电能量采集系统在计量缺陷分析过程中的应用

刘高原，戴春怡，朱俊杰

(国网上海市电力公司检修公司，上海 200063)

电能量采集系统在计量缺陷分析过程中的应用

刘高原，戴春怡，朱俊杰

(国网上海市电力公司检修公司，上海 200063)

介绍了电能量采集系统在计量缺陷分析过程中的应用现状，结合具体实例说明缺陷分析的方法，并根据长期以来的分析结果，对设计选型、设备运行提出了相关的建议。这对提高电力系统设计水平和计量管理水平都有一定的指导和参考意义。

电能采集；计量；缺陷；线损率

线损率是电力系统的一项重要技术指标，电能量采集系统为远程抄表提供有效地解决手段，也是有效控制线损率的重要举措。电能量采集系统作计量缺陷分析过程中发挥重要作用，通过对采集系统数据的分析，可以及时发现规划设计、电能表、计量二次回路等各环节的缺陷，结合分析可以准确地对缺陷进行定位，大大提高缺陷处理能力，缩短缺陷处理时间。

上海电网范围内220 kV及以下线路电能表全部接入电能量采集系统，已经实现了远程自动抄表，并在此基础上建立站内电能平衡、220 kV线路线损、每日母线平衡、每月母线平衡、主变损耗、每月网损等的自动计算统计等功能，通过对电能量的自动采集和计算统计确保每一个计量点的数据准确可靠，由此实现了横向可以分析任一时间断面上母线、主变、变电站、分区等的电能平衡，纵向可对任一线路跟踪分析，实时掌控电能计量的运行情况以及负荷变化趋势[1-2]。

本文将介绍电能量采集系统在计量缺陷分析过程中的应用现状，结合具体实例说明缺陷分析的方法，并根据长期以来的分析结果，对今后设计选型、设备运行提出了建设性的意见。

1 电能量采集系统概述

电能量采集系统主要由站内电能表、二次回路、电能采集终端、电能采集主站等部分构成，任何一个环节故障都可导致线损率偏差。通过分析电能量采集系统数据，综合母线平衡趋势、主变平衡趋势、线路平衡趋势等多方面的数据，可以明确缺陷类型和缺陷发生的具体线路。

根据上海电网电能量采集系统要求，电量不平衡率大于±1%为不合格数据，不平衡率小于±1%均为合格。为了跟踪分析电能采集数据，并提高电能采集数据的准确性，在分析过程中，当不平衡率不在-3%～+5%之间时，进行预警。同时，以月度为单位，统计各站各电压等级的母线不平衡率的平均值和离散性，以便对不平衡率数据进行跟踪分析和掌控。

1.1电能表内部故障

电能表内部故障会导致计量电量的丢失，体现在负荷曲线上就是曲线不连续，出现断点，体现在采集数据上，就会造成母线日平衡率超标或离散性增大。通过观察和分析母线平衡趋势，结合负荷曲线分析可以定位故障电能表。

案例一：

2015年4月，某220 kV变电站35 kV母线平衡率在月初一直处于良好水平，但从12日开始母线不平衡率明显上升。结合测量点列表得出，35 kV线路1电能表有异常，调阅该线路负荷曲线发现其从12日开始出现断点，13日后负荷曲线消失(见图1)。经与站内联系，发现该线路一直有负荷，由此确认该线路电能表内部故障导致电量缺失，予以更换电能表解决问题。

表1 某站110 kV母线4月份电量差异表

图1 2015年4月35 kV线路1负荷曲线图

案例二：

2015年9月，某220 kV变电站110 kV母线平衡率于24日开始变差，平均值、离散性上升。经过排摸后发现，110 kV线路1负荷曲线在24日开始发生断点(见图2)，随后断点发生的时间越来越大，对照母线平衡率发生日期(24日)和后续发展趋势，确定是由于该线路电能表问题导致母线平衡率偏差。

图2 2015年9月份110 kV线路1负荷曲线图

案例三：

2015年10～11月，某220 kV变电站35 kV日母线平衡率之前一直很好，但自10月25日开始母线平衡率开始发生波动，到11月15日母线平衡率波动大于1%。经过检查发现，站内35 kV线路2负荷曲线断续，并且大的断续点从11月15日开始，与每日平衡率发生超差相符，由此可以确定该电能表发生故障。母线日平衡率发生偏差一般是由于某一电能表发生问题，如果从负荷曲线异常结合发生偏差日查找问题，可以准确定位故障发生的线路。

案例四：

某220 kV变电站35 kV母线日平衡率在2015年8月之前一直都处于正常水平，但在8月母线日平衡率波动较大，离散性指标达到8.046(正常小于1)。尽管母线不平衡率平均值为0.18%，但是离散性较大，应为不正常情况。

