探究分析电力计量装置异常原因及监测方法

摘  要：电力计量装置有时会显示电力出现异常，监测受到计量装置损坏和不正常位移的影响，使得电力计量检测出现错误。为此，文章提出探究分析电力计量装置异常原因及监测方法。从底层分析电力计量装置产生异常的原因，从上层通信网监测和底层通信网监测的角度构建电力计量装置异常监测方案的实施流程。电力计量装置的三相电流对比实验结果表明：在该监测方法下，利用融合技术结合模糊运算的分析方法，所得监测数据准确无误。

关键词：电力计量;装置异常;计量装置;监测方法

中图分类号：TP391       文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）04-0165-03

Exploring and Analyzing Abnormal Causes and Monitoring Methods of Power Metering Devices

QIN Xiangchun

（Huai’an Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Company， Huai’an  223200， China）

Abstract： The power metering device sometimes shows that the power is abnormal， and the monitoring is affected by the damage of the metering device and abnormal displacement， which makes the power metering detection error. Therefore， this paper proposes to explore and analyze the abnormal causes and monitoring methods of power metering devices. Analyze the causes of abnormal power metering devices from the bottom， and construct the implementation process of abnormal monitoring scheme of power metering devices from the perspective of upper communication network monitoring and lower communication network monitoring. The experimental results of the comparison of the three-phase current of the power metering device show that the monitoring data is correct， obtained by using the fusion technology and the analysis method of fuzzy calculation under this monitoring method.

Keywords： power metering; device abnormality; metering device; monitoring method

0  引  言

作为社会生产生活与经济活动原动力的电能，其质量好坏与稳定性是关系国民生产秩序正常与否的关键要素，需要从根本上做到可靠保障[1]。电力计量装置是对电能供应起到计量作用、便于供电部门进行规划与调整的终端设备，其工作状态与电能用户的使用体验和感受息息相关，电力计量装置一旦发生异常不但会影响对用户的电能供应，还会对国家电网造成经济损失[2]。因此，保证电力计量装置良好的工作状态，是电网高效运行的底层基础保障[3]。我国电力行业在20世纪90年代以前一直遵循计划时代经济的监测方法，政企分开垄断经营，没有明确的目标也没有主要的动力，由于管理的不恰当而导致效率低下，没有办法根据市场需求的变化而随机应变[4]。中国的快速发展带动了电力行业的不断向前，在电能计量监测领域也随之出现了不少亟待解决的问题，为了实现更快的发展，处理和解决这些问题便成了现在的首要任务[5]。

1  探究分析电力计量装置异常原因

加强用电管理，实现优质供电和准确计量，是电网提供优质服务的基础，也是电网建设的目标。从底层发现电力计量装置的潜在问题，做到有针对性地发现问题，有切入点地分析问题，创造性地解决问题[6]。电能表、电压和电流的互感器以及测量柜都属于电力计量装置的组成部分。电能表作为核心构成要素，其主要作用是用来计算一定时间内电能的具体消耗[7]。在计量装置无法正确识别电能关键系统操作时，电力计量装置则处于异常状态。如缓慢旋转、反向旋转、感应式电表卡计或电表计数变少等（不包括电子式电表）;此外，计量装置的损坏和异常位移也属于异常状态的范畴[8]。计量装置一旦出现了系統故障干扰（主要是谐波问题），即代表电力计量装置出现了异常。在众多问题之中，电力计量装置出现异常最重要且最常见的原因就是窃电。因此，电力计量装置的异常可以分为自身故障和人为干扰两大类。针对自身故障，可以采取定期检查和报故排查的方式解决;针对人为干扰则需要设计监测方法进行智能诊断，以便及时发现违规行为并采取相应的管控措施。

2  电力计量装置异常监测方法设计流程

针对危害最大的人为因素造成的电力计量装置异常问题，需要采取一种实时的监测方法进行异常识别。异常监测设备通过在线联网工作，采集电网的运行参数和电力计量装置的运行状况数据，及时发现运行异常和故障隐患，经初步判断发现窃电行为时，第一时间发出警报。异常监测设备的组成结构主要分为主站设备、子站设备，以及作为信息传输通路的通信层。其中主站作为管理中心的角色存在，可以融合到现有国网调度中心管理系统之中;子站设备为需要检测的各个终端电力计量装置。电力计量装置监测设备组成结构图如图1所示。

