又以電容式電壓互感器和低電壓等級電流互感器的誤差超差情況占比最多。綜合實際案例情況,引起互感器誤差超差的原因涵蓋了結(jié)構(gòu)特性、制造工藝、運行環(huán)境、技術(shù)參數(shù)選擇等技術(shù)、管理的各方面,一時難以從根本上消除超差現(xiàn)象。鑒于電壓互感器、電流互感器在整個電力計量體系中發(fā)揮的重要作用,加強對電壓互感器、電流互感器誤差的在線監(jiān)測,防范超差問題的發(fā)生,對保證電能計量的準(zhǔn)確性和貿(mào)易結(jié)算的公正性具有重要意義。

2.1 電壓互感器誤差在線監(jiān)測

在110～220 k V電壓等級的關(guān)口計量點,已通過對標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行小型化的工藝改造,并采用人工帶電作業(yè)或機器人手臂等方式將標(biāo)準(zhǔn)器接入系統(tǒng),實現(xiàn)了關(guān)口計量電壓互感器在線監(jiān)測。但這種方法存在檢測效率低、對系統(tǒng)擾動大、輸出信號易受外界電磁干擾等缺點,已經(jīng)難以適應(yīng)電網(wǎng)高電壓、大規(guī)模的發(fā)展趨勢。為了解決這一問題,國內(nèi)外學(xué)者提出了多種針對性解決方案。

為避免進(jìn)行電壓互感器誤差在線檢測時因標(biāo)準(zhǔn)器頻繁投切引起的系統(tǒng)電壓波動大,校準(zhǔn)時間長等問題,文獻(xiàn)[8]提出一種電壓互感器在線群校準(zhǔn)方法。使用電容式分壓器作為標(biāo)準(zhǔn)器接入系統(tǒng),在同步信號指令下,多臺被檢電壓互感器的二次輸出經(jīng)采集板、合并單元打包數(shù)字化后,與標(biāo)準(zhǔn)通道信號數(shù)據(jù)一起在工控機數(shù)字處理單元中實現(xiàn)信號處理和誤差計算。當(dāng)變電站內(nèi)電壓互感器數(shù)量龐大時,可根據(jù)實際情況增加合并單元數(shù)量實現(xiàn)大規(guī)模在線監(jiān)測。

在實際生產(chǎn)中,大部分在線運行的電壓互感器,尤其是特高壓工程項目,根本無法停電,且隨著電壓等級的不斷提高,相關(guān)校驗設(shè)備的規(guī)模和尺寸更加巨大。因此,為了解決這一突出問題,利用變電站內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備和接線進(jìn)行適當(dāng)改造,作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與關(guān)口計量電壓互感器長期并列運行,實現(xiàn)對運行中的電壓互感器誤差在線監(jiān)測,就成了現(xiàn)實條件下的一種選擇。

文獻(xiàn)[9]開發(fā)了一套電容式電壓互感器誤差在線監(jiān)測系統(tǒng),如圖2所示,其利用電磁式電壓互感器計量特性穩(wěn)定的特點,使用母線電磁式電壓互感器(TV)與線路電容式電壓互感器(CVT)進(jìn)行誤差比對,實現(xiàn)對CVT誤差的在線實時監(jiān)測。文獻(xiàn)[10]則在前者基礎(chǔ)上更進(jìn)一步:在特高壓站中,分別使用0.1級母線TV與0.2級主變壓器側(cè)CVT作為標(biāo)準(zhǔn)器,以二者檢測0.2級高抗側(cè)CVT得到的絕對誤差偏差小于0.05級電壓互感器誤差限的檢測結(jié)果,推導(dǎo)了在校驗0.2級CVT時,0.1級TV標(biāo)準(zhǔn)與0.2級CVT標(biāo)準(zhǔn)的測量絕對誤差是“相等”的結(jié)論。據(jù)此,提出了一種使用相同準(zhǔn)確度等級的特高壓CVT開展誤差在線比對校驗的試驗方法。然而,使用TV/CVT校驗同一級別的CVT在校驗原理上是行不通的,并且這類方法所依據(jù)的檢測數(shù)據(jù)與應(yīng)用案例太少,缺乏充分的實踐經(jīng)驗支撐。

圖2 電壓互感器誤差在線同級比對技術(shù)原理示意

文獻(xiàn)[11]將站內(nèi)LVQB型電流互感器視為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容,通過互鎖開關(guān)再串聯(lián)一個低壓標(biāo)準(zhǔn)電容器,實現(xiàn)與高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器高壓電極、低壓電極之間結(jié)構(gòu)的類似,將其改造為標(biāo)準(zhǔn)裝置實現(xiàn)對電壓互感器的在線監(jiān)測。但是,這種改造成的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器,其量值溯源路徑不明,且互鎖開關(guān)出現(xiàn)故障時,屏蔽罩上會產(chǎn)生隨機的懸浮電壓,引起局部放電,存在較大的安全風(fēng)險;作電流互感器使用時,其暫態(tài)性能及誤差性能可能會受影響。

