电能计量设备故障在线诊断技术分析王鑫1

电能计量设备故障在线诊断技术分析王鑫1

王鑫1吴珊珊2肖芮3张恩义4王天皓5魏丽

(国网抚顺供电公司辽宁抚顺113000)

摘要：通常，电能计量设备是指含各种类型电能表在内的，包括电压互感器（TV）、电流互感器（TA）及其二次回路组成的用于计量电能的装置。它是电网企业（供电企业）、发电企业、用电客户之间电能交易计量的依据，其准确可靠性直接关系到各方的经济利益。随着电子技术、计算机技术、网络通信技术的发展和应用，重要的电能计量设备已经采用远程、自动抄表技术，方便了数据采集，节省了人力物力。但是，由于自然或人为的原因引起的电能计量设备故障或计量误差，会导致电能计量设备失准，从而影响计量的公正、公平性。基于此，为了促使电能计量设备正常运行，在接下来的文章中，将围绕其设备的故障在线诊断技术展开详细分析。

关键词：电能计量设备；故障；在线诊断

引言：电能计量设备是发电企业、供电企业、用电客户之间的计量依据，但故障影响计量的准确性乃至公平公正性。传统的故障诊断建立在运行抽检、周期性检测和用户申校基础之上，存在检测滞后、带“病”运行的弊端，所以推广和应用故障在线诊断技术具有重要的意义。

一、电能计量设备故障在线监测方法

（一）电能计量装置概述

电能计量装置包括各种类型电能表,互感器变比测试仪、电流互感器变比测试仪,主要用于测量发电量、厂用电量、供电量等,为制定生产计划、搞好经济核算、计收电量提供依据。早在19世纪80年代后期,科学家就发明了感应式的电能计量表,成为该时期重要的发明而受到科技界的重视,并很快在工程中得到推广与应用。此后,在科学家的努力下,电能计量表的精度越来越高、操作越来越安全,同时也更有利于维修和批量生产。特别是在近几十年内,电子技术迅速发展并在电能计量领域得到应用,一些国家研制成功了全电子式电能表,其精度能够达到0.01级,为电能计量准确性的提高提供了可能。

（二）在线监测原理

电能计量设备在线监测系统主要由现场监测与校验装置、通信网络和主站管理中心三大部分组成。现场监测与校验装置采用一块标准电能表，通过通道切换数据采集模块，选择多块被检电能表中的一块进行在线检测，即采集包括电压信号、电流信号和脉冲信号在内的数据。采用标准表是因为对于电能计量设备而言，测量超差同样是一种故障，而目前检测电能表超差最可靠的方法就是通过与标准表进行比对。本地计算机通过分析检测数据判断被检电能表、TV、TA及二次回路的工作状态，并存储检测数据。远程计算机通过通信网络下载检测数据或进行远程监控。

（三）通信方式

本地通信一般通过现场总线模式，例如，本地计算机与现场校验设备通过RS485总线进行通信。远程通信可通过GPRS无线网络或者有线光纤专网传输数据。虽然有线网络干扰小，更稳定，但投资大、维护量也大，所以无线通信网在实践中更受青睐。根据数据量大小也可采用3G/4G移动物联网，而基于云计算的检测系统数据量超过常规系统很多，甚至只能采用4G通信网络。

二、电能计量装置故障分析

目前,我国广泛使用的电能计量装置为智能电表,其主要由测量单元、数据处理单元、通信单元三部分组成,能够更加准确的进行电能量的计算及数据处理,是智能电网建设中不可或缺的部分。供电公司要想进一步优化电能计量工作,需要对智能电表中常见的故障有所了解,以减少与用户之间的计量纠纷,更好地为用户服务。

（一）显示故障

智能电表通常为LCD显示屏,显示屏同时具备背光功能,常见的故障包括接通电源时显示屏不显示、液晶屏缺少笔画、闪烁、背光功能失灵等故障。造成故障的主要原因通常为液晶屏本身存在质量问题,包括电路虚焊或焊错,同时液晶屏显示还与温度有关,长时间的高温状态同样会影响显示屏的显示效果[1]。

