电力计量装置异常原因研究以及监测方法分析

周明辉 高世伟

（国网上海金山供电公司 上海市 200540）

尽管相关部门已经采取措施优化电力计量的精度，但在资源不饱和的形势下，我国有些地区已经出现了供电不足的情况，再加之窃电现象对于电力部门管理的消极影响，必须对用电用户合法权益进行有效保障。在此矛盾下，我们将以寻找到电力计量装置异常的原因作为突破口，针对问题进行深层次地分析挖掘，并采取措施对装置漏洞进行补救，完善电力计量装置的监测设备，从根源上解决电力公司在运营中所面临的巨大障碍。我们的目标是在不断优化电力设备运行方式的同时，在电力公司运营管理上也进行科学正确的调整，使电力公司获得长足稳定的发展。

1 电力计量

目前我们的电力计量常用方式是依靠电能表，电力装置是否处于正常工作状态，这与电力参数的变化息息相关，电压、电流以及功率是电力计量中常见的电力参数，是电表使用中参照的重要依据。面对电力需求的不断增长，对电力公司的业务标准也是只增不减，在电力计量方面更是应具备高标准。在目标明确的前提下，有利于供电企业更好执行硬件系统功能提升和优化相关应用管理政策措施，也有利于安全意识层面的提升，是不断满足百姓美好生活需求的基石。

2 电力计量装置的异常

电能表计量下的电流、电压、功率等电力参数并非是一成不变的，当电力计量装置处于异常状态下，参数值会随之发生改变，其中最先发生改变的往往是其功率数，这就导致会有电压电流相位异常的情况发生。在电力计量的装置中，技术人员是依靠其装置监控数据的改变来判断故障发生的根本源头。当计量装置发生故障时，设备会显示出与故障相匹配的电信号，也包括电流、电压、功率等电力参数，这些信号的改变需要监测人员进行及时地跟进监测。随着科技的发展，我们现在已经能够设计出可以自行监测异常数据的监测设备，这将会大大提高作业效率，在设备跟进的基础上，我们还需要准确地根据监测设备发出的警告信号进行分析拆解并给出科学的解决方案。不同的参数在故障中显示出的变化形态是不同的，计量装置中电流与电压在产生故障后呈现低水平形态，而电流计量表则看不出显著变化。在外部要素的影响下，电力计量装置的计量参数会比真实的电能参数小[1]。

3 电力计量装置异常的原因分析

电力计量装置在电力系统中受到广泛应用，其中包括发电，供电和用电等各个过程。电力系统的正常运行离不开电力计量装置，其准确性和有效性决定着电力生产计划能否完成、经济核算和电费核算能否准确进行。所以，不可少地要分析电力计量装置的异常情况，促进装置的优化升级是电力公司工作的主要抓手。

3.1 电力计量装置故障

（1）内部元件受损。电力计量装置中，若出现线路或其他元件受损，不仅无法获得基础的有效数据，还将会影响到其他处于正常状态的元件。面对庞杂的元件，首先要准确判断其故障所在，这就如同中医中所说的“望、闻、问、切”，理清病根才能对症下药。要看电力计量装置是否为元件本身的质量问题导致，还是这些元件本身处于较差的环境中，长此以往而导致其损毁。这里常见的故障主要是电流互感器故障、电能计量柜故障，而误差过大也是不容忽视的故障之一。误差是指测定结果和真实结果之间的差值，对任何一个物理量测量都会产生误差，且误差会随着装置使用时间的增长而变大，误差不可避免地出现，但当它增大到无法忽略的时候，就要引起重视，对原来元件进行技术调整或者更换新的元件。

发现问题是前提，而解决问题的关键还在于要处理好各个设备间的相互关系。这不仅考察技术人员对于设备的熟悉程度，还涉及日常监察工作中对于设备运营的管理问题。对此，要严格把关设备，对于设备的实际情况定期检查并记录，尽早发现问题，早发现早解决，用尽一切办法全力保障设备安全运行。