2.2 電流互感器誤差在線監(jiān)測

由于標(biāo)準(zhǔn)比較法在校驗原理、方法及相關(guān)裝置使用等方面的要求,在運的電流互感器難以采用傳統(tǒng)電磁式標(biāo)準(zhǔn)裝置并列運行的方法進(jìn)行誤差的在線比對與監(jiān)測。目前,應(yīng)用較廣的是使用電子式電流互感器作為標(biāo)準(zhǔn)器構(gòu)建電流互感器在線校驗系統(tǒng),原理如圖3所示。

圖3 電流互感器誤差在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理示意

這類直接測量系統(tǒng)主要由傳感部分、電源供電與管理、傳感信號的采集與通信、數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)的模擬輸出5個部分構(gòu)成。其基本原理是:標(biāo)準(zhǔn)通道的高壓側(cè)采用鉗形電子式電流互感器,在不停電的情況下,將傳輸線上的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號,通過光纖傳輸至低壓側(cè)的數(shù)據(jù)處理平臺,被校通道電流互感器的信號也同時被采集送入,數(shù)據(jù)處理平臺將同一時刻的2個信號進(jìn)行比對,給出校驗結(jié)果。但是,傳統(tǒng)的鉗形電子式電流互感器在使用時易受到開口氣隙、載流導(dǎo)體位置、外界電磁場等因素的影響,并且其模擬積分器存在溫度漂移和零點漂移等問題,整體測量準(zhǔn)確度難以達(dá)到0.05級,作為標(biāo)準(zhǔn)器,這將嚴(yán)重影響誤差的檢測準(zhǔn)確度。因此,為了最大限度的發(fā)揮關(guān)口電流互感器的作用,實現(xiàn)狀態(tài)檢修,提高經(jīng)濟效益,亟需研究能在不停電狀態(tài)下對電流互感器進(jìn)行在線校驗的高精度標(biāo)準(zhǔn)傳感器。

文獻(xiàn)[12]構(gòu)建了一種以高精度電子式開口雙級電流互感器作電流標(biāo)準(zhǔn)器的TA誤差在線校準(zhǔn)裝置,標(biāo)準(zhǔn)器的圓環(huán)形鐵心采用高導(dǎo)磁坡莫合金材料制成,通過并列運行方式在線同步獲取被試電流互感器和電流標(biāo)準(zhǔn)器的二次電流,經(jīng)計算得到被試品的比差和角差?，F(xiàn)場試驗結(jié)果證明,此裝置能夠滿足對0.2級電流互感器的現(xiàn)場誤差校準(zhǔn)要求。該方法中鉗形線圈的設(shè)計便于互感器接入線路,但其在長期使用后測量精度容易受到開口氣隙的影響。為解決這一問題,文獻(xiàn)[13]提出了鉗形結(jié)構(gòu)的鐵心-空心雙線圈電子式電流互感器,利用2種線圈開口氣隙與誤差的變化特點:鉗形鐵心線圈的比差、角差隨開口氣隙的增大而增大,角差影響更大;鉗形空心線圈比差隨開口氣隙增大而增大,角差基本不受影響。首先以2個線圈相位比對差值小于2′的閾值驗證雙線圈閉合完好性,若閉合完好,再以鐵心線圈的輸出作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比差和角差的校驗。該方法通過兩線圈輸出相互比對的方式實現(xiàn)了自動校準(zhǔn),經(jīng)過測試可以達(dá)到0.05級的準(zhǔn)確度。

在間接測量方法中,文獻(xiàn)[14]基于電流互感器帶電運行的各種狀態(tài)考慮,提出以等效阻抗原理為基礎(chǔ)的誤差監(jiān)測算法:首先在停電狀態(tài)下,通過試驗得到電流互感器25%～100%負(fù)荷下的任意一電流點的誤差值及勵磁特性曲線。然后在帶線狀態(tài)下,測出現(xiàn)場實際二次電流和二次負(fù)荷,利用一次電流變化引起勵磁電抗變化與負(fù)荷變化引起勵磁電抗變化的等效關(guān)系,結(jié)合相關(guān)關(guān)系方程,即可計算出任意負(fù)荷、任意電流下的誤差。該方法既能實現(xiàn)電流互感器穩(wěn)態(tài)無故障條件下的誤差監(jiān)測,也能在故障條件下實時報警。