（二）电表及事件等故障

智能电表出现电表及事件等故障时,电表的循环显示功能将暂停,同时液晶屏会显示电表的故障代码。技术人员需要根据代码查询故障名称,同时采取相应的解决措施。例如当显示屏所显示故障代码为Err-07时,表明时钟出现问题,电表需要返厂进行处理;当显示屏所显示故障代码为Err56时,表明有功电能方向发生改变,技术人员需要检查接入电表的接线是否正确。

（三）计算精度故障

计量精度故障主要表现为三种形式:额定电压电流下,表计脉冲灯闪烁但没有脉冲输出;轻载情况下,误差不成线性或产生没有规律的脉冲;额定电压电流下,脉冲灯不闪烁不显示。一旦电能表出现这些现象,表明电能测量的精度出现问题,技术人员需要从检查电器元件是否损坏,回路是否虚焊等角度入手,分析造成故障的具体原因[2]。

三、电能计量设备故障检测方法

（一）电能计量方式及其故障类型

电能计量有多种方式，例如，低压单相计量以及低压或高压三相三线计量、三相四线计量等。相应地，电能计量设备也有不同方式，例如，低压单相计量设备不包含TV，小于50A的一般也不采用TA；而高压电能计量设备则包含了电能表、TV、TA及二次回路、计量屏柜、接线盒等部分。以高压电能计量设备为例，故障可能由电能表、TV、TA器件自身引起，也可能由于运行中自然因素（如雷击、过负载烧坏等）或人为（如接线错误、窃电行为等）造成，一般可将故障类型分为一次侧故障和二次侧故障[3]。

（二）互感器一次侧故障的判别

从一次侧来说，TV一般不会出现短路，TA一般不会开路，因为如果这种情况发生系统就不能正常供电了，所以TV一次侧可能发生的故障是线圈匝间短路或开路，TA一次侧可能发生的故障是短路。TV一次侧匝间短路可测量一、二次电压，然后与无故障状态下电压数据比较，即可判别此种故障；开路故障可测量二次电压判别，没有电压即为故障。TA一次侧短路不易直接测量，但可通过网络阻抗变化程度来判别，短路与非短路相比，负荷变化时网络等效阻抗变化更大。

（三）互感器二次侧故障的判别

对于二次侧而言，TV故障主要是开路或反接，TA故障主要是反接或相间短路。测量TV二次侧电压，可判断开路或反接故障。TA二次侧反接将使电能表倒转，相间短路将使电能表慢转，通过与无故障状态对比不难判别。

四、电能计量设备故障在线诊断技术--数据挖掘技术

电力系统中的电能计量设备数量多，采集的数据量巨大，而且实际发生的故障类型不仅包含硬件故障，还有软件故障、时钟异常等，要从这些数据中提取有用的信息，然后经过分析处理形成故障信息，离不开数据挖掘技术。故障信息数据挖掘是指通过关联性分析、分类、回归、聚类、序列分析、离群点分析、趋势分析、演变分析等方法，从大量信息中确定故障信息的技术。实际上，数据挖掘技术也是目前电能计量设备故障在线智能诊断常用的一种方法[5]。

结论：

简而言之，电能计量设备在线监测与故障诊断技术已经在一些场合中得到应用，但整体而言这项技术仍处于初级阶段，有些企业应用后收获比较好的效果，但也有些企业应用中出现了某些问题，鉴于电力系统的复杂性以及运行方式的多样性与故障类型多，要求电能计量设备故障在线诊断技术有更好的适应性，这样才便于全面推广和应用。

参考文献：

[1]伍少成,刘涛,肖勇,等.基于测量仪器云的电子式电能表远程在线检测系统[J].电测与仪表,2017,54(4):80-85.

[2]王广飞.高压电能计量故障检测电路与系统设计研究[D].开封:河南大学,2013.

[3]王鹏,傅子明,邱南阳,等.基于物联网的计量终端在线故障诊断系统[J].水电能源科学,2017,35(1):196-199.