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摘要：電力計(jì)量裝置有時(shí)會(huì)顯示電力出現(xiàn)異常，監(jiān)測(cè)受到計(jì)量裝置損壞和不正常位移的影響，使得電力計(jì)量檢測(cè)出現(xiàn)錯(cuò)誤。為此，文章提出探究分析電力計(jì)量裝置異常原因及監(jiān)測(cè)方法。從底層分析電力計(jì)量裝置產(chǎn)生異常的原因，從上層通信網(wǎng)監(jiān)測(cè)和底層通信網(wǎng)監(jiān)測(cè)的角度構(gòu)建電力計(jì)量裝置異常監(jiān)測(cè)方案的實(shí)施流程。電力計(jì)量裝置的三相電流對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在該監(jiān)測(cè)方法下，利用融合技術(shù)結(jié)合模糊運(yùn)算的分析方法，所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。

關(guān)鍵詞：電力計(jì)量；裝置異常；計(jì)量裝置；監(jiān)測(cè)方法

作為社會(huì)生產(chǎn)生活與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)原動(dòng)力的電能，其質(zhì)量好壞與穩(wěn)定性是關(guān)系國(guó)民生產(chǎn)秩序正常與否的關(guān)鍵要素，需要從根本上做到可靠保障[1]。電力計(jì)量裝置是對(duì)電能供應(yīng)起到計(jì)量作用、便于供電部門進(jìn)行規(guī)劃與調(diào)整的終端設(shè)備，其工作狀態(tài)與電能用戶的使用體驗(yàn)和感受息息相關(guān)，電力計(jì)量裝置一旦發(fā)生異常不但會(huì)影響對(duì)用戶的電能供應(yīng)，還會(huì)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)造成經(jīng)濟(jì)損失[2]。因此，保證電力計(jì)量裝置良好的工作狀態(tài)，是電網(wǎng)高效運(yùn)行的底層基礎(chǔ)保障[3]。我國(guó)電力行業(yè)在20世紀(jì)90年代以前一直遵循計(jì)劃時(shí)代經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測(cè)方法，政企分開壟斷經(jīng)營(yíng)，沒有明確的目標(biāo)也沒有主要的動(dòng)力，由于管理的不恰當(dāng)而導(dǎo)致效率低下，沒有辦法根據(jù)市場(chǎng)需求的變化而隨機(jī)應(yīng)變[4]。中國(guó)的快速發(fā)展帶動(dòng)了電力行業(yè)的不斷向前，在電能計(jì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也隨之出現(xiàn)了不少亟待解決的問題，為了實(shí)現(xiàn)更快的發(fā)展，處理和解決這些問題便成了現(xiàn)在的首要任務(wù)[5]。

1探究分析電力計(jì)量裝置異常原因

加強(qiáng)用電管理，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供電和準(zhǔn)確計(jì)量，是電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)。從底層發(fā)現(xiàn)電力計(jì)量裝置的潛在問題，做到有針對(duì)性地發(fā)現(xiàn)問題，有切入點(diǎn)地分析問題，創(chuàng)造性地解決問題[6]。電能表、電壓和電流的互感器以及測(cè)量柜都屬于電力計(jì)量裝置的組成部分。電能表作為核心構(gòu)成要素，其主要作用是用來(lái)計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)電能的具體消耗[7]。在計(jì)量裝置無(wú)法正確識(shí)別電能關(guān)鍵系統(tǒng)操作時(shí)，電力計(jì)量裝置則處于異常狀態(tài)。如緩慢旋轉(zhuǎn)、反向旋轉(zhuǎn)、感應(yīng)式電表卡計(jì)或電表計(jì)數(shù)變少等（不包括電子式電表）；此外，計(jì)量裝置的損壞和異常位移也屬于異常狀態(tài)的范疇[8]。計(jì)量裝置一旦出現(xiàn)了系統(tǒng)故障干擾（主要是諧波問題），即代表電力計(jì)量裝置出現(xiàn)了異常。在眾多問題之中，電力計(jì)量裝置出現(xiàn)異常最重要且最常見的原因就是竊電。因此，電力計(jì)量裝置的異?？梢苑譃樽陨砉收虾腿藶楦蓴_兩大類。針對(duì)自身故障，可以采取定期檢查和報(bào)故排查的方式解決；針對(duì)人為干擾則需要設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行智能診斷，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為并采取相應(yīng)的管控措施。