2.3 關(guān)鍵問題

新型監(jiān)測方法應(yīng)用效果有待長期觀測驗證?，F(xiàn)在提出的許多新的試驗方法,并不需要接入傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)互感器,從試驗原理和方法上雖然不符合有關(guān)檢定規(guī)程和管理辦法的要求,但是如果不是進(jìn)行檢定校準(zhǔn)工作,只是在日常運行管理中實現(xiàn)對誤差變化情況的監(jiān)控,這些方法也是可行的。不足之處在于脫離標(biāo)準(zhǔn)互感器的情況下,如何準(zhǔn)確獲取用于構(gòu)建互感器運行特征和模型的特征量信息,區(qū)分是由系統(tǒng)波動因素還是由互感器本體因素所引起的互感器運行誤差的變化。目前已提出方法的運行可靠程度尚缺乏成熟的應(yīng)用案例及長期的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐。

并列運行的標(biāo)準(zhǔn)互感器誤差溯源方法有待解決。在一些在線監(jiān)測方法中,通過將一個更高精度的標(biāo)準(zhǔn)互感器與被監(jiān)測對象并列運行以達(dá)到實時在線監(jiān)測,但是并列運行將導(dǎo)致系統(tǒng)更加復(fù)雜,退出運行難度增加,標(biāo)準(zhǔn)互感器自身誤差溯源及檢修工作的開展需要尋找更為可靠、高效的方法,以確保輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

在線監(jiān)測系統(tǒng)中電子類設(shè)備的電磁兼容性能有待考證。變電站環(huán)境中天然存在著由變電站開關(guān)操作、系統(tǒng)短路、系統(tǒng)局部放電、雷電放電等所引起的強電磁干擾,而在互感器的在線監(jiān)測中大量使用了電子式互感器、采集與通信裝置等結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜的電子類設(shè)備,這些新型電子設(shè)備在變電站高壓強電磁場環(huán)境中的工作可靠性及穩(wěn)定性將直接影響在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作性能及結(jié)果準(zhǔn)確度,目前工程界尚無對此類設(shè)備電磁兼容性能成熟的評價結(jié)果或現(xiàn)場應(yīng)用情況的長期觀測案例。

3 互感器二次回路在線監(jiān)測技術(shù)

根據(jù)有關(guān)規(guī)程,互感器二次回路現(xiàn)場校驗項目包括TV二次回路壓降及TV、TA二次實際負(fù)荷。其中,TV二次壓降須通過周期檢測進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控,TV、TA二次負(fù)荷只需在裝置投運后開展首次檢驗即可。同時,電能計量裝置故障多發(fā)生于計量二次回路,故障期間伴隨有差錯電量的產(chǎn)生,由于計量二次回路故障的復(fù)雜性,當(dāng)前的差錯電量計算方法在處理相關(guān)問題時多有不足,電量追補結(jié)果與實際情況之間往往存在偏差,因此對互感器二次回路進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測,預(yù)先發(fā)現(xiàn)故障隱患,保障其安全、健康顯得尤為重要。

3.1 TV二次壓降及TV、TA二次負(fù)荷在線監(jiān)測

目前,電壓互感器二次回路壓降的測量主要使用專用測試電纜連接電能表表尾與電壓互感器二次接線端子箱,由壓降測試儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測量及顯示。測試互感器二次負(fù)荷可用專門的二次負(fù)荷測試儀,使用儀器線夾測量互感器的二次電壓,使用鉗型電流表測量互感器的二次回路電流,即可得出各相電壓、電流互感器的二次負(fù)荷。這種測試方法準(zhǔn)確度高、測試結(jié)果穩(wěn)定,但是在具體操作過程中需要多人配合進(jìn)行電纜鋪設(shè)和接線,工作量大,并且變電站高壓強電場環(huán)境下電纜軸線易產(chǎn)生感應(yīng)電,接線及測量作業(yè)是在帶電情況下進(jìn)行的,具有一定程度的觸電風(fēng)險。

為了優(yōu)化現(xiàn)有互感器二次回路的傳統(tǒng)校驗方法,文獻(xiàn)[2-3]設(shè)計了一種互感器二次回路在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程校驗系統(tǒng),通過現(xiàn)場固定布線和設(shè)置二次壓降及負(fù)荷測試儀器的方式,由多回路切換裝置控制線路的切改,在TV、TA端子箱及電能計量屏間建立測試回路,測試結(jié)果經(jīng)通信模塊傳至后臺管理中心,實現(xiàn)對全站范圍的電壓互感器二次壓降及二次負(fù)荷、電流互感器二次負(fù)荷的遠(yuǎn)程在線測試。該方法使用直接測差原理實現(xiàn)壓降和負(fù)荷測試,符合DL/T 1664-2016《電能計量裝置現(xiàn)場檢驗規(guī)程》相關(guān)規(guī)定,免除了人工測量方法需現(xiàn)場臨時布線等繁瑣環(huán)節(jié),能夠顯著提高工作效率。但是,這種方法只能分路測試,無法實現(xiàn)對整個二次回路的實時在線監(jiān)測,且前期固定鋪設(shè)測試電纜、儀器的工程量大、對場地條件要求高、后期維護(hù)難度大。