（2）电力计量装置本身的设计缺陷。现在我们使用的测量柜、电能表、互感器等都属于电力计量装置的范畴，那如何选择恰当的装置就变成一个非常重要的课题。在选择过程中要注意联系实际情况，若安装了与实际条件不适配的装置，则装置无法正常运行，更无法从中获得需要的正确数据，可能还会关系到更深层次的问题。也就是说，其中任何环节出现问题都会影响最终的测量结果，如果无法从中获得预定的参数数据，那该电力测量装置的使用将毫无意义。除此以外，我们还需要考虑到误差问题，在本身装置就存在一定缺陷的情况下，误差将被无限放大，导致电力装置根本无法进行正常的计量操作。[2]另外，这里在考虑装置的适配性时，还不得不考虑到周围环境，不同条件的环境下装置的耐受性是有很大差异的，装置在使用过程中的磨损不单单涉及装置本身，还会给整个电力行业带来损失。当然，装置的损耗是必然的，技术部门的人员应该做到的是结合实际情况选择装置，最大程度降低材料的损耗，这就要求在技术人员的筛选和业务能力、技术操作上所涉及的专业知识方面都达到较高的标准。

3.2 供电系统的干扰

电力系统的复杂性和变异性关系到各个设备之间的相互联系。综合多组数据调研发现，电力计量装置的异常往往都与电力系统的干扰相关，这干扰主要来自谐波污染[3]。谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。可能导致谐波污染的情况分很多种，其中包括分布式电源的引入、非线性电力负荷的存在，而可能会受到谐波污染的影响设备有供电、输电及电力等。电力系统中大量电子设备及非线性负荷为电力谐波的主要源，会使得系统输电及供电设备附加损失显著增加，这种损失主要表现为电力设备温度不断升高，而温度一旦升到较高的状态，情况将会不容乐观，较高的温度会导致电力设备使用寿命大幅度降低。谐波还会对通讯设备的正常运行产生负面影响。针对谐波干扰，我们会继续攻克这道难题，有效降低其对电力系统的干扰程度。

3.3 人为因素

这里所说的人为因素，主要是指窃电现象。窃电，顾名思义是以非法的方式将未进行缴费或所缴费用不足的电能占为己用，这样可以省去一定程度上的用电费用。综合分析了窃电原因，目前我们处于电费呈现上涨趋势的大环境中，使得人心惶惶、有些不法分子伺机而动，而电力公司在用电管理上难免的疏更是让非法人员有了可乘之机。其窃电手段多种多样，主要通过改动计量装置、断开联片、调接零火线、断零窃电、绕越计量等方式盗取电能。不法分子唯利是图、花样百出，既可以滥用电，又可以省去高昂的电费。监管人员在面对这样的情形的时候往往不知所措、无从监管，从而造成了电力公司的经济损失，严重破坏了电力市场的秩序。未来，供电企业要制定严密的管理监察体制，切勿再让不法分子有可乘之机，对于窃电这种违法行为，绝不心慈手软，加大排查力度，坚决杜绝此类现象，严厉处置此类违法行为，以事实为依据，以法律为准绳，坚决行使法律权利，让违法者承担其相应的法律责任，同时，要大力宣传合法用电的必要性和强制性，严惩不法分子，共同维护电力市场的安定，降低电力企业的损失，避免影响电力企业的经济效益。

基于以上装置故障原因的分析，我们应当加强用电管理，有效解决优质供电和准确测量问题，这将会提升电网的服务质量，同时加强电网建设。在基层的故障排查是十分必要的，发现电力计量装置的潜在问题使我们能够心中有数，对于未来的管理方向会更加胸有成竹，使得在分析问题的过程中有充分的依据，方便我们更好解决问题，不至于盲目，而是有针对性地一一解决，减少了问题解决的疏漏，对症下药地采取措施，运用创造性思维，将疑难问题拆解成简单问题的组合，条理清晰。而对于装置异常情况，我们要加强监测，设计出合理有效的监测问题的方法，形成完整监测流程，以便其进行智能诊断，及时地发现问题，后续跟进落实相关的管理管控措施。[4]

4 电力计量装置异常状况监测办法

4.1 对电力计量装置的电力状态量因素进行监测

对电能计量装置的电源状态进行监测是现下应用最为广泛的一种监测手段。电能计量装置一旦出现故障将会引起电能状态的改变，监测技术人员可以利用现场电能计量符合度运行方法对电能计量装置进行异常情况诊断，要对电能计量装置中的异常变化进行检测与计算，不断改善与发展更好地解决电能计量异常情况的手段。

首先是电力计量开关量监测，这项监测在面对任何形式的装置故障时都可以对损害进行初步测量。初步测量后对数据进行分析整理，从而判断电表是否处于正常运行的状态。由不同原因导致的故障问题表现在电流表上，会出现不同的电信号，监测人员通过对表现出的电信号进行分析，联系电学相关理论知识，找出问题出现的根源，为后续进一步查出故障提供了依据，方便针对故障采取措施。在监测过程中，要随时监测电表信号的变化，任何变化都是其内部故障发出的信号。

