高压电力计量系统故障分析与建模

杨作鹏 黑龙江省电力科学研究院

高压电力计量系统故障分析与建模

杨作鹏 黑龙江省电力科学研究院

高压电力；计量系统；故障分析；建模

改革开放以来，电力企业发展迅速，电能成为了所有企业个人不能离开的能源，并且随着经济的发展，对于电能的需求也在不断增加。对于电力企业的要求也就更高，如何保证用户安全，如何保证电能计量准确都是电力企业必须要考虑的问题。高压电力计量系统对于电力企业的重要性也就更加凸显，电力企业在如何减少其故障出现的问题上，也就更加重视。

1.高压电力计量系统的工作原理

高压电力计量系统主要是由四个部分组成，分别是电流互感器、电压互感器、二次导线以及电能计量表组成。在高压电力计量系统实际应用过程中，无论四个环节哪部分出现故障，都会造成整个高压电力计量系统的故障。在电能计量中，主要是计算通过电能计量表的负荷电流，来进行用户用电量统计的。电流会随着负荷的大小改变而改变，如果采用电流互感器对电路进行分流工作，就无法对于得知用户的电流是因为分流还是负荷所减小的。

2.高压电力计量系统故障原因及类型

2.1 高压电力计量系统故障原因

电能是不断进行计量的数据，仅仅是一个微小的误差，就很可能在积累中对于电能数据造成重要的影响，出现误差对于电力企业以及用户来讲都是重要的损失。导致高压电力计量系统出现故障的因素有很多种，电能表接线的错误会造成电能计量错误；电流互感器出现短路也能造成电能计量不正确。

2.2 高压电力计量系统故障类型

（1）电压类型故障。电压引起的高压电力计量系统故障，主要是由于电压在接线是发生错误引起的。某相断开就可能造成失压，进而引起电力计量错误；某相电压短链接不紧，也可能造成欠压现象，引起计量失误。

（2）电流类型故障。电流故障主要是指在接线中，通过电流的接线处出现问题引起的故障。在实际运行中，如果电流电路出现短路或者虚接，都很有可能造成电能表计数不准。

（3）移相类型故障。如果电能表的正常接线方式被改变，就很可能造成电能表的相位发生改变；在同一相位接入电流或者是电压，也会造成相位的异常，这种移相的出现都会影响电能表正常计数，从而导致高压电力计量系统故障。

（4）扩差类型故障。这种故障类型出现一般都是人为的原因，是由于电力计量系统的计量误差变大而出现的故障，这种故障一般都是由于人为窃电所造成的。如果用户私自拆开电能表，改变其性能结构，就会造成扩差故障。经过外力作用改变电表计量误差，也会造成高压电力计量系统故障。

（5）分流类型故障。如果电流不经过电能表电流，或者只是有部分电流经过电能表，就可以在很大程度上较少电能表计数，这种故障出现也大多是人为因素造成的，在电能表进行接线之前就对电能回路进行分流就可以造成分流故障的出现。

3.电力系统故障具体分析

一般是依据保护装置的实际需求来决定电流互感器的一次电流。那么一次设备的额定电流则需要根据三相短路动稳的大小与热稳电流的大小来选择，客观上来讲电流互感器的额定一次电流是需要依变压器的额定容量来决定。但是人们在选择时，必须还是要有一个上限，保证电流互感器的变比不会发生大幅度的变换，从而达到继电保护的稳定性和计量的准确性要求。同时也要警惕由于电流互感器的配置等级太低导致准确性降低。对于电能计量装置的质量性能要心中有保障。

在电压互感器的二次回路连接时出现隔离开关等辅助接点。这样导致了二次回路中的接线端子越来越多。后果就是接线端子开始容易松动或者端子被锈蚀，如此便很容易造成二次容量的选择不合适比如最终选择的容量与实际能接受的二次负载不同等，从而削弱了二次回路将低电压的性能。

还有就是在设计电能计量系统的计量时，设计的二次回路导线截面过于狭小，且每一回路中又缺乏编号或者颜色用来区分。另外在计量二次回路中间的过渡时选择的端子排，使得整个电力计量系统要在后期的维护上花费很大的时间与精力而且极不方便，而且这样又非常容易造成电压互感器的二次短路或开路。同时在计量系统的运行过程中，有些计量电压二次回路则会因为失压然后报警，与此同时失去计时的功能，最终没有办法及时更新与改正计量上产生的差错。

4.故障建模分析

4.1 流拓扑元件的分类

在建模过程中可使用母线作为这个流拓扑网络的中心纽带，并将所连接的原件分为三类，分别是：（1）由发电机、接地原件、负荷以及母线等所组成的端口元件；（2）由开关、电容、电抗、线路以及双向变压器等组成的双端口元件；（3）由三相变压器等组成的多端口元件。

4.2 构建有效潮流节点集合

在拓扑的建模过程中，如果想要做到对于多个独立的项目进行潮流的分析工作，就要做到多以每个节点都可以进行自行编号的工作，保证每个节点所属于的独立的项目都包含有有效地独立节点信息，并且要保证可以将每个节点包含的信息保存到每个潮流节点的合集之中。在每个独立的项目中，系统在进行搜索的时候，平衡节点都是其默认的起点，在进行搜索算法分析的时候，可以一个个的找到平衡节点所关联的节点信息。

4.3 构建潮流导纳矩阵

潮流集合是包含许多有效节点信心的合集，所以系统也会在其中自行建立多个不同的复数导纳矩阵，在矩阵之中默认元素是零，在系统对于潮落集合中的每个节点进行操作时，可以通过每个不同节点，搜索不同原件的信息，然后依据每个元件的不同参数修改矩阵中对应的元素。比如如果搜索的节点是PQ3节点，此节点连接的线路如果是线路A、线路B以及电抗器、三相变压器四个元件，这四种不同原件对于此节点都会形成不同的导纳行。

4.4 构建P、Q、V矩阵

在建模的过程中，只有满足了潮流拓扑的需求，才能保证系统自动形成可靠的实数矩阵，并以此矩阵来保护电压的节点。在实际应用中，无论哪种矩阵都是通过对于不同节点进行定位来进行元件的搜索的。所以如果乐意在拓扑中构建P、 Q、 V的矩阵，就可以很好地定位节点坐标，完成搜索工作。

5.结论

能造成高压电能计量系统出现故障的因素有很多，如何减少其故障出现，是电能企业需要长期研究的问题。只有电能企业不断地对管理系统进行优化，了解高压电力计量系统出现故障的原因，并对症下药，才能更好地减少高压电能计量系统出现问题的几率，保证电能企业的正常收益，促进国家经济进步。

［1］ 石新利，杜玺峰，闫影，奚磊，李启林.电能计量装置电流回路相间短路或一相短路的分析与计算［J］.电测与仪表，2010 （05）.

［2］ 曹瑞基，杨梅.高压电力计量箱窃电方式分析［J］.上海计量，2013（11）.

高压电力计量系统是电力企业的重要组成部分，如果高压电力计量系统出现故障，对于电力企业将会造成重大的损失。电力计量系统的故障不仅影响电力企业电量统计，对于经济也有很大影响。本文主要对于高压电力计量系统出现故障的类型进行了介绍，并对故障的建模进行了简析。