2電力計(jì)量裝置異常監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)流程

針對(duì)危害最大的人為因素造成的電力計(jì)量裝置異常問題，需要采取一種實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行異常識(shí)別。異常監(jiān)測(cè)設(shè)備通過在線聯(lián)網(wǎng)工作，采集電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)和電力計(jì)量裝置的運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常和故障隱患，經(jīng)初步判斷發(fā)現(xiàn)竊電行為時(shí)，第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)。異常監(jiān)測(cè)設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)主要分為主站設(shè)備、子站設(shè)備，以及作為信息傳輸通路的通信層。其中主站作為管理中心的角色存在，可以融合到現(xiàn)有國(guó)網(wǎng)調(diào)度中心管理系統(tǒng)之中；子站設(shè)備為需要檢測(cè)的各個(gè)終端電力計(jì)量裝置。電力計(jì)量裝置監(jiān)測(cè)設(shè)備組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。主站的功能設(shè)計(jì)為：從通信網(wǎng)絡(luò)中獲取各個(gè)電力計(jì)量裝置的運(yùn)行狀態(tài)信息，并通過外圍設(shè)備對(duì)所獲取信息的分析與處理，提取有價(jià)值的信息，并與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)信息閾值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果作為判斷電力計(jì)量裝置正常與否的依據(jù)，并根據(jù)所獲取信息的特征值，判斷電力計(jì)量裝置出現(xiàn)異常的可能原因，為管理員提供決策依據(jù)。分站與主站以星形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成信息交互整體，主站位于中控室，分站位于各動(dòng)力設(shè)備站。若電力計(jì)量裝置的質(zhì)量不能滿足要求，配置存在一些問題，或裝置長(zhǎng)時(shí)間處于一個(gè)過于嚴(yán)酷的工作環(huán)境下，一直不間斷運(yùn)行就很有可能引發(fā)故障。電力計(jì)量裝置本身停止工作則為裝置出現(xiàn)了問題，這種現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)之中并不常見。一般情況下，電力計(jì)量裝置產(chǎn)生故障的原因是受各種因素的影響，且長(zhǎng)期工作于非額定條件下，從而形成的裝置失效。系統(tǒng)干擾也會(huì)使電力計(jì)量裝置產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響其對(duì)電能的檢測(cè)。系統(tǒng)擾動(dòng)的關(guān)鍵在于電力系統(tǒng)的諧波，電力電子設(shè)備的主要來(lái)源是大范圍的使用電力，以及電力負(fù)載的非線性波動(dòng)。根據(jù)條件來(lái)設(shè)計(jì)感應(yīng)式電能表，僅能夠保證電能表在工頻范圍內(nèi)的頻段性能受到限制，但當(dāng)工作干擾存在于諧波狀態(tài)下時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

2.1上層通信網(wǎng)監(jiān)測(cè)

在異常監(jiān)測(cè)設(shè)備中，由于主站與子站間分布方式的限制，子站的各個(gè)電力計(jì)量裝置監(jiān)測(cè)終端不能輕松地將自身數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，需要依托遠(yuǎn)程采集技術(shù)來(lái)構(gòu)建信息交互的通信網(wǎng)絡(luò)。主站作為中央管控單元，需要處理電網(wǎng)中各級(jí)各類型的電力計(jì)量裝置（既包括電力與能源終端，又包括作為管理端存在的配電監(jiān)測(cè)與自動(dòng)終端、售電管理設(shè)備等），由于層級(jí)復(fù)雜，功能迥異，需要分級(jí)管理，針對(duì)各個(gè)設(shè)備的信息收集與處理也需要分為兩層網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)施。上層網(wǎng)絡(luò)是與主站進(jìn)行信息交換與傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，是依托主干網(wǎng)而建設(shè)的專用高速網(wǎng)絡(luò)，其功能是信息的低延遲傳輸，并提供穩(wěn)定的控制信道。電力計(jì)量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由分站和主站組成連接，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供公司用戶與可控負(fù)荷間的信息交互。其遵循的通信標(biāo)準(zhǔn)必須是雙向的，且必須是安全可靠的。一般來(lái)說(shuō)，可以劃分為有線和無(wú)線兩種通信方法。

2.2底層通信網(wǎng)監(jiān)測(cè)

采集終端和集中器的通信稱之為底層通信網(wǎng)。在底層通信中傳輸距離不需要過長(zhǎng)，采用總線通信便可達(dá)到目的。在總線通信網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)共同享有同一個(gè)數(shù)據(jù)通道來(lái)進(jìn)行廣播通信，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間也可以相互聯(lián)系。子站各節(jié)點(diǎn)到主站的通信成為上層通信，需要構(gòu)建專用的通信網(wǎng)絡(luò)。可以通過租用公共通信網(wǎng)絡(luò)的形式建設(shè)上層通信，在條件允許的情況下，優(yōu)先選擇建設(shè)電力通信專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)核心數(shù)據(jù)的專網(wǎng)傳輸，提高數(shù)據(jù)保密性，并降低外界干擾。變電站系統(tǒng)終端為核心，用于收集和計(jì)算電量信息設(shè)備和信號(hào)設(shè)備提供的stealing繼電器圖像等，對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和預(yù)處理。變電站和主站都能監(jiān)測(cè)電力計(jì)量裝置的異常狀態(tài)。

