一种电量母线不平衡异常计量点定位软件

国网内蒙古东部电力有限公司兴安供电公司 丁晓 苗玉鑫 姜威 焦文松 李东明 乌苏雅拉

本文介绍了一种基于电力计量自动化系统所获得的电能数据，并根据变电所的电能不均衡率与变压器损耗数据之间的内在联系，实现了对变电所数据存在的测量数据进行自动诊断和快速定位的方法。这种方法可以充分发挥计量自动化系统的实时性，并能自动地定位变电所的测量值，使操作和维修人员能够快速、有效地发现和解决这些问题，从而提高计量系统的测量精度。该方案可以有效地控制电厂的不均衡率，使仪表准确、公正、可靠地运行。

1 母线有功平衡简介

母线功率平衡描述为：在此基础上，假定输入一个结点的有功是正的，而离开这个结点的有功是负的，那么，该结点上的有功的代数和为0。

Pk为该结点的有功功率为第k个，该有功功率为通过该结点的第k个分支[1]。但是，在实际的电力系统中，由于线路损耗、电压、电流互感器、测控设备、数据通信网络关机、调度数据网、预设等环节都有可能出现故障，造成有功量测、传输等环节出现差错，传输至主站端的节点有功量测值代数和往往不等于0。

当母线为220kV 时，其∆P值应低于10MW；在500kV 及以上电压等级的母线，其∆P值应在20MW 以下。母线无功补偿的相关工作，主要是寻找故障线路、设备，并采取相应的措施，以保证母线有功偏差在一定的范围内[2]。

2 母线电量不平衡率的异常分析

2.1 核对基础资料和数据

用表码、倍率、公式等方法对电力系统中的电能不均衡率进行了分析。目前，电力遥测技术已经得到了广泛的应用，但是由于通讯、仪表等方面的原因，遥测等问题依然存在。此时需要手工抄写和补录，所以要消除人为误差，确保资料的正确性。动态放大系数由计量和绕组的变化比例决定[3]。

2.2 缩小异常范围

（1）分母线。母线的电量不均衡率是根据电压水平来计算的，但是在相同的电压水平下，也可以有多个母线的工作，如图1 所示。

图1 分段运行的母线Fig.1 Bus bars running in sections

对母线进行分立操作时，可以进行进一步细分，计算出每一段母线的电量不均衡。当母线的电量不均衡率超过标准时，该方法可以有效地减少故障的查找范围，确定故障的位置。

（2）分时段。若母线不均衡率超过标准仅在当月某一月份出现，则对分析故障原因、及时排除故障具有重要意义。在月度分析中，可以将每个月划分为不同的时间周期，以求出各节点的不均衡率。在进行分析时，可以将该月份的数据从第一天开始计算到平衡区域，或者将该月份的数据从上个月的最后一天计算到平衡区域，如果不均衡率没有增加的趋势，那么可以将该中间时间看作是不均衡的区域，然后将其作为一个特殊的分析对象[4]。

2.3 分线路进行比对分析

（1）联络线路的两侧比对。对于电厂至变电站、变电站与变电站的联络线，通常在发线末端的发电站和变电站都装有关口计量表。变电所至客户的馈线，通常在变电所一侧和客户一侧安装一台仪表，用以进行电力供应与市场统计。当变电所母线电量不均衡率超过标准时，对侧计量表计所计算的电量可作为对侧计量是否正确的判据，将对侧的电量按照潮流方向或增加一定的线路损耗进行计算[5]。（2）T 接或多T 接线路的多侧比对。由于主网配线中有多个变电所同时接一条线路，因此，采用双线对线进行比较是有其局限性的。对于这种情况，可以将输电线路上的电力供应和输出量进行汇总，在考虑到线路损耗后，电力供给和电力供给的总和应当大致相等，同时也为发现异常的线路提供了一种方法[6]。（3）线变组接线的比对。线变组的配线与联络线两端的配线比较方法是一样的，在电工技术阶段，减少主变损失后，变高供电线路的电量和变低压电表的电能值应当是一样的，所以，在分析高电压水平或低压水平时，对应的电量也可以作为对侧电量的异常判断。（4）利用主变变损进行比对。在母线电量不均衡率超过标准的情况下，可以将主变、变损结合起来进行分析。如果是正常的，则可以根据不同的电压来判断，如果是异常的话，可以根据高、低压侧和高、中、低压3 个方向的供电来提供电能，而在外部或者两侧，则可以根据不同的电压来判断[7]。

2.4 趋势化比对分析

针对全变电所或单线，可以绘制供入、供出电量的月份。通过逐月比较，可以确定各站点或各线路的用电量是否处于合理的区间。特别是在对电网电量不均衡率的异常分析中，充分发挥了它的优势。

3 基于多源数据的有功母平快速定位方法

在分析了调度自动化系统的各类数据基础上，提出了一种利用多源数据实现母线无功不均衡的快速定位的方法。

（1）基础资料分析：通过D5000-SCADA-500kV 厂站母线不平衡量一览界面，确定故障厂站名称与不均衡母线的电压水平，以了解日、周、月的不平衡量曲线，并了解其跨越的时间范围及严重性。

（2）对500kV 母线进行实时数据分析：当无功不均衡母线在500kV 电压水平时，采用最精确的WAMS 数据作为参考，使用了以下的实时数据。通过D5000-SCADA-电厂/500kV 变电所的接口，可以看到不平衡母线的接线图和相应的有功功率的实时变化[8]。