為解決采用傳統(tǒng)布線校驗方式所存在的問題,文獻(xiàn)[15]設(shè)計了一種互感器二次回路自動化遠(yuǎn)程實時在線監(jiān)測系統(tǒng),由測量主機、TV測量分機、TA測量分機等部分組成,系統(tǒng)原理如圖4所示。其中,TV分機位于TV二次端子箱,完成TV二次負(fù)荷測量,并與測量主機一起完成TV二次壓降所導(dǎo)致的誤差等測量功能;TA測量分機位于TA根部,完成TA二次負(fù)荷測量等測量功能。以TV二次壓降測量為例,將TV分機和測量主機分別設(shè)置在電壓互感器二次側(cè)端子箱處和電能計量屏柜電能表接線端子處,利用GPS統(tǒng)一授時,同步讀取兩端的電壓和相位信息,TV分機將讀取的信息通過低壓電力線寬帶載波同步通信方式發(fā)送至測量主機,在主機中運行TV壓降測量算法進(jìn)行比較、計算,即可得到電能表端的電壓相對于TV二次端電壓的比差和角差,并可進(jìn)一步求得二次壓降引起的計量誤差值,實現(xiàn)無需布線即可遠(yuǎn)程實時自動測量之目的。TV、TA二次負(fù)荷測量,則分別由TV、TA分機在相應(yīng)二次端子箱內(nèi)采集電壓、電流信息數(shù)據(jù),在本地運行負(fù)荷測量算法計算出二次負(fù)荷結(jié)果后發(fā)送至主機,實現(xiàn)二次負(fù)荷測量功能。

圖4 互感器二次回路自動化遠(yuǎn)程在線監(jiān)測原理示意

此外,一些學(xué)者為了實現(xiàn)對互感器二次回路故障的智能檢測與分析,通過加裝導(dǎo)納在線測試儀、對遠(yuǎn)程負(fù)荷管理終端進(jìn)行功能改造等方式,提出了導(dǎo)納測試法用于系統(tǒng)帶電情況下的二次回路故障診斷。由于其在實現(xiàn)過程中同樣需要對二次回路的電流、電壓向量進(jìn)行測量采集,故可在導(dǎo)納在線測量原理的基礎(chǔ)上通過添加互感器二次負(fù)荷的測量算法,對相關(guān)裝置進(jìn)行升級,在測量導(dǎo)納的同時,實現(xiàn)對互感器二次負(fù)荷的在線監(jiān)測。

3.2 關(guān)鍵問題

多回路切換技術(shù)的實現(xiàn)形式有待優(yōu)化。對電流信號的切換,由于電流互感器在運行過程中禁止二次開路,不能直接通過選擇繼電器實現(xiàn)二次回路的切換。實際中通常采用穿心式電流互感器將線路電流轉(zhuǎn)變成小電流信號,再將其進(jìn)行“電流-電壓”轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入到繼電選擇單元進(jìn)行選擇切換。這個過程中有多個變換環(huán)節(jié),增加了多種電子裝置,加大了監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障的概率,且模擬量小信號更易受外界干擾,影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

關(guān)口電能計量裝置在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了在實際運行條件下評估電能計量裝置性能,形成了一種新的關(guān)口計量裝置管理及運維機制,有助于管理者及時、準(zhǔn)確地掌握關(guān)口計量裝置的實際運行狀態(tài),解決了目前工作中存在的作業(yè)安全風(fēng)險高、周期檢定工作強度大、異常發(fā)現(xiàn)及時性差、信息化程度低等問題。在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是關(guān)口電能計量裝置管理及校驗工作適應(yīng)智能電網(wǎng)能源互聯(lián)以及電力貿(mào)易市場化等現(xiàn)實需求,向操控自動化、功能多樣化和運行智能化發(fā)展的必然趨勢。此外,對在線監(jiān)測技術(shù)的深化應(yīng)用提出3點建議:一是進(jìn)行在線監(jiān)測系統(tǒng)長期掛網(wǎng)觀測試驗,積累實際環(huán)境下的運行數(shù)據(jù)及異常事件信息,分析在線監(jiān)測系統(tǒng)與電網(wǎng)運行之間的相互作用及影響,全方位評價在線監(jiān)測系統(tǒng)及裝置運行的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性情況;二是開展新裝置、新設(shè)備的研究,滿足新技術(shù)發(fā)展需求,在傳感器件、高頻采集、同步技術(shù)等方面努力解決“卡脖子”的關(guān)鍵問題,助力技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)質(zhì)的飛躍;三是推動相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)程的制定,引導(dǎo)在線監(jiān)測技術(shù)科學(xué)、有序、規(guī)范化發(fā)展,為其規(guī)模化的應(yīng)用部署鋪平道路。