通过对母线平衡率超大的日期进行母线分段平衡分析，发现35 kV五段母线平衡率超差较大，对五段母线平衡的所有出线的负荷曲线进行检查发现35 kV线路3负荷曲线存在断点，由此判断该线路电能表发生故障。母线月平衡率合理，但离散性超标，一般也是由电能表故障引起的，可通过分析各条母线的平衡，再结合线路负荷曲线来定位故障的电能表。

1.2二次回路异常或精度不足

二次回路异常包括电流回路异常和电压回路异常，电流互感器或电压互感器回路的精度与线性度、二次回路压降都会影响计量的精度。

当线路所带负荷较小，电流互感器可能工作于初始传变的非线性区域，导致电流互感器误差偏大。同时，电能表也有起始计量点(额定电流的0.1%)，小负荷情况下不会进行计量。这两方面都会导致计量数据的偏差。

案例五：

2015年4月，某站110 kV母线各有一条出线与供电公司电量发生不平衡。4月份电量差异如表1所示。

按照定工1145线路售电量计算，供电侧少计电量3.6万kVA，检查该变电站110 kV母线不平衡率为0.17%，在合理范围内。检查电能表每日平衡率工作状态发现每日平衡率的平均值为0.172%，离散性为0.066，数据采集准确稳定，说明电能表工作状态良好。因此，该线路线损率-3.64%无法确定是否为供电侧问题。

通过分析发现，两条线路的负荷均较小，电流互感器工作于非线性传变区，误差较大，导致电能表数据偏差大。同时，线路两端电流互感器变比分别为600/5和300/5，线路两侧电流互感器的一次电流相同，二次电流不同，两侧电流互感器工作于不同的非线性区域，造成了两侧偏差进一步增大。

案例六：

2015年3月～6月，某220 kV变电站110 kV母线上投运的只有一条110 kV线路和4号、5号二台110 kV主变(空充状态)，母线平衡总是超差(4%左右)。通过分析发现，110 kV出线每月电量仅为40万kVA，属于小负荷情况，考虑到电流互感器变比工作在小负荷起始点的非线性特性，母线不平衡超差应为正常；但1、2号主变电流互感器为1 600/5，出线变比800/5线路，按照常理不平衡率应为负值，但实际为正值。仔细分析4、5号110 kV主变接入母线，电量为零(下面10 kV无出线)。实际上4、5号主变尽管没有负荷，但在空充情况下有近30 kW的铁损，由于受电流互感器起始点非线性影响和未到达电能表起始计量点，110 kV主变电能表计量为零。但1号主变110 kV侧电能表在计算电量时，由于母线上有110 kV线路小负荷，跨越了计量死区，同时也将4、5号主变的铁损计量在内，由此造成母线的不平衡率为正值。将铁损30 kW的每月电量(2万kVA)补上后，母线平衡基本正常。从6月份开始，4、5号主变负荷逐渐增加，尽管110 kV线路负荷未增加，但由于110 kV主变负荷增加，4、5号主变电能表开始计量，因此110 kV母线平衡率明显好转。

案例五和案例六表明：低负荷小电流计量受到电流互感器非线性和电能表启动电流影响，其计量精度较差，因此有必要开展探讨根据负荷情况合理选择电流互感器变比和电能表额定电流的大小，并统一规范线路二端电流互感器变比。这也是精细化线损工作开展以来大量统计分析后的重要结论。

电压回路异常也会导致计量数据出现偏差，电压回路异常包括包括电压回路压降大或电压回路缺相。

案例七：

2015年5月，某220 kV变电站35 kV母线平衡率自6日开始超差。超差的不平衡率是负值，说明主变35 kV电能表少记电量，查看发现3号主变35 kV五段开关电能表的电量从6日开始突然减小，并且跌幅达到50%，其负荷曲线如图3所示。经查为3号主变35 kV五段电能表电压小开关断线，28日处理后恢复正常。

图3 2015年5月某站3号主变35 kV五段负荷曲线

由图3可见，二次回路的异常也会导致采集数据偏差增大，但是从负荷曲线上可能不能很明显看出来，需要经过分析才能确定故障线路。对于小负荷情况，尤其是线路两侧电流互感器变比不一致的回路，有必要在设计阶段根据负荷的预测情况，有针对性的选择电流互感器型式和变比。

1.3电能采集终端故障或网络通信异常

2015年共发生了14起电能采集终端故障缺陷，经重启或更换电能采集终端后恢复，电能表与采集终端通信异常缺陷12起。电能采集终端故障后整站或整条母线数据无法上传，现象明显。由于电能表的数据存储在电能表中，采集终端只负责与主站的通信，在故障消除，通信重新建立后，会将电能表中的数据读取出来，因此一般采集终端故障不会造成数据的丢失。

