基于分相功率的电能计量装置接线异常远程研判方法
2024-05-07童格格秦立瑛
王 壮 童格格 秦立瑛
(国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司)
0 引言
电能计量装置接线正确,是保障计量结果正确无误的基础条件。目前,电网企业通常采取周期性现场检验的方式以保障接线正确,由专业计量人员前往装置运行现场,采用现场校验仪等设备逐一检查计量装置接线是否正确[1]。该方法存在排查周期长因而接线异常无法及时发现、人力消耗大且技术水平要求高、交通时间成本高等不足。
本文针对用电量较大的专变用户常用的三相三线计量装置,提出基于分相功率的接线异常远程研判方法。基于自动化抄表系统常规采集的分相有功、分相无功数据,考虑电气参数特征,研究计量装置接线异常远程研判方法,帮助提高错接线检查的工作效率;提出接线相量图的远程获取方法,为人工远程分析提供必需的图形工具支撑。
1 无功四象限与接线相量图的等效关系分析
计量人员进行计量装置接线检查时,通常是利用现场校验仪获取接线相量图,考虑用户负荷性质等多种因素,分析其与正常接线下的图形特征是否一致,实现接线检查[2]。
接线相量图的获取通常需要采用专用设备,测量电压、电流及其相互间的相角关系。本文研究无功四象限与接线相量图间的电气相量等效关系,提出基于无功四象限的计量装置电气关系获取。
某三相三线计量装置在某时刻的无功四象限如图1所示,其接线相量图如图2所示。
图1 无功四象限
图2 接线相量图
对比二者发现,无功四象限中P轴即为相电压,负荷运行点M1、M2包含运行电流与相电压间的相角关系。此外,基于三相电的电气特征可知,线电压与相电压间的相角关系固定。因此,无功四象限与接线相量图包含的电气特征等效,二者的差异在于坐标轴的旋转与变换,具体关系如图3所示。
图3 电气关系示意图
以有功功率P作为X轴,无功功率Q作为Y轴建立直角坐标系,Uab与Ucb重叠,与在图中绘出各组功率点。以某时刻A、C两相的分相功率点M1(p1,q1)、M2(p2,q2)为例,连接坐标原点O和点M1、M2,则代表A相电流,代表C相电流。
综上,基于远程易于获取的分相有功、无功数据,即可实现计量电压、电流及其相互间的相角关系获取,为接线异常远程研判提供数据基础。
2 接线异常远程研判方法
式中,ϵ为考虑三相负荷不平衡的角度变化量。
由余弦公式可知,
令t=结合两点间距离公式,可得:
简化后,得:
若计量装置接线正确,则必然满足公式(4)。因此,基于自动化抄表系统常规采集的分相有功、无功数据,通过机器自动化执行t值计算,判断t值是否越过合理区间,即可实现大批量计量装置疑似接线异常的快速研判。
如果计算得出的t值超过了合理区间,即超过了参考数据的平均值加减两倍标准差的范围,那么就可以判断出存在疑似接线异常的情况。因为正常情况下,数据的差异应该在一定范围内,如果超过了该范围,就说明可能存在接线异常的情况。
通过这种自动化的方式,可以实现对大批量计量装置疑似接线异常的快速研判。相比传统的人工检查方法,自动化抄表系统可以更高效地检测出异常情况,节省了人力和时间成本。当然,这种方法也有一定的局限性。例如,在数据采集过程中可能存在其他干扰因素导致数据异常,这就需要在算法设计和数据分析过程中进行一定的优化和处理。此外,还需要定期检查和维护抄表系统,确保其稳定运行和准确采集数据。
需要注意的是,两相电流夹角θ在60°左右并不表示装置一定接线正确,仍有少量接线异常类型满足该电气特征,因此本方法无法全量替代周期性现场检验,但能够实现大部分接线异常类型的快速发现和定位,大大提高工作效率,避免计量及电费错误不断累积,帮助提升用户满意度。
3 基于分相功率的接线相量图远程获取
基于无功四象限和接线相量图的等效电气关系,本文提出了基于分相功率的接线相量图远程获取方法,为计量人员远程分析研判接线状态提供重要图形支撑工具,有效降低交通时间及运输成本,提高工作效率。
无功四象限与接线相量图包含的电气特征等效,二者的差异在于坐标轴的旋转与变换,因此接线相量图远程获取的关键,一是通过基于无功四象限进行极坐标转换,二是考虑电压接线顺、逆相序下接线相量图的差异。
首先来看无功四象限。无功功率是指交流电系统中产生的不对外界做功的能量,它可以分为四个象限:第一象限表示电源提供无功功率,第二象限表示电源吸收无功功率,第三象限表示负载提供无功功率,第四象限表示负载吸收无功功率。无功四象限图以电源和负载之间的功率因数作为坐标轴,通过左右移动或上下移动来改变电流和电压之间的相位角度,从而改变功率因数。
接下来是接线相量图。接线相量图主要用来描述电气设备之间的互连关系和电气特征。它包含了电流和电压的大小和相位差,通过箭头的方向表示电流的流动方向,而箭头的长度则表示电流的大小。接线相量图可以通过将电流和电压的相量大小进行比例缩放,从而得到全局的电气特征。
接线相量图的远程获取关键有两点。第一是基于无功四象限进行极坐标转换。通过将无功功率的象限信息转换为极坐标,从而得到电流和电压的相量大小和相位差。第二是考虑电压接线顺、逆相序下接线相量图的差异。接线相量图中电压和电流的相位差受到电压接线方式的影响,在顺相序和逆相序下可能会有不同的效果。
对于三相三线电能计量装置,电压接线顺相序下,将无功四象限(p1,q1)、(p2,q2)转化为接线相量图中A、C两相的电流坐标(pa,qa)、(pc,qc),坐标变换公式如式(5)所示。
电压接线逆相序下,坐标变换公式如式(6)所示。
以某三相三线电能计量装置为例,其电压接线为顺相序。选取某组功率点:
经坐标变换后,得到接线相量图如图4所示。
图4 电气关系示意图
从接线相量图看,三相负荷较为对称,呈现偏容性的负荷特点,相角关系符合正确接线下的图形特征,可判定为接线正确。
4 结束语
为提升电能计量装置接线检查业务的工作效率,实现周期性现场检查的部分替代,本文提出了基于分相功率的电能计量装置接线异常远程研判方法。基于自动化抄表系统常规采集的分相有功、无功数据,考虑无功四象限与接线相量图的等效电气关系,研究适用于机器自动化执行的接线异常远程研判方法,实现大部分接线异常类型的快速发现和定位,大大提高工作效率;基于极坐标转换数学原理与电气特征转换,提出基于分相功率的接线相量图远程获取方法,为计量人员远程分析研判接线状态提供重要图形支撑工具,有效降低交通时间及运输成本,促进提质增效。