对电力计量装置中电力状态量的监测还可以运用电力计量状态监测法[5]。判断电力计量装置是否出现了故障，我们可以综合分析电力计量装置的工作环境，从而得出结论。而计量装置的工作环境主要分为内部的环境和外部的环境两方面。内部环境是将已记录的状态量与当前状态量进行比较，如果当前状态量与前一状态量有较大偏差，则表示存在故障，反之若偏差在可控的范围之内则证明电表处在正常运作的状态。这里的外部环境是指电能计量装置所处的外在客观环境有所更改，如温度、压力、湿度等因素。内外两方面的因素共同作用于计量装置的数据准确性，虽然在影响程度上有所不同，给故障排查增加了一定的难度，且计量装置实质上是脆弱的，很容易遭受破坏，这就需要技术人员对信号、数据等进行理性分析，排除故障，确保电力计量装置重新回归到正常状态。

4.2 对底层通信网进行监测

底层通信网是指采集终端与集中器之间进行的通信。底层通信的传输距离无需太长，利用总线通信就可以实现底层通信。总线通信网络之间各个节点相互连接，其所有节点都共享相同的数据通道用于广播和通信。子站中各个节点与主站之间的通讯都被归于上层通讯，如此一来就需要建立一个特殊的通讯网络。上层通信可采用租用公共通信网络的方式进行构建，条件成熟时优先考虑构建电力通信专网进行核心数据专网传输以增强数据保密性。专网专用，不仅会提高通信质量和效率，还会降低外界的干扰，所以，构建专门的电力通信专网应该广泛普及应用，这大大提高了电力技术人员采集电力计量数据的效率，且在通信网中对数据将会进行归纳和初步分析，使得网络通信为人们提供有效服务，同时也确保了数据的准确性。

4.3 对电力计量装置的功率因数量因素监测

我们对容量计量装置电量进行监控，既能监控电能状态量又能判断电能计量装置运行情况。功率因数量变化主要是对电力计量装置运行状态产生影响，其相关监测指标有：负载功率因数、断路器位置等[6]。所以，当工作人员对电力计量装置中的变化量进行计量时，能够通过对电流变化量进行监控，对功率因数量进行连续测量，找出其中的变化幅度，并通过连续调试找出合理的变化幅度，还要对断路器运行状态进行连续清楚判断，从而判断断路器是否处于正常状态。比如：电力企业能够对电能计量装置功率因数变化情况进行监控，以此来判断电能计量装置的故障情况。工作人员在发现电能计量装置发生显著改变时，能够及时对其进行维护，最大限度地减少经济损失，同时还能够通过负载特点进行对比，若电力计量装置负荷发生大变动，则说明电力计量装置存在故障。同时我们还了解用电用户电路的状态，工作人员通过将目前的状态与正常状态对比，能够及时开展维修工作，起到尽早规避风险的积极作用。

5 电力计量装置异常监测设备的设计

人为因素作为对电子计量装置破坏最严重、发生频率较高的主要因素，对于电力公司的管理工作带来了很大的困扰，要想彻底肃清窃电不法分子的毒瘤，必须加强电力计量装置异常检测，既要准确的检测出电路运行中异常的数据，又要具备时效性，及时地收集异常数据以作为打击不遵守用电规则的人员不可辩驳的依据，彻底消除违法人员的侥幸心理。

对此，我们已经研发出与电力计量装置相应的异常监测设备。其工作原理主要是根据传递电路使用中异常的电信号和数据确定电力计量装置出现怎样的异常情况，并且连接通信网络，实时上传数据，方便检测人员远程调控，这样大大提升了工作效率，无需挨家挨户的检查，只需要统一安装监测设备。该监测设备还加装了报警系统，一旦发现电路系统中出现异常，就会第一时间报警并联网上传到中央控制台，监测人员时时监测，可以迅速察觉异常并远程操控阻止其继续窃电。

