变电站110kV及以上母线电量不平衡量的分析

陈建熹 林仲硕 谢一奋 刘驹 许恺

（广东电网有限责任公司汕头供电局 广东 汕头 515041）

引言

在电能计量领域中，变电站电能计量是一个重要的组成部分，对分析供电单位的供电量，线损电量具有很重要的支持作用。监测变电站日母线电量不平衡大小，是一种常用的辅助运维人员日常分析变电站电能计量准确性的手段。因此，利用历史母线电量不平衡量的大小，实现对计量准确性的辅助分析，对提高计量运维人员的工作效率，具有很好的辅助作用。

1 变电站母线电量不平衡率的构成与特征

1.1 变电站母线电量不平衡率的构成

变电站母线电量不平衡的计算方法为公式1：

通过该公式可以看出，母线电量不平衡率与输入、输出母线的电量有关，当某一电能计量装置出现异常时，就会使得母线电量不平衡率发生异常增大或减少，从而可以辅助判断电能计量装置的准确性。按照当前对母线电量不平衡率的要求，标准为：±1%以内视为合格，超过这个范围，则视为不合格。

1.2 变电站电能计量装置的组成及其特征

变电站电能计量装置包括：电能表、电压互感器、电流互感器等三个主要设备。根据DLT 448-2016 《电能计量装置技术管理规程》中的规定，一般的，变电站电能计量装置采用0.2S级电流互感器。对电能表来说，当前安装的电能表，表码的精确度等级为小数点后两位。

对于10kV馈线，同一变电站内的10kV馈线可能采用两种或以上不同变比的电流互感器；而对于110kV及以上线路，电流互感器的变比一般相同且相对较大；根据某供电局安装的电能计量装置统计结果显示，110kV及以上电能计量装置，采用600/5以上变比的电流互感器，即综合倍率最小为13200，因此电能表即便走码较小，乘上综合倍率后电量依然很大。

2 变电站母线电量日不平衡的构成分析

2.1 变电站母线电量日不平衡量的构成分析

变电站母线电量日不平衡量的构成可以分为以下几类：

（1）母线合理线损：在变电站的日常运行中，由于母线本身电阻的存在，形成母线线损；

（2）电能表表码的精确度造成的影响：由于当前采用的电能表表码的精确度为小数点后两位，所以在零点时，如果电能表所计电量不满0.01时，则会造成当日有部分电量未计入，形成了变电站母线电量日不平衡量；

电能量采集终端采集顺序造成的影响：

（1）当前计算变电站母线不平衡电量时，采用的表码为电能量采集终端采集的实时表码；由于电能量采集终端采集顺序的先后，以及表码信息在通信线路上的先后到达，采集回来的各电能表的实时表码有些微的先后差异；这种采集时间的非同时性也形成了变电站母线电量日不平衡量的一部分；

（2）旁路代供的影响：对于存在有旁路母线的变电站而言，当变电站的线路、主变检修时，则会使用旁路母线代供电能。当变电站母线电量日不平衡模型中不存在旁路母线的电能表所计电量时，则会形成将其计入变电站母线日不平衡量中；

（3）电能计量装置异常：当线路、主变电能计量装置出现异常时，则不能准确计量电能量，造成不平衡[1]；

2.2 110kV及以上母线日不平衡量的特征

对于变电站母线不平衡量，根据历史数据分析可得，110kV及以上母线日不平衡量在数值上呈现更多的统一性，在正常情况下，大部分时间集中在某几个数值上。

以某220kV变电站为例，下面中图1为该变电站自2017年以来110kV母线日不平衡电量数值分布柱状图，其数值分布的方差为116.4，说明其数值分布集中性较高，具有较好的敏感性。

3 母线电量日不平衡量与日不平衡率的对比

3.1 数值分散性的对比

根据2.2节中的论述，以及历史数据的总结分析可以得出：110kV及以上母线电量日不平衡量具有相对集中的特点。同时，在日常生产活动中，输入、输出母线的日电量与当日的用电负荷、电网潮流有关，分散性相对较高。因此，根据1.1节中的公式1的计算方式，可以推断出，母线电量日不平衡率的分散性也相对较高。

同样的，以2.2节中所述变电站的数据为例，做该站110kV母线电量日不平衡率数值分布柱状图（图2），可以看出，除0%占比较高（共出现384次，占比34.8%）外，其他数值出现频率较低，分散度较高[2]。

