电能计量技术在电力企业节能降耗中的应用

王丛先，张泽武，庞 峰，闫 骏

（青岛市计量技术研究院，山东 青岛 266100）

近年来，为积极响应发展低碳经济的战略号召，满足日益提高的用电需求，控制企业生产经营成本，电力企业纷纷加大对节能降耗工作的重视程度，是企业现阶段的主要发展方向。与此同时，电能计量技术在电力企业节能降耗活动中发挥着不可忽视的作用，电能损失量与供电成本得到明显降低，对电能计量技术的深入研究，是十分必要的。

1 电能计量技术在电力企业节能降耗中的作用

1.1 降低电力消耗

当前电力企业所配置的电能计量装置有较高的自动化程度，可以在无人工干预条件下，基于程序运行准则自动完成数据采集、预处理与传输操作，取代传统的人工抄读方式，工作人员直接在系统界面上查看各区域电网设备的实时运行工况及损耗状态，第一时间发现设备故障、损耗值超过允许值等突发问题，快速采取相应处理措施，从而减少供配电期间的电能损耗。与此同时，新型电能计量装置还具备防窃电措施，如对互感器、二次回路、二次端钮盒采取铅封保护措施，配置具备失压计时仪与失压计时功能的电能表，这都可以预防、阻止非法窃电行为，既可以保证用电安全，避免因窃电行为而出现人员触电、电气火灾等安全事故，还可以充分保障电力企业的合法权益，不会因非法窃电行为而产生额外的电能损耗。

例如，某电力企业搭建一套以电子式电能表为核心设备的远程在线检测系统，系统由电压电流互感器、负控终端、RS-486 通信总线、被检电子式电能表、远程自动化检测主站等部分组成，依托以太网与5G 移动通信网络，可以将电能表实时读取的电网数据上传至自动检测主站，由主站进行逻辑运算、判断分析，如果电网电损量超过预先设定的允许值，由检测主站发送报警信号，将问题反馈至工作人员，在系统界面上远程下达控制指令[1]。

1.2 提供精准数据

智能电表是电力企业应用最为常见的一种电能计量装置，承担着原始电能数据采集、计量任务，并具备双向多种费率计量、多种数据传输的使用功能，可以帮助工作人员收集、整理详尽的电网参数及用电信息，包括分析变压器与配网设备能耗情况、统计各时间区段整体用电量、快速计算个体用户用电量与电费缴纳情况、预测能耗产生情况与用电峰值等，有着极为强大的数据采集和处理能力。从用电管理角度来看，对电能计量技术的应用，取代了传统的手工计算、人工抄读方法，可以在短时间内完成庞大电网数据量的采集、分析与处理工作，避免出现重复计算、漏算、错算问题，为后续用电管理计划的制定提供有力的数据支撑。

1.3 改善设备运行效果

在电网运行期间，如何从庞大数据信息中提取有价值信息，真实反映电网设备运行状态与缺陷，一直是电力企业亟待解决的重要问题，而传统计量方法的数据准确度与分析效果有待改善。因此，对电能计量技术的应用，可以帮助工作人员更加准确地推量、判断变压器等电网设备的即时运行状态，检查电网设备运行工况是否达到预期，遵循经济合理与高效性原则，根据电能计量检测结果对其进行优化改进，这将在间接层面上起到减少供电成本、节能降耗的作用。例如，某电力企业应用电能计量技术，对城区内10 个110 kV变电站的18 台110 kV 主变压器的耗损值、功率因数与电流平均值进行检测，如WL 站#2 主变压器耗损值为1.147 74%、功率因数为0.91、电流平均值为140 A。根据统计结果得知，多数110 kV 变电站均存在着主变压器老化严重、产生一定涡流损耗与磁滞损耗、因多台主变压器采取并列运行方式而降低了主变负荷率的问题，部分110 kV 变电站存在负荷较轻的问题，在其基础上制定专项的电网设备改造方案，改造后的主变压器损耗率未超过1%，取得理想的节能降耗效果[2]。

2 电能计量技术在电力企业节能降耗中的应用策略

2.1 提升电能计量装置的准确度

相比于传统人工抄表技术，智能电表、智能抄表等全新电能计量技术的核心价值在于，具备极高的数据检测精度与采集时效性，做到对电网供配电全部环节的实时监控、记录，充分满足电力企业实施规范化管理、合理调配电力资源、推动电力系统深化改革等工作的开展需要，这也是人工抄表技术无法实现的。

因此，为充分发挥技术优势，取得更为理想的节能降耗效果，电力企业需要从普及智能电表、严格入网检查2 方面着手。其中，在普及智能电表方面，智能电表是整合现代通信、测量、计算机等多项新型技术而制造的一种先进计量装置，通过计量芯片或是A/D 转换器完成电网信息采集操作，将信息上传至CPU 中央处理器进行运算分析，完成四象限电能、正反向等计算任务，再以数字信号形式来输出电量等内容。