异常监测设备的结构主要分为以下几个部分：母系统、子系统、输出系统。不同系统承担不同的职责，母系统，顾名思义是以其为主导，扮演着管理核心的角色，是总控制台。母系统把控着各个系统上传的数据，主要是对数据进行储存，形成记忆，同时也承担着数据分析的重要职责，母系统中会呈现出哪一条子系统出现了故障，出现了怎样的故障，于是监测人员迅速对信息进行掌握采取措施。而子系统则存在在基层中，是分散在各种负责主要监察的设备。既然如此，要求子系统对电信号有极高的灵敏性，如果不能及时准确地检测出线路中的异常，就可能将错误的或者延迟的数据传输到母系统中，这样就无法起到异常监测的效果。当然，子系统也有自我保护的装置，是为防止有不法人员对其进行破坏，也为了降低电力公司的成本。所以，子系统要有高灵敏度，有自我保护装置，并且要便于安装和更换。对于输出设备来说，它的作用更像是一种传输的媒介，是连接母系统和子系统的重要一环，这条通道要始终保持畅通无阻的状态，不然信息无法传递出去，就无法形成完整的反馈链，子系统监测出的异常信号无法传递出去，终端就无法对数据进行处理。其重要性相当于人类能听到声音，而声音需要空气等介质进行传播，于是当物体振动通过介质的传递和放大或缩小的作用，最终人耳会听到声音。在这个完整的传播过程中，我们不得不承认介质存在的必要性。

设计如图1的装置是受到了传播链的启发，一条完整的传播链必须具备信息的发出者、信息接受者和媒介，三者缺一不可，而电路中的异常电信号是我们要传播的信息。信息要经过发出者的传播作用将信息发散出去，经过媒介的传递将信息在其应有的传播轨道上进行传播以实现流通。有发出就有接收，信息必定会传递到某接收群体中进行拆解和吸收，但这又并非是简单的收到即可，信息经过接收者接收后，会对接收人产生一定的影响，这种影响或是正向的，或是消极的，或是正负向的影响都有存在，那就是形成了综合的影响。接收者受到某种程度的影响又会反馈在最初传递的信息上，因为这一次不仅仅是信息的本身，还增加了接收者对信息的再理解，再理解过后又形成了新的信息以此形成完整的信息传播生态系统。既然是生态系统，就表明其中的任何环节都是环环相扣、密不可分、相互影响。

图1：电力计量装置监测设备组成结构图

同理反馈到异常监测系统中，子系统为信息的发出者，母系统为信息的接收者、传播系统为媒介，与传播链一一对应。因此，母系统不单单接收信息，还会改造信息，当母系统接收到子系统发出的设备异常信号，就会立即对其进行分类，这是分析的第一步，分类就会方便我们提取到更有用的信息。第二步是将获取的信息与预存的信息进行对比，对比可以有效的得出异常部分，而针对异常部分我们就有办法解决。我们的工作重心是判断电力计量装置出现异常的可能原因，在发生实际异常之前，就要着手针对异常情况产生的预案，时刻做好充足的准备应对任何异常的发生。

还有一个因素必须纳入考虑范围，就是装置产生的误差。我们用有误差的仪器去测量电路中的异常，这个数据本身就会失去其有效性。这里的误差仍然是上文提到过的谐波。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。

我们要对电能质量进行检测就需要用到谐波检测仪，如图2所示，其是发电设备和用电设备广泛使用下的产物，用来保障电力系统的安全运行，在电网中产生基波电压和电流畸变时，可以为改善电能质量提供一定的技术支持。当测算出超过正常范围的谐波时，就要对电能质量进行修复，减少装置误差。

图2：谐波检测仪

6 结语

综上，本文对电力计量装置中可能会出现的异常进行归纳挖掘，特别分析了人为因素下对装置的破坏，于是我们采用了对电力计量装置异常检测设备的技术对电能表所反映出的信号异常进行监测，是行之有效的办法，我们必须站在全局的角度上考虑用电用户的实际利益，电力公司的长足发展，坚决抵制窃电行为。文中所述更偏向于理论性的分析，要获得真实准确的效果，还需要结合终端所反映出的实际数据。并且，我们的解决方法并非是一成不变的，而是要基于现实随时进行调整，要学会灵活运用，在主体思路明确的情况下，对于具体的工作细节还有许多值得思考细细研究的地方，这些都要根据实际的数据进行分析后得出。所以，一切解决问题的策略都要立足于实际情况，将监测装置设计的更符合实际应用，并提高数据分析的准确性和高效性，是对于电力公司稳健发展最有效的技术支持。只有取得准确可靠的用户用电信息，面对突发问题时，电力企业才能够积极地采取对应措施，在提高用电的安全系数基础上，第一时间保障用电用户的合法权益，从整体上有效分配电能的使用，更好地为广大用户提供优质的服务。