1.4采集系统参数配置与实际不一致

电能表上传的数据是电能表的二次电流和二次电压的计算值，采集系统需根据电能表所在回路的电流互感器变比和电压互感器变比进行换算，变成一次值进行平衡计算。采集系统中需要对每个电能表设置电流互感器和电压互感器变比。电压互感器变比一般固定不变，由线路的电压等级决定。电流互感器变比根据不同间隔而异，也可能因电流互感器更换等发生变化。

案例八：

2015年11月，某220 kV变电站自21日开始35母线平衡率有所增大(0.72%)，分析显示35 kV六段偏差较大，但是查找各线路负荷曲线均无断续等异常情况。经与检修计划比对后发现20日35 kV六段上有一条备仓改投运，初步估计可能是该条线路原因导致偏差增大，经翻阅台账发现该条线路电流互感器变比为1 000/5，采集系统中设置的电流互感器变比为600/5，因之前其一直处于备用状态，变比无影响，投运后就对系统数据有影响，造成偏差增大。

2 对电能采集分析的建议

电能量采集系统可以辅助分析计量设备的缺陷，快速定位缺陷设备，为了更好地发挥采集系统的作用，提出以下建议。

2.1对分析方法的改进建议

利用系统内的数据进行缺陷定位分析时，一般需要综合运用到多个统计表格，如综合母线日平衡趋势、线路日平衡趋势才能确定某条线路电能表故障或参数设置问题，综合母线日平衡趋势、主变日平衡趋势才能确定主变电能表是否有问题。目前的分析手段主要是人工分析，工作量大，并且严重依赖分析人员的经验，不利于提高分析效率。应针对这些数据建立分析系统，引入人工智能的分析方法，建立计量缺陷分析专家库，以便更充分地利用采集系统数据，提高分析效率。

2.2对设计选型的建议

在设计阶段考虑电能表计量回路对电流互感器变比的要求。根据文献[1]要求：“电流互感器额定一次电流宜按正常运行的实际负荷电流达到额定值的2/3左右，至少不小于30%(对S级为20%)。对于正常负荷电流小、变化范围大的回路，宜选用特殊用途(S型)的电流互感器”。线路设计时两端的电流互感器特性与变比应选取一致，使两端电流互感器工作在同一特性区域内，减小线损的统计误差。

根据线路设计负荷的大小，选择适当标定电流的电能表。文献[1]要求：“为提高低负荷时的计量准确性，应选用过载4倍及以上的电能表。对经电流互感器接入的电能表，其标定电流宜不低于电流互感器额定二次电流的30%(对S级为20%)，额定最大电流为额定二次电流的12%左右”。同时，应选择精度高的电能表，以提高计量数据的精确性。

2.3对运行维护的建议

若有备仓改投运、新增线路、新换电能表等工作，应根据《检修公司计量管理实施细则》，在设备投运前，检修中心人员将电能计量参数报给运行人员，运行人员及时将电系变化情况、计量参数调整内容等报予管理部门，并检查其参数修改的正确性，保证采集数据的正确。

电能表计量精度对二次回路的要求较高，以后定期校验过程中应重视电能表二次回路的检查，同时应重视电能表采集通信的畅通，工作结束后和工程验收时应注意检查数据采集系统通信正常。

3 结语

本文介绍了电能量采集系统在计量缺陷分析过程中的应用现状，结合8个具体的案例说明了缺陷分析的方法，并根据长期以来的分析结果，对设计选型、设备运行提出了相关的建议。这对提高电力系统设计水平和计量管理水平都有一定的指导和参考意义。

[1] 电测量及电能计量装置设计技术规程：DL/T 5137—2001[S].

[2]电能计量装置技术管理规程:DL/T 448—2000[S].

(本文编辑：赵艳粉)

Application of Electric Energy Collection system in Measurement Defect Analysis

LIU Gaoyuan, DAI Chunyi, ZHU Junjie

(State Grid Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 200063, China)

This paper introduces the current application of electric energy collection system in measurement defect analysis process, and illustrates the method of defect analysis with the specific examples. Then according to the long-term analysis results, some suggestions are presented on design selection amd equipment operation. This research provides certain guidance and significant reference to improving the power system design level and measurement management level.

electric energy collection; measurement; defect; line loss rate

10.11973/dlyny201704007

刘高原(1984—)，男，硕士，工程师，主要从事电力系统二次相关专业的运维、检修工作。

TM764

：A

：2095-1256(2017)04-0397-04

2017-04-25