电力计量装置电压异常在线监测方法研究

电力计量装置电压异常在线监测方法研究

薛磊1  ,王磊2

国网冀北电力有限公司廊坊供电公司安次供电中心 河北廊坊  065000

摘要：为实现对电力计量装置电压异常状态的准确检测，开展电力计量装置电压异常在线检测方法设计研究。通过电力计量装置运行参数实时采集、电力计量装置电压互感器状态量选择、电力计量装置电压运行状态在线评估，实现了在线检测。通过应用实验证明，新的检测方法应用到电力企业的电力计量装置上，对其电压异常状态进行测量时，可以准确找出存在电压异常的装置，为装置运行和电力系统整体运行安全提供保障条件。

关键词：电力；计量装置；电压异常；在线检测

电力计量装置是电力企业对其各类电力设备运行稳定性检测的核心设备，对整个电力系统的可持续发展具有十分重要的作用。电力计量装置在运行过程中产生的测量误差对于供用电双方贸易上的结算公平性和准确性都会造成极大的影响[1]。因此，为了实现对电力计量装置应用效果的评价，需要对其运行过程中的电压异常状态进行实时测量，同时所有的电力计量装置必须经过严格的检验后才能够投入到真实的应用环境当中。电力计量工作直接影响着电力企业的利润，对于电力企业的正常运营至关重要，关系着电力企业是否能长久发展，同时电力计量的准确度也直接关系到电力用户的满意度。在电力能源需求日益增大，用户日益增多的今天，电力企业想要可持续发展，对电力计量装置的异常原因以及检测方法一定要做认真的分析，保证电能计算数据的准确性和可靠性。

1电力计量当前的现状以及存在的问题

电力行业的改革方向主要是将电力企业的工作重心转向创造和维护企业自身的经济效益，以求在市场经济的大环境下能得以可持续发展。众所周知，电力计量问题关系着电力企业的利润，保证电力计量数据的可靠性和准确性是电力企业在发展过程中最为重要的工作。鉴于这样的背景和现状，电力计量装置问题备受关注。另外，由于部分地区电费较之前有所上浮，电力的供需状况较为紧张，窃电的现象不断增加。由于科技发展，电子技术的广泛应用增大了电力系统的谐波，导致电流以及电压的严重畸变。种种现象不仅影响会电表的正常工作并加剧电力计量装置问题；对电力企业的正常运营造成了极大的困扰，并对电力企业的经济效益产生了严重的影响，使电力企业遭受了一定的经济损失，制约了电力企业的有序发展。在电力计量装置问题日益严重化的今天，电力企业势必要加大电力计量装置的检测手段。然而传统的电力计量装置手段主要是采用抄表和稽查的方法。这两种方法都主要是依赖人工来进行，存在一定的局限性，显然传统的电力计量装置的检测手段已经不符合当前的电力行业市场的发展，难以满足新形势下电力企业发展的需求。必须在检测方法上加以创新研究，找到适合当前行业发展的检测方法。

2电力计量装置异常的原因分析

2.1电力计量装置故障

虽然在电力计量装置生产和出售时进行了一系列相关的检查和验收工作，但是往往由于环境问题、电力计量装置配备不合理、电力计量设备的操作失误或是电力计量装置自身存在的故障等原因都会造成在电力计量装置设备使用过程中产生一定的故障。例如，电力计量互感器操作失误导致电力计量装置故障是常见的现象之一，在计量误差原因排查过程中，CT变比较大是常见的原因之一，另外，配变负荷率低也是常见原因之一。额定的二次电流是CT选择一次电流的基础，在这个基础上往往会出现电流低精度运行的现象。电流负荷越低，电力的计量误差越大，根据这一原理，我们不难推断出：具有CT外接负载Zf和铁芯导磁率μ0与运行有着直接关系，所以想要使得计量误差得以合理控制，减小CT的外接负载Zf实施操作或者提升芯的导磁率都能实现这一结果。但在实际的调研中，我们发现许多计量部门导致触电电阻得到提升的根本原因是引线长、截面小，鉴于此CT就会长期处于低负荷率工作状态，μ值无法达到相关标准，电力计量装置将会发生异常，从容导致电力计量的相关数据和实际数据有所偏离。无论是从运行的环境，操作情况还是使用年限、生产工艺等都会在一定程度上导致电力计量装置综合误差。作为工业产品，在一定范围内的误差是被允许，但是如果误差的幅度较大，电力公司就不得不重视相关情况，组织维修人员进行维修或是更换。