（3）500kV 母线的历史资料分析：由于线路的有功变化比较复杂，通过实时监测资料不能对故障线路进行精确、全面的定位，需要对故障线路的历史资料进行辅助分析。多源数据的母线有功不平衡快速定位方法流程图如图2 所示。

图2 多源数据的母线有功不平衡快速定位方法流程图Fig.2 Flowchart of fast location method for busbar active power unbalance based on multi-source data

首先，选取一条母线不平度曲线（因WAMS 资料量大，因此必须少于1 个小时）；然后通过取样资料查询窗，推导出此期间母线上每条线路的有功功率值；再根据WAMS 的历史资料分析接口，推导出这一时期内各个线路的WAMS 测量资料；最后比较发现两者相差很大（超过5MW）或不同步的线路。

（4）220kV 母线的实时数据分析：如果不均衡的有功母线是220kV，没有WAMS 数据作参照，那么就需要通过状态估计数据、对端线路数据、电气能量数据来进行故障定位。在厂、站接线图中，可以看到不均衡母线连接的有功功率变化，特别是刷新周期大于10s 的线路；将每条线路的有功与状态估算有功值、对端线路有功值、超过3MW 以上的线路进行了比较。

（5）220kV 母线的历史资料分析：需要对电力资料进行进一步的分析，以提高故障线路的定位精度。进入电力计量系统，在全电量查询界面中，选取厂、电压等级，就可以在一定时间（可选母平越限严重期）中，所选电压等级线路的基础代码差（由站端电能计量设备测量）和功率积分（由 SCADA 测量功率计算），比较两者相差较大（超过10%）的定位为故障线路。

（6）故障线路消除：针对以上故障线路进行针对性的分析和消除，主要检查设备的精确度、功率突变门槛、周期周期设置、远动机时钟、链路状态、主站预置等[9]。

4 异常计量点定位软件设计

4.1 电量母线不平衡异常计量点定位软件

该软件是电力汇流不均衡异常计量点定位软件，它是一种新型的基于网络的分布式监测软件，它包括了变电站运行监测、运行控制、信息综合分析、异常点计算、计量点定位等方面的应用。

4.1.1 软件的智能化特征

该系统以IEC61850 为核心，实现了与IEC61850 设备的连接。该系统模型使用了图形库集成的方法，具有很好的配置灵活性，可以按需求进行多种操作。该系统易于部署，不同的模型可以在不重复的基础上进行数据的共享，具有多种数据库配置的灵活性，可以实现系统的自动备份，在访问海量数据的情况下，不会影响系统的性能。

4.1.2 软件的体系结构及运行平台

（1）体系结构。如图3 所示，显示了汇流不均衡的异常测量点位置的软件体系结构。本系统是以智能变电站站控层应用高度一体化的思想和目标为基础，将其划分为应用软件、应用平台、操作系统、硬件平台。该系统与硬件平台能够与国产Linux 操作系统、国内服务器的硬件平台相兼容；该系统采用了基于应用的系统结构，能够很好地扩展站控层的应用。

图3 系统设计架构Fig.3 System design architecture

为了达到这一目的，系统的主要功能包括数据库存取、进程间通信、运行服务、前置通信服务等，都是以C/C++为基础，并对操作系统API 进行了封装，并以中间件为基础，以确保跨平台的移植性能。应用服务存取界面中的数据流封装机制，避免了网络字节序问题，使得系统中的各个模块能够在不同的硬件平台上部署。

（2）DB 平台。该数据库使用了Oracle 的主流商业数据库。Oracle 是以客户机/服务架构为基础的，其主要技术特点是SQL（SQL）的先进结构化查询语言。客户机提供了一个很好的人机接口，它负责与用户进行沟通，并将要求发送到服务器端，以获得所需的信息。资料库伺服器一端等候使用者的请求，处理需求，提供结果，而且可以同时处理多个使用者对相同资料的并行存取[10]。

（3）System 的硬件平台。软件服务器需要更多的计算机硬件。硬件平台通常配备国内的服务器硬件平台，或者其他类型的服务器或者工作站，可以按客户的需求进行选择。

4.2 数据辨识功能总体框架

站内数据识别系统是一个典型的多任务实时处理系统，它要求支持人机交互、量测一致性判断、零点信号产生、双机同步，而且，这些任务都是并行的、协同的，所以，我们把它们分为3 个主线程。它的模块体系结构如图4 所示，主要流程图如图5 所示。

图4 模块架构Fig.4 Modular architecture

图5 主要流程图Fig.5 Main flow chart

5 结语

在电力系统中，配电网的电能平衡是一种非常有效的测量手段。对220kV 母线不均衡率的成因及影响进行了分析，并对其进行了改进和完善，使母线不均衡电流得到了较好地控制。母线电量不均衡率的异常分析具有很强的逻辑性，需要对测量对象的操作有很高的了解，今后还需进一步做如下工作：

从电能表、装置接线、电流互感器、电压互感器、二次回路等多个方面进行分析，并进行综合处理；在保证二次负载不超过负载的前提下，对变压器的变比、二次容量进行合理的选择；积极进行旧变电所、就地生涯变电所、变电所变压器二次负载的在线测试，电流、电压回路的二次负载对电网的电能质量有较大的影响，因此要重点研究二次回路的阻抗、电压降等。