相比于早期的感应式电能表，智能电表有着检测精度长时间不变、启动灵敏与宽量程高、具备集中抄表与多费率统计等多元化使用功能，及可预留扩展功能、自动断电、过压保护等性能优势，在应用期间取得更为显著的社会效益、环境效益、电力企业收益，有助于提高电力能源的整体利用效率。而在严格入网检查方面，在智能电表等电能计量装置投入使用前，遵循现行国家标准对装置规格型号、外观质量、运行工况进行全面检查，核查厂家生产许可证、质检报告等资料文件，开展入网测试，处理装置隐性故障，退回存在严重质量缺陷的装置，并由检定员按照计量检定规程对装置开展计量检定作业。在质量检测与入网测试通过后，再将电能计量装置投入使用。

2.2 建立数据平台，重视数量分析

为充分发挥电能计量技术在能源计量、节能降耗等方面的重要作用，电力企业需要及早建立起完善的数据管理平台，有效管理电能计量装置与电网运行期间产生的庞大数据，要求数据平台具备数据检索、存储、计算分析、数据显示、自动备份、分类保存、有效数据提炼等使用功能，并应用到大数据、人工智能、边缘计算、远程运维等新兴技术。例如，在数据平台运行期间，将所接收电网检测数据进行属性关联分析与分类整理，将数据划分为对应类别保存到数据库中，使用全新数据来覆盖历史数据，用户使用平台自带工具，开展电网设备即时运行状态推量、能耗产生预测、用电峰值估算、电力二次回路故障状态诊断等操作，在平台界面以数据图表形式呈现，帮助用户全面掌握电网的整体运行情况。随后，由平台系统采取模拟量闭环控制方式自动输出控制指令，或是由用户根据电网调配任务来远程下达控制指令。

电力企业应提高对数量分析工作的重视程度，对电网设备运行工况与电网综合降损节能效果进行量化评价。例如，对比评价指标与实际检测值，判断变压器设备是否处于合理有序的运行状态，获取变压器实际用电量与最佳用电量的差值，将其作为制定电网改造与调度管理计划的主要依据。

2.3 定期开展质量监督工作

为保证电能计量装置安全、稳定运行，始终保持较高的计量精度，需要定期对装置开展质量监督工作。以国网公司批准后的装置技术标准为依据，对电能计量装置开展全性能试验工作，试验项目包括直观检查、通信功能、机械性能、绝缘性能、气候影响试验功能、准确度、电磁兼容性、一致性等，如果存在装置电磁兼容与通信测试未通过、元器件损坏严重、外观检查结果不满足判定标准要求等任意一种情形，都需要将电能计量装置进行检修处理，必要时将电能计量装置废弃，安装全新装置。同时，合理设定质量监督工作的开展频率，一般情况下，需要在电能计量装置投入使用前、投运后半年、投运3 年、投运5 年与投运8年时分别开展一次全性能检测工作，按季度随机抽取3%以上比例电能计量装置开展性能检测工作，抽样检测项目包括准确度基本误差、起动试验、剩余电量递减准确度、电能计量功能、脉冲输出功能、浪涌抗扰度试验等[3]。

2.4 建立自动化电能计量系统

为保证电网生产计划顺利实施，高效开展用电检查等具体工作，营造良好的电网运行环境，需要围绕电能计量技术来建立自动化电能计量系统，由系统基于程序运行准则来自动控制电网设备与电能计量装置的运行过程，替代、辅助人工完成用户负荷管理、配变监测计量、电能计量远程测量、低压集抄、用户用电数据统计、失流失压报警等工作。其中，在失流失压报警方面，系统自动控制电能计量装置持续采集电量数据，从中筛选电压、电流值长时间为零的用户，查询此类用户在过去一段时间的相关数据，判断是否存在装置计量故障与窃电行为的可能性。例如，某用户采取破坏电表接线的方式来实施窃电行为，人为降低电流电压，在问题发生后，自动电能计量系统发送失流失压报警信号，根据异常数据来源，顺线追踪切点区域，发现电表封印被破坏、二次计量接线盒C 相被人为断开电压的问题。依托电能计量装置与自动化系统，在极短时间内发现和处理该窃电问题，并未因此造成明显损失[4]。

此外，为满足电网调度管理需求，还可以搭建智能化电能计量系统，安装新型智能电表，采用人工智能控制技术，由控制器替代人工分析所收集信息数据、感知电网运行状态和输出指令。例如，在配网状态估计环节，由系统对变电站高压侧测量值、网络模型与负载估计值加以综合处理，定期对未来一段时间的配网状态进行预测，获取未知状态预估值，提前发现与上报电力设备过负载、电能质量恶化等可能出现的问题。而在能效监控管理方面，系统对智能电表所采集能耗信息进行决策分析，自动生成用电报表与制定最优的发用电方案，将报表、方案反馈至用户，起到决策辅助作用。既可以帮助用户节省电费、实现利益最大化目标；同时，也可以培养用户良好的用电习惯，避免产生不必要的电能损耗，起到节能降耗效果。