2.2系统的干扰

一般情况下，这里所提到的系统干扰是指电力系统的谐波的干扰。电力系统不仅具备复杂性，同时还具备多变性的特点。电力系统涉及的内容较多，对电力计量装置会带来一定的干扰，从而影响计量数据，造成计量数据误差。在电力系统中，大量的电子设备以及非线性负荷是电力谐波的主要来源，谐波作为主要的干扰源，会大大增加系统的输电和供电设备的额外损耗，在这个过程中，电力设备的温度会持续增高。在高温的情况下，将大大降低电力设备的使用寿命。除此之外，谐波还将影响电力系统中的电压和电流以及通讯设备的正常工作。

2.3窃电

众所周知，要享受电能带来的服务就必须支付一定的电费。近年来，随着电力系统成为垄断产业，电费也呈上升趋势，这无形中增加了消费者的用电压力。这就让一部分不法分子把目光盯向了管理相对比较松散的窃电上，在滥用电能的同时还不需要支付电费。这种现象一旦产生，将给电力企业带来难以预估的经济损失，严重影响电力市场的秩序，制约电力企业的良性发展。当前从窃电的方法来看，主要有扩法、欠压法、无表法等手段。对于窃电这种违法行为，电力企业一定要严厉杜绝，加大排查力度，一旦发现必须要追究违法者的相关法律责任，并加大宣传力度，以做到严惩不法分子，以维持电力市场的安定，降低电力企业的损失，避免影响电力企业的经济效益。

3电力计量装置的检测方法

3.1电力计量电压异常检测

在正常的电力系统中，有关电力计量电压的异常检测有几个重要的指标，例如相电压、相电流、三相不平衡电压、相电压突变量以及断路器的位置等。针对电力计量电压异常的检测，首先要针对电压异常的原理进行分析，在电力计量装置异常时，电力设备的工作环境以及工作状态都会发生相应的改变。在这个过程中，电压就会呈现不同于正常情况下的数据，一般表现为电压的回路发生异常，另外就是电能表的异常工作导致电压变化。在具体体现上一般分为如下几种情况：计量电压突变，计量电压长期低于正常水平，计量电压无指示，计量三相电压不平衡。了解清楚电压变化的原理以及变化的特征，就要采取针对性的措施对于电压的异常情况进行有效的检测。通常情况下，对于电压的异常检测分为如下几个步骤：首先是当相电压的突变量超过一定的范围值或是限度时进行检测；其次是在一定的时间内，三相电压不平衡的情况尚不能恢复；第三，将相电压和额定电压进行对比，相电流和额定电流进行对比，一旦出现相电压低于额定电压的70%，相电流高于额定电流15%，在一定时间内不能恢复正常水平；第四，当断路器没有出现检修信息和分匣信息。

3.2计量电流检测法

和计量电压一样，一旦电力计量装置发生异常，电流就会发生一定的变化。在这一过程中，就要通过一定的计量电流检测方法来及时发现电力装置的问题以及异常情况。在计量电流检测过程中，断路器的安装位置、相电流、三相不平衡电流等都是计量电流检测的主要原因。计量电流的检测原理主要依赖电力系统中正常电流的检测原理，当影响电流的几个重要因素，即相电流、三相不平衡电流等其中一个或者多个发生变化，其数据不在正常数值范围内。或者检测断路器其无法接收检修信息和分匣信息，就表明电力计量装置出现了异常，有人正在进行非法窃电。一旦出现这样的现象，电力企业应指派专业人士进行检修，找到电力计量装置异常的原因，及时排查和维修，并找到行之有效的解决措施。第一时间制定相关的解决方案，避免二次窃电现象的产生，以有效降低因窃电带来的经济损失，保障电力系统的正常运行。在电流检测的过程中，要注意电流检测互感器的检定方法。电流互感器的检验首先要注意电流互感器的直观检查，其次要注意电流互感器的绝缘电阻的测定，在有关互感器的耐压试验中要格外注意试验的设备和接线，最后还应该注意电流互感器的伏安特性试验。