主站的功能设计为：从通信网络中获取各个电力计量装置的运行状态信息，并通过外围设备对所获取信息的分析与处理，提取有价值的信息，并与预存的标准信息阈值进行对比，结果作为判断电力计量装置正常与否的依据，并根据所获取信息的特征值，判断电力计量装置出现异常的可能原因，为管理员提供决策依据。分站与主站以星形网络构成信息交互整体，主站位于中控室，分站位于各动力设备站。若电力计量装置的质量不能满足要求，配置存在一些问题，或装置长时间处于一个过于严酷的工作环境下，一直不间断运行就很有可能引发故障。电力计量装置本身停止工作则为装置出现了问题，这种现象在现实之中并不常见。一般情况下，电力计量装置产生故障的原因是受各种因素的影响，且长期工作于非额定条件下，从而形成的装置失效。

系统干扰也会使电力计量装置产生误差，进而影响其对电能的检测。系统扰动的关键在于电力系统的谐波，电力电子设备的主要来源是大范围的使用电力，以及电力负载的非线性波动。根据条件来设计感应式电能表，仅能够保证电能表在工频范围内的频段性能受到限制，但当工作干扰存在于谐波状态下时，则会产生较大的误差。

2.1  上层通信网监测

在异常监测设备中，由于主站与子站间分布方式的限制，子站的各个电力计量装置监测终端不能轻松地将自身数据发送给主站，需要依托远程采集技术来构建信息交互的通信网络。主站作为中央管控单元，需要处理电网中各级各类型的电力计量装置（既包括电力与能源终端，又包括作为管理端存在的配电监测与自动终端、售电管理设备等），由于层级复杂，功能迥异，需要分级管理，针对各个设备的信息收集与处理也需要分为两层网络来实施。上层网络是与主站进行信息交换与传输的网络，是依托主干网而建设的专用高速网络，其功能是信息的低延迟传输，并提供稳定的控制信道。电力计量装置异常状态监测系统，由分站和主站组成连接，其结构设计如图2所示。

数据通信系统提供公司用户与可控负荷间的信息交互。其遵循的通信标准必须是双向的，且必须是安全可靠的。一般来说，可以划分为有线和无线两种通信方法。

2.2  底层通信网监测

采集终端和集中器的通信称之为底层通信网。在底层通信中传输距离不需要过长，采用总线通信便可达到目的。在总线通信网络中，所有节点共同享有同一个数据通道来进行广播通信，各个节点之间也可以相互联系。子站各节点到主站的通信成为上层通信，需要构建专用的通信网络。可以通过租用公共通信网络的形式建设上层通信，在条件允许的情况下，优先选择建设电力通信专网，实现核心数据的专网传输，提高数据保密性，并降低外界干扰。变电站系统终端为核心，用于收集和计算电量信息设备和信号设备提供的stealing继电器图像等，对所收集的数据进行存储和预处理。变电站和主站都能监测电力计量装置的异常状态。

2.3  电力计量装置异常监测

电力计量装置的运行参数通过底层网络和上层网络传输到主站，经过数据采集和处理，分解出其中的关键变量信息，主站上位机对数据进行计算，与预先设定的健康工作参数阈值的离散量进行对比，通过离散幅度值判断计量装置是否处于正常状态，在发现偏差过大时触发关注程序，在一个时间段内重复计算该计量装置的工作参数，如果计量装置持续处于偏差较大的状态，则判断为计量装置发生故障或处于人为干扰状态，触发报警程序，提示管理人员进行详查，实行排故处理。