2.3電力計(jì)量裝置異常監(jiān)測(cè)

電力計(jì)量裝置的運(yùn)行參數(shù)通過底層網(wǎng)絡(luò)和上層網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡荆?jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理，分解出其中的關(guān)鍵變量信息，主站上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，與預(yù)先設(shè)定的健康工作參數(shù)閾值的離散量進(jìn)行對(duì)比，通過離散幅度值判斷計(jì)量裝置是否處于正常狀態(tài)，在發(fā)現(xiàn)偏差過大時(shí)觸發(fā)關(guān)注程序，在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)重復(fù)計(jì)算該計(jì)量裝置的工作參數(shù)，如果計(jì)量裝置持續(xù)處于偏差較大的狀態(tài)，則判斷為計(jì)量裝置發(fā)生故障或處于人為干擾狀態(tài)，觸發(fā)報(bào)警程序，提示管理人員進(jìn)行詳查，實(shí)行排故處理。

3對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

電能計(jì)量是電力生產(chǎn)的重要組成部分，電力計(jì)量裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)直接影響電能管理的效率。在計(jì)量裝置的實(shí)際運(yùn)行中，由于裝置的可靠性、運(yùn)行環(huán)境和人為因素等原因，可能會(huì)出現(xiàn)各種問題。作為電壓、電流、功率因數(shù)、相角、電量、通信異常信息的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)中計(jì)量裝置和其他參數(shù)的異常信息（包括連續(xù)變化信號(hào)以及間隔判別信號(hào)），采用三相不平衡法對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，目的是對(duì)各種輸入信號(hào)的處理進(jìn)行歸一化。對(duì)于三相電路，可選擇一臺(tái)三相有功電能表或三臺(tái)單相有功電能表。這種連接方式一般用于低壓配電系統(tǒng)中，中性點(diǎn)直接接地在三相系統(tǒng)中應(yīng)用，并能正確測(cè)量三相電壓、電流是否對(duì)稱。根據(jù)異常特征的分析測(cè)量電壓，得到三相電流不平衡監(jiān)測(cè)的特征變量定義，如圖3所示。將因三相電流不平衡產(chǎn)生的異常投射到功率圖譜中，計(jì)算異常時(shí)長(zhǎng)、功率偏差、失衡影響，并判斷對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的反饋影響是否會(huì)引發(fā)非常態(tài)現(xiàn)象，以此設(shè)定安全閾值。分析失衡態(tài)與上升脊分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定上升脊分布的內(nèi)部參數(shù)為a=0.20，B=0.30（三相三線制）或B=0.50（三相四線制）。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電力計(jì)量裝置將監(jiān)測(cè)參數(shù)作為數(shù)據(jù)信號(hào)，通過運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行分析，將理論歸一化。通過電力計(jì)量裝置，對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量裝置在線狀態(tài)異常監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)電壓、電流相量和功率因數(shù)角的建立是完全對(duì)稱的，但電壓和電流矢量的對(duì)稱不能滿足要求，需要通過提高誤差極限來(lái)解決這一問題。在電力計(jì)量裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)過程中，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果一致，證明所建立的關(guān)系和監(jiān)測(cè)方法是正確的和有效的。

4結(jié)論

電力計(jì)量裝置異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)是一種新興的高性能電力計(jì)量裝置信息管理手段，通過對(duì)分布于電網(wǎng)終端的電力計(jì)量裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并盡快解決問題，這對(duì)于電網(wǎng)的持續(xù)安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有基礎(chǔ)的輔助作用。在保證電網(wǎng)設(shè)備正常運(yùn)行的同時(shí)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和打擊非正常用電行為，這對(duì)于保護(hù)電網(wǎng)良性運(yùn)營(yíng)環(huán)境具有重要的指導(dǎo)意義。隨著研究的不斷深入，我們還將在故障設(shè)備超前預(yù)警等方面增加電力計(jì)量裝置異常監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能，實(shí)現(xiàn)更為智能化的應(yīng)用，從而更好地滿足發(fā)展需求。

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作者：秦香春 單位：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司淮安供電分公司