电能计量装置异常状态在线监测与分析

郑 可，刘 洋，李 雍

（国网河南省电力公司营销服务中心，河南 郑州 450000）

0 引 言

电能计量装置对电量计量来说是必不可少的电力设备，企业需保障计量装置的正常运行。电能计量装置运行有时会发生异常，其原因主要源自运行硬件和外部运行环境两方面。前者如电能表、互感器等装置自身出现了故障；后者如接线出现了故障，尤其是电能计量装置的外部运行环境，一旦出现湿度、温度等多重极端气候特征以及复杂多变的负荷特性，计量装置就极易发生突发性、多面性、复杂性等难以恢复的异常状态，并最终引发运行故障的发生[1-4]。此外，传统人工抄表还需投入人力对电能计量装置进行定期检修，这不仅会消耗大量人力、物力和财力，还会给计量工作人员带来较高的作业风险。所以，借助电能计量管理信息化手段以及电力设备状态检修技术来发展电能计量装置在线监测技术势在必行。

1 电能计量装置异常状态

电能计量装置存在的主要异常状态有：电压表发生短路与失压、负载过高、供电系统不稳、部件损坏等。其中，造成电压表的短路与失压的原因是作为电压表内重要零部件之一的电流线圈在长期高负荷作用下发生了电压表短路，电压表的短路与失压直接影响了电压数值的准确性。过高的电路负载很容易导致电能计量装置的烧损，尤其是三相交流10 kV的电能计量系统，三相负荷很难一直维持在平衡状态，计量装置就经常发生异常。此外，供电系统的不稳定状态以及电能计量装置中零部件的损伤，都会引发电能计量装置的异常。

2 电能计量装置异常状态监测

2.1 电能计量装置相关性能异常现象

在温度、湿度等复杂环境的变化下，处于异常状态的电能计量装置，其有关性能状态量、参数将发生显著的异常变化。这些发生显著异常变化的性能状态量以及参数集中体现于计量电流、电压回路以及功率因素3个方面。

2.2 电能计量装置异常状态相关性能监测指标

2.2.1 计量电流的异常监测指标

计量电流异常状态重点监测的指标包括三相不平衡电流、断路器位置以及相电流的突变量等。当计量工作人员发现以下状况时，计量电流就很可能发生了异常变化。一是电能表电流回路的检测元件有动作，然而电能表电流回路未出现断路器分闸与检修信息；二是相电流突变量高于规定限值，三相不平衡电流也高于规定限值，并且即使对它们采取延时措施也未恢复到正常状态。

2.2.2 计量电压的异常监测指标

计量电压异常状态重点监测的指标是三相不平衡电压、断路器位置以及相电压的突变量等。当计量工作人员发现以下状况时，计量电压就很可能发生了异常变化：一是相电压突变量高于规定限值，三相不平衡电压也高于规定限值，并且即使对它们采取延时措施也未恢复到正常状态；二是相电压比额定电压低30%，与此同时相电流比额定电流高15%。

2.2.3 功率因数的异常监测指标

功率因数异常重点监测的指标是荷载功率因数以及断路器位置。当发现以下状况时就能判断出功率因数发生了异常：一是电流与电压间发生了异常的相位；二是功率因数发生的突变量高于规定限值，与此同时，未出现断路器分闸与检修信息，而且通过延时也未恢复到正常状态。

2.2.4 信号、宏观状态量的异常监测指标

信号异常重点监测指标包括电能表自检误差信号、内部电流回路检测信号以及计量柜内部监视继电器信号；宏观状态量异常重点监测指标包括宏观分析负荷状态量的变化、性质的变化以及运行方式发生的变化。当发现以下状况时就能判断出电能计量装置发生了异常：一是出现了异常的负荷曲线，与此同时负荷累积电量超过一定的限值，而且通过延时也未恢复到正常状态；二是变损率以及线损率超过一定的限值。

3 电能计量装置异常状态在线监测的必要性

当前，我国大部分电力企业依然实行着传统的计划性电能计量装置的管理，该管理模式主要由需求分析、入库管理、投运检定、周期检定等几个全寿命周期封闭管理过程组成，各环节实行档案管理。传统电能计量装置管理流程见图1。