3.3状态量检测

电力状态量检测主要是针对电力系统发展过程中，对电力计量装置的整体运行情况进行充分的分析，并结合实际的情况，对电力计量装置运行过程中各种变量的负荷特点以及变化情况进行科学有效的分析，从而从整体上判断电力计量装置是否存在异常情况。并通过对电力状态量进行有效监测，及时了解用户的用电情况。在这个过程中，对于电路以及电线的损坏情况也要及时掌握，从而保证电力的正常运行。

4电力计量装置电压异常在线检测方法设计

4.1电力计量装置运行参数实时采集

为实现对电力计量装置电压异常状态的在线检测，首先需要对该装置在运行过程中产生的各项参数进行实时采集。在该装置上安装一个采集终端设备，其基本结构如图1所示。在上述电力计量装置运行参数实时采集终端结构的基础上，根据装置的运行特点，设置一个220V电压采样模块，一个220V电流采样模块和两个放大单元。通过采样模块将采集到的装置电压信号输送到放大单元当中，并通过放大单元将信号信息放大，方便后续检测。再将放大后的信号信息输入到A/D转换单元当中实现模拟信号到数字信号的转变。在计算单元当中，针对获取到的数字信号，进行计算和处理。在利用上述采集终端对装置电压进行采集时，电源的输入电压设置为5V，将输入功率设置为100W以下。在具体应用中，可采用16路后32路并行读通道，3路串行写通道，完成对装置运行参数的测量和采集。

图1电力计量装置运行参数实时采集终端结构示意图

4.2电力计量装置电压互感器状态量选择

当装置出现异常时，其最明显的变化发生在电压互感器上，并且针对异常情况可以具体划分为以下几个方面：首先，当装置电压异常时，其电流出现相位变化，造成电压呈现出不规则的变化，并同时造成装置功率异常改变；其次，在装置运行过程中出现异常，则电压互感器会接收到开关发出的信号，造成互感器无法正常运行；再次，当装置出现异常后，其电压和电力会在一定程度上出现波动，并直接影响到互感器各项功能实现；最后，当装置出现异常情况时，则其累计电量参数会受到外界的影响，进而使得装置的各项功能无法达到正常状态下的目标。通过上述对装置电压异常时的几种表现进行分析，并在完成对装置运行参数的采集的基础上，针对电力计量装置的电压互感器状态量进行选择，将电压互感器单体的基本误差、运行误差、在线监测数据和运行时间作为对其异常状态评估的状态量，并根据图2电压互感器状态量选取示意图，完成对各项状态量具体数值的选取。

图2电压互感器状态量选取示意图

按照图2电压互感器状态量选取方式，选取4个能够准确反映装置电压互感器运行的状态量。在对装置的电压异常状态进行检测时，可通过上述四个状态量突变情况判断。在判断前，首先需要对各个状态量的正常状态数值变化区域进行划分，通过上述方式选取到的状态量若在正常数值变化区域范围内，则说明此时电压互感器单体未出现异常，反之同理，以此通过上述方式实现对电力计量装置电压异常的初步判断。

4.3电力计量装置电压运行状态在线评估

完成上述研究后，通过对电力计量装置电压运行状态的在线评估，掌握装置在运行过程中的电压异常。评估过程中，需要建立装置电压传输线路与前端的常规通信联系，确保评估的在线实施。在此基础上，考虑到当计量装置中存在某一个构件出现显著异常时，可能会导致前端运行故障[3]。因此，在进行电压异常状态评估时，可设定不同线路的电压参数，通过不同馈线的反馈结果，进行前端电压异常的分析。对应的参数包括：G、P、C、H，对参数的描述为：电能表馈线电压、电压互感器传输端电压、电流互感器传输端电压、二次回路反馈电压。对应参数在电压运行状态在线评估中的权重分别为0.35、0.20、0.10、0.15。在完成对参数的描述后，进行评估结果的计算。计算公式如下：