该站110kV母线日不平衡率的数值分布方差为20.9，明显相对分散。

3.2 作为异常信号的对比

在电能计量领域，母线电量日不平衡量和变电站母线电量日不平衡率这两个指标，都可以作为异常信号，辅助判断变电站是否发生计量异常。

在日常工作中，对变电站母线电量日不平衡率的阈值为±1%，在此标准下，根据该变电站的数据，共有435个点不符合该标准，占总数29.8%，误报率较高，造成该站母线电量日不平衡率偏差的原因主要为2.1节中2、3点所述。

相对的，对该站母线电量日不平衡量的数值分布，采用某数值的出现次数占总数据量的比率作为辅助判断是否发生计量异常的依据，并将阈值设定为±1%。在该种判断标准下，共有33个点不符合标准，占总数2.2%，与实际运行中的异常发生次数相对接近。

因此，变电站母线电量日不平衡量相比变电站母线电量日不平衡率作为辅助判断指标，更具合理性[3]。

4 母线电量日不平衡量的数学模型分析

4.1 数学模型的基础假设

假设上述章节中所采用的变电站的母线日不平衡量均由2.1节中第2点引起，对其进行数学建模，再将结果与实际分布情况进行对比，可验证理论的合理性。

已知该变电站110kV母线上，共有7条线路，其中所有线路的电压互感器均为110000/100，有三条线路的电流互感器变比为400/1，四条线路的电流互感器变比为800/1。每只电能表在每日均有-0.01、0、0.01三种可能，假设这三种可能性均为1/3，以此进行建模计算。

4.2 对变量的分组

根据上述该站线路电流互感器的描述，可知，在电能表的电量为0.01时，有3条线路的实际电量为4400 kWh，有4条线路的实际电量为8800 kWh，因此可以以此进行分组分组[4]。

4.3 总概率分布

通过4.2节中的讨论，归纳总结出各个数值的分布情况，如下图所示：

4.4 理论模型与实际数值的对比

将2.2节中的数值分布数量转化为数值分布百分比，与4.3节中的理论模型相对比，做出图5

总结图5中的数值分布，可见：

（1）实际母线电量不平衡量集中程度更高，且更加集中在数值0周围；

（2）实际母线电量不平衡量在数值较大的末尾段，存在一系列数值量较大的点，且数量较少；

（3）理论模型和实际母线电量不平衡量分布都符合正态分布的规律，且峰值集中在数值0周围，说明2.2节中的原因分析2具有一定的可信度；

对此，回顾4.1节中的假设，可以发现理论模型与实际分布产生差异的原因，可以归结于以下几点：

（1）在4.1节中，模型假设每个电能表每日产生{-0.01,0,0.01}的差值的概率均相同，都为1/3；而在实际生产中，产生{-0.01,0,0.01}三个差值的概率并不相同，由实际分布可知，在实际生产中，0差值的概率更高，因此最终的分布比率也更集中与数值0上；

（2）根据4.3节中表八，各个母线日不平衡量数值之间不是连续的，而是离散分布的，而由于离散分布的存在，导致了理论模型并不严格符合正态分布的要求，但根据4.2节中对各个数值的概率计算，可见该种概率计算接近于二项分布模型，而当样本数量巨大时，二项分布模型又可近似于正态分布模型，因此，仍可以采用正态分布曲线估算数值的分布情况；

（3）在实际母线不平衡量分布中，在数值量大的尾部有数量较少的点，这些数值并不符合模型的预测，在实际生产过程中也属于异常的数值点，属于2.2节中分析4、5的情形[5]。

5 结语

本文分析了变电站母线日不平衡量的产生原因，对比了变电站母线日不平衡量与日不平衡率作为异常信号的性能对比，表现了变电站母线日不平衡量作为异常的指标具有更好的准确性。最后，以2.1节中的原因分析2作为根据，按照每个电能表每日产生{-0.01,0,0.01}的差值的概率均相同的假设进行数学建模，得到一个理论变电站母线日不平衡量分布的模型，并与实际日不平衡量的分布情况进行对比，说明了2.1节中的原因分析2具有一定可信度，以及变电站母线日不平衡量符合正态分布的模型。