2.5 做好用电考核工作

在电力企业经营生产活动中，如果仅将电能计量技术应用于用电信息统计、电网状态监测等少数场景中，虽然可以提升用电管理水平，但所取得的节能降耗成果有限，很难发挥电能计量结构的实际价值。简单来讲，则是通过计量结果来统计原始电能数据、发现电网运行期间存在的问题，却没有深入分析问题产生原因和采取有效防治处理措施。

因此，电力企业在应用电能计量技术的同时，应重点开展用电考核工作，在电能计量检测结果基础上，从有序用电、计划外用电、节约用电、安全用电等方面进行综合考核，采取统一组织用电考评大检查、互查、用电企业抽查、电力企业自查等方法，对检查结果进行评价打分，以此来统计所存在的不当用电行为，向用电企业、单位反馈问题，督促其培养良好用电行为和调整用电方案。例如，检查是否存在超上级分配用电负荷指标的问题，如果存在这一问题，则根据超出用电负荷指标值和是否造成居民生活用电拉线情况进行扣分，可扣分值为4～8 分。

2.6 加强人员培养力度

开展电能计量人员专业培训工作，以电能计量技术标准要求、工作原理、电能计量装置管理方法与工作流程、装置正确操作方法、智能电表与电能计量箱/柜结构与维护方法等作为培训内容，使工作人员对电能计量技术有全面、深入的了解，掌握正确的技术应用方法，满足日常工作的开展需要，如要求计量人员考取计量检定员证、通过查阅电能计量数据与相关报表来掌握电网运行状况，要求维护人员掌握电能计量装置常见故障问题的诊断方法与检修维护方法。

电能计量技术本质上是一项服务于电力企业生产运行活动的方法手段，无法从直接层面上起到节能降耗作用。因此，企业需要注重培养员工的节能工作意识，根据电能计量结果来主动发现、解决供配电与用电过程中存在的问题缺陷。唯有如此，方可使电能计量技术起到实际作用，将节能降耗工作落到实处。

2.7 电能计量误差控制

根据电能计量技术实际应用情况来看，由于存在计量装置配备不全、电流互感器使用不当、表计使用不正确问题，加之受到环境温度影响，电能计量装置采集数据存在误差，使电力企业承受经济损失。

因此，需要综合采取选用正确计量方式、优化电流互感器变比、调整计量点位置、完善计量装置等措施，有效控制电能计量误差。例如，根据设备种类来选择计量方式，如对纯动力负荷的配电变压器选取三相三线V 形接线计量方式，对综合配电变压器采取三相四线Y 形接线方式，也可搭配使用智能电表与互感器来调整误差。同时，尽可能在临近配电变压器部位设置计量点，或是直接在配电变压器内部安装计量装置，这将起到减少引线电阻与互感器负载、提升计量精度的效果[5]。

2.8 基于电能计量的风险评估

近年来，为发展低碳经济，减少化石能源耗用量和保护生态环境，电力企业对风电项目予以高度重视，陆续建设起多座风电场，将风电机组并入电网中，将风的动能转化为电能，以此来减少发电成本、实现节能降耗目标。然而，风力发电方式存在风力出电具有的波动特性及缺乏可控性的局限性，严重时会威胁电网运行安全，引发全新问题出现，如何取得预期项目实施效果，是当前亟待解决的重要问题。

针对于此，为取得理想的风力发电效果，帮助电力企业实现节能降耗发展目标，可以应用到电能计量技术，由电能计量装置采集数据来判断风力出电情况，使用数字动态实时仿真软件与借助博弈算法来求解风电波动限值、风电并网系统风险、风电最大穿透功率，绘制电网电压波动曲线与系统频率波动曲线，将其作为风电项目可行性分析、后续运营方案制定的主要依据。例如，在西北某风电场项目中，2020 年的地区总负荷为13 850 MW，风电装机容量为887.5 MW，应用电能计量技术与博弈算法，将已知条件带入约束式中进行计算，得知风电最小穿透功率为0.07，最大穿透功率为0.239。在新增风电装机容量为4 485 MW 时的风险最大，风险系数为0.504；而在新增风电装机容量为805 MW 时的风险最小，风险系数为0.156，并绘制穿透功率-风险相关性乌托邦直线，最终选择将新增风电量设定为4 382 WM，风电穿透功率为0.220，风险系数为0.486，做到对控制风险、提升风电穿透功率2 项目标的有效兼顾[6]。

3 结语

综上所述，在全新时代背景下，对电能计量技术的应用，是实现节能降耗目标、推动中国电力事业可持续发展的重要手段。电力企业务必对电能计量技术予以高度重视，认识到技术在节能降耗方面的应用价值，积极落实上述应用策略，营造良好的技术应用环境，并制定一套以电能计量技术为核心的电网管理方案。