3  对比实验

3.1  实验准备

电能计量是电力生产的重要组成部分，电力计量装置的状态监测直接影响电能管理的效率。在计量装置的实际运行中，由于装置的可靠性、运行环境和人为因素等原因，可能会出现各种问题。作为电压、电流、功率因数、相角、电量、通信异常信息的监测数据，在状态监测中计量裝置和其他参数的异常信息（包括连续变化信号以及间隔判别信号），采用三相不平衡法对这些信号进行预处理，目的是对各种输入信号的处理进行归一化。有功电能采用直接法测量，通过电压与电流转换后的数字量，进行测量产生功率;经过一段时间后，可得这段时间内消耗的电能EP：

（1）

其中，U和I为电压和电流的某一采样值（此时的采样值），tn为这一时段的采样次数，为采样间隔。通过电能管理效率，得到电能测量模型为：

（2）

没有做功时可以用相移法测量，将电压采样值移相2/π（工频5 ms），乘以电流采样值，经过一段时间的累积得到该段时间内的无功能量，即延时3 m/s的采样值。大多数家用户和小容量照明负载采用直接接入式计量，根据电能质量标准对三相电压不平衡程度范围的要求，可定义三相电压不平衡的特性，1表征三相电压不平衡，0表征电压不平衡事件没有发生，如表1所示。

对于三相电路，可选择一台三相有功电能表或三台单相有功电能表。这种连接方式一般用于低压配电系统中，中性点直接接地在三相系统中应用，并能正确测量三相电压、电流是否对称。根据异常特征的分析测量电压，得到三相电流不平衡监测的特征变量定义，如图3所示。

将因三相电流不平衡产生的异常投射到功率图谱中，计算异常时长、功率偏差、失衡影响，并判断对电网产生的反馈影响是否会引发非常态现象，以此设定安全阈值。分析失衡态与上升脊分布的对应关系，根据相关规定确定上升脊分布的内部参数为a=0.20，B=0.30（三相三线制）或B=0.50（三相四线制）。

3.2  实验结果

电力计量装置将监测参数作为数据信号，通过运行信号进行分析，将理论归一化。通过电力计量装置，对各种信号进行监测，实现电力计量装置在线状态异常监测。系统电压、电流相量和功率因数角的建立是完全对称的，但电压和电流矢量的对称不能满足要求，需要通过提高误差极限来解决这一问题。在电力计量装置的状态监测过程中，数据分析结果表明，数据与现场调查结果一致，证明所建立的关系和监测方法是正确的和有效的。

4  结  论

电力计量装置异常状态监测是一种新兴的高性能电力计量装置信息管理手段，通过对分布于电网终端的电力计量装置的工作状态进行实时监测，及时发现问题并尽快解决问题，这对于电网的持续安全、稳定运行具有基础的辅助作用。在保证电网设备正常运行的同时，可以及时发现和打击非正常用电行为，这对于保护电网良性运营环境具有重要的指导意义。随着研究的不断深入，我们还将在故障设备超前预警等方面增加电力计量装置异常监测设备的功能，实现更为智能化的应用，从而更好地满足发展需求。

参考文献：

[1] 郭斌，冯兴兴，何圣川，等.电能计量装置在线故障诊断系统设计 [J].科技通报，2021，37（7）：62-67.

[2] 邹仕强.基于特征向量的计量装置故障诊断研究 [J].自动化与仪表，2021，36（8）：13-17+28.

[3] 陈崇明，吴瀛，姚栋方，等.一种电能计量装置状态在线监测及远程诊断系统设计 [J].电力电容器与无功补偿，2021，42（4）：203-208.

[4] 王海军，王文秀，闫宵雅.缩短电能计量装置异常发现时间的探索 [J].山东电力高等专科学校学报，2021，24（4）：10-14+30.

[5] 王晓涵.分析电能计量大数据对计量装置运维的应用 [J].低碳世界，2021，11（8）：160-161.

[6] 汤昕岚，林淑媛.探究分析电力计量装置异常原因及监测方法 [J].电子质量，2021（8）：131-133.

[7] 张小龙，张继东，王淼，等.一起特殊的110kV用户电能计量故障分析 [J].电力设备管理，2021（7）：165-167.

[8] 李文利.浅谈电能计量装置故障处理方法 [J].农村电工，2021，29（8）：51.

作者简介：秦香春（1984.03—），男，汉族，江苏泰兴人，工程师，本科，研究方向：电气自动化。