图1 传统电能计量装置管理流程

传统电能计量装置管理工作主要存在以下缺点：一是维保工作量不断增大；二是很容易造成资源浪费；三是很难反映电能计量装置的真实运行状态；四是不能及时发现电能计量装置处于异常状态；五是不利于电能追补。由此可以看出，传统电能计量装置很难满足现阶段电力企业的发展，亟需在电能计量装置管理工作中引入电能计量装置异常状态在线监测技术。

4 电能计量装置异常状态在线监测原理及内容

4.1 电能计量装置异常状态在线监测原理

电能计量装置通过在运行中对信息的监测，能对供电系统的二次回路降压等功能进行集中测试。通过对供电网络的动态监测，可以将在监测过程中获得的供电数据传输到供电网络的监测系统中，供电网络的监测系统借助存储、分析、归类以及输出等工作，就能迅速找到在多路转换过程中发生的电能异常数据，并将这些电能异常数据在电能计量装置上直接反馈出来。再依照供电网络监测系统的具体要求，在线监测系统将对这些电能异常数据产生的原因做出精准而详尽的分析，进而帮助计量工作人员对电能计量装置的异常状态做出针对且有效的处理。电能计量装置在线监测的通信关系是借助以太网在检测区建立起来的，能帮助计量工作人员实现对电能计量装置的实时状态数据的远程操作。这些操作主要是将获取到的数据信息及时保存到数据库内，并对其进行分类。

4.2 电能计量装置异常状态在线监测内容

在线监测技术可以帮助计量工作人员及时发现和处理好电能计量装置所发生的异常状况，也为电能计量装置的正常运行提供了极大的安全保障。电能计量装置异常状态在线监测内容如表1所示。

表1 电能计量装置异常状态在线监测内容

5 电能计量装置异常状态在线监测的实现

5.1 总体思路

为了进一步提高电能计量装置异常状态监测能力，电力企业应尽早按照相关规程建立起电能计量装置异常状态监测系统，进而实现对电能表、电压电流互感器、二次回路等发生的异常现象进行重点监测和分析，并最终完成电能计量装置整体异常状态的监测和评价[7，8]。

5.2 在线监测方案设计

对电能表、电压电流互感器、二次回路等异常状态量的重点监测和分析如表2所示[9]。

表2 电能计量装置在线监测与分析状态量

基于以上设计，电力企业对电能计量装置整体开展的异常监测与分析，就是围绕电能表、电压互感器、电流互感器、二次回路这4个方面进行的。本文用G、P、C、H四个字母来分别代表它们，其权重系数分别取0.35、0.2、0.2、0.15。据此，本文可以得到电能计量装置整体异常状态监测与分析的得分Z，其计算公式如下：

5.3 在线监测系统详细设计

电能计量装置异常状态在线监测与分析系统是由5大功能模块组成的一套智能化监测与分析系统。本系统不仅能对电压互感器二次回路压降、负荷误差、电流互感器以及导纳误差进行实时在线监测与校验，还能对异常状态进行故障报警。计量工作人员能借助本系统对电能表等监测对象实现远距离数据信息的采集与分析。通信网络的作用是把现场监测装置采集到的运行状态数据传送至后台监控中心，并储存于后台的数据服务器内。而计算机数据分析平台的作用是对这些数据进行分析与处理，并最终以数据报表以及误差曲线图的形式在计算机屏幕上呈现出来[10,11]。计量工作人员通过专业软件对异常数据进行查看，并据此对处于异常工作状态的电能计量装置进行检修和处理。

6 结 论

综上所述，电能计量装置异常状态在线监测与分析技术具有非常重要的现实意义。基于现场监测设备、通信网络、后台监控中心构成的电能计量装置异常状态在线监测系统，能对电压互感器二次回路压降、负荷误差、电流互感器以及导纳误差等进行实时在线监测、校验，还能对异常状态进行故障报警。它从根本上解决了传统电能计量装置管理工作中负荷大、资源浪费以及不利于电能追补等诸多问题，从而更好地服务企业和用户。此外，该系统的实现也能更好地促进我国电能计量装置运行管理技术的智能化与信息化发展。