公式（1）中：Z表示为电压运行状态在线评估结果。在掌握评估的原理后，对电压评估流程进行描述，如图3所示。

图3电压运行状态在线评估流程

参照电力计量单位相关方面的工作经验可知，经过在线评估后，可以将装置的状态划分为两种，分别为常规状态与异常状态，其中常规状态包括电压良好状态与电压正常状态，异常状态包括电压警戒状态与极端状态，警戒状态表示为计量装置已有多条馈线出现超压问题，但仍存在部分馈线电压在安全阈值范围内；极限状态表示所有馈线电压均已超过安全阈值，需要即刻到现场进行装置调试处理，否则将出现安全事故问题。当前端出现异常预警时，便代表此时装置电压已超过安全警示界限或临近爆表。针对此种情况，需要及时进行异常电压馈线的定位，并根据出现异常的馈线进行电压处理。综合上述分析，通过识别电压运行状态的方式，可以掌握计量装置中不同馈线电压的异常情况，以此种方式，实现对装置电压异常在线检测的目的。

5应用效果分析

下面针对上述提出的检测方法进行应用效果验证，选择以某电力企业当中的电力计量装置作为研究对象，利用本文提出的检测方法对该装置的电压异常运行状态进行检测。选择该电力企业当中五个相同型号的电力计量状态，通过人为方式在其中三台装置上改变其电压运行状态，并在保证其他两台装置的电压在运行过程中始终处于稳定状态下，利用本文上述检测方法对五台装置电压进行测量。

图4为实验中电力计量装置结构示意图。

图4中，编号1~8分别表示为：电能表、集中器、连接固件、磁保持电器、插槽、插接组件、熔断器、电压互感器。为了方便对实验结果进行分析，将五台装置分别编号为#001、#002、#003、#004和#005，其中#001、#002、#003为人为设置的三台电压异常的电力计量装置。按照上述论述内容，在完成对五台装置电压异常检测后，将检测结果绘制成如图5所示。

图5五台装置电压异常检测结果示意图

从图5得出的检测结果可以看出，编号为#001、#002、#003的装置检测结果均不在本文检测方法设置的安全阈值范围内，而编号#004和#005两台装置的检测结果均在安全阈值范围内，因此通过本文上述提出的检测方法得出的结论为：五台装置中，#001、#002、#003为电压异常电力计量装置，#004和#005为电压正常电力计量装置。上述得出的结果与本文人为设置的情况完全一致，因此说明本文提出的检测方法能够实现对电力计量装置电压异常的检测，并且检测结果准确性高。

6结论

通过本文上述研究，提出一种针对电力计量装置电压异常的在线检测方法，并通过应用实验的方式证明了该检测方法的应用效果。但由于研究能力有限，本文针对装置的运行状态只大致划分了四种不同情况，只能够实现对装置电压异常状态的判断，但无法实现对其具体异常原因的分析。因此，在后续的研究中，还将针对这一问题，对装置电压异常状态进行更加细致的划分，从而通过得出的检测结果直接确定后续维护或完善措施，以此在第一时间恢复电力计量装置的运行状态，为电力系统安全运行提供条件。

参考文献

[1]安海清,李振动,金海望,等.张北柔直电网直流分压器二次电压测量异常引起误闭锁机理分析及改进措施[J].电力自动化设备,2021,41(08):156-160+168.

[2]孙海浪,王兴刚,杭成,等.连接器电装清洗干燥后隔离电压异常的分析[J].集成电路应用,2021,38(08):26-28.

[3]刘宇.地铁钢轨电位限制装置电压保护异常动作分析及解决方案[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2021(07):166-167.