電能計量在線監測系統應用實例及分析

李 劍

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽，641300)

0 引言

隨著中國國民經濟的快速發展，同時隨著中國電力工業的快速發展，社會對供電的可靠性和電能質量提出了更高的要求。要保證電網的長期安全穩定運行，必須在提高電網管理水平的同時，也加強電網建設。電能計量裝置的檢定記錄是電網運行技術經濟指標核算的基礎，更是貿易雙方結算電費的法定依據。因此，對電能計量裝置的管理工作也是尤為重要;電能計量裝置管理的目的是為了保證電能計量量值的準確、統一和電能計量裝置運行的安全可靠。為保證計量準確，必須按照SD 109－1983《電能計量裝置檢驗規程》和DL/T 448－2000《電能計量裝置技術管理規程》進行檢驗。

1 電能計量檢定實際生產力水平和今后的發展方向

電能計量裝置包括各種類型電能表、計量用電壓互感器(簡稱TV)及其二次回路、計量用電流互感器(簡稱TA)及其二次回路、電能計量柜(箱)等。各類電能計量裝置應配置的電能表、互感器的準確度等級不應低于規程要求值。如:Ⅰ類電能計量裝置配置0.2S 或0.5S 級有功電能表，0.2 級 TV，0.2S 級 TA;Ⅱ類電能計量裝置配置0.5S級電能表，0.2級TV，0.2S級TA;Ⅲ類電能計量裝置配置1.0級電能表，0.5級TV，0.5S級TA;規程對各類電能計量裝置現場檢驗做出了嚴格的規定。如:Ⅰ類電能表至少每3個月現場檢驗一次，Ⅱ類電能表至少每6個月現場檢驗一次，Ⅲ類電能表至少每年現場檢驗一次;高壓互感器每10年現場檢驗一次，當現場檢驗互感器誤差超差時，應查明原因，制訂更換或改造計劃，盡快解決，時間不得超過下一次主設備任務檢修完成日期;運行中的電壓互感器二次回路電壓降應定期進行檢驗，對35 kV及以上電壓互感器二次回路電壓降，至少每兩年檢驗一次，當二次回路負荷超過互感器額定二次負荷或二次回路電壓降超差時應及時查明原因，并在一個月內處理。

電力公司目前采用的對計量器具的測試大多數采取實驗室校驗后投入現場使用，但是這種方法目前來看有如下的一些弊端。

(1)試驗室和現場的情況有很大的不同，如溫濕度等，導致一些設備現場測試結果和實驗室測試結果有很大不同。

(3)試驗室無法得到適時電壓互感器二次壓降值。

同時，當需要現場校驗電流、電壓互感器誤差時，需要停電操作，同時所需攜帶設備笨重，接線復雜，工作量大;且還具有檢定人員出現操作錯誤時易造成的安全事故。為此，所介紹的電能計量在線監測系統應用和吸收了計算機、傳感器、通信和網絡、數字信號處理以及智能診斷等技術的最新成果，可實現計量設備檢定從傳統方式向優化決策的轉變，實現計量設備的狀態監測和基于狀態的優化檢修方案，減少停電試驗工作量和維護費用，提高系統供電可靠性，提高設備維護效率，以及及時發現設備故障，減少突發性事故損失等。電能計量裝置在線監測應是今后計量檢定工作的發展方向。

2 電能計量在線監測系統簡介

電能計量在線監測系統是一種針對電能計量裝置管理工作而開發設計的自動化管理工具;實現了實時在線地實現對電能表的遠程校驗、TV特性參數以及二次回路的監測、TA特性參數以及二次回路的監測，并且在主站可以將所有數據進行集中管理。通過應用電能計量在線監測系統，計量管理人員就可以及時發現計量裝置的故障，并立即通知處理，而且系統能夠記錄故障發生時的負荷曲線。當計量裝置誤差超限時，計量管理人員也更容易及時發現、及時處理。

電能計量在線監測系統主要由兩個組成部分:現場監測終端和主站管理中心。整個電能計量在線監測系統分層設計，每層之間采用標準的通訊或接口協議，每層的功能標準化，模塊化，每個模塊完成特定的功能，可根據需要增加或減少模塊，模塊可即插即用，使系統有很高的可靠性和很大的組網和擴展靈活性。

2.1 現場監測終端

實現對現場各個接入的電能計量點的校驗信號采集、分析處理、結果存儲，并支持本地/遠程通訊，可實現與本地/遠程計算機進行數據傳輸、參數修改、遠程遙控等。

2.2 主站管理中心

作為系統遠程控制中心，對現場終端監測數據、測試參數及遠程測試的統一管理中心，也可作為主站web發布數據服務器，為數據的web網絡共享提供數據源。

2.3 同步測量技術

由于測量二次壓降時，TV二次側的電壓采集與儀表側的電壓采集一般不在一個現場終端上，因此需要不同終端同步進行采集。

2.4 安全性及可靠性

(1)為保證一次運行設備的安全，電能計量在線監測系統在與一次系統的連接環節上采取了隔離及保護措施。

治療1及2周后，常規組及電刺激組患手MMP治療前后各時間點比較均差異無統計學意義；氣壓組及聯合組患手MMP均較治療前及常規組和電刺激組明顯提高(均P<0.01)，且聯合組高于氣壓組(P<0.01)。見表2。

(2)電流交流測量回路選用自行設計的穿心式電流互感器，通過磁耦合方式測量一次電流，與一次系統沒有電的聯系并不改變一次系統原有的接線方式。

(3)穿心式電流互感器一次穿心引線與二次線圈間有足夠的耐操作沖擊和雷沖擊的水平，而且從交流測量回路進入電子電路部分有放電保護管保護電子電路部分免受過電壓的侵害，因此，即使一次發生閃電事故，也不會影響損壞在線監測系統。

(4)電壓交流測量回路選用自行設計的高精度隔離電壓互感器測量系統電壓，為防止接入測量TV的一次和二次側發生短路事故，在一次側加入保險絲，二次側加入限流阻抗。

2.5 可靠性設計

(1)電能計量在線監測系統可靠性設計的關鍵，除了前面談到的電流互感器系統的設計外，電磁兼容的設計是不可忽視的環節。

(2)在測量微弱信號時，互感器本體對空間磁場以及互感器二次繞組對雜散電容有相當的敏感度，會直接影響測量的穩定度，為此在傳感器電磁屏蔽環節采取專門的措施。

(3)信號傳輸線采用雙層屏蔽電纜。

(4)電源系統采取了隔離、屏蔽與濾波措施。

(5)現場采集終端采用軟硬件WATCHDOG技術。

3 主要功能介紹

3.1 技術簡介

電能計量在線監測系統采用高集成設計，其所有監測功能模塊(除主站管理計算機及軟件外)均集中在一個標準計量屏柜中;通過敷設各種信號電纜，將被監測回路的各種信號引入到系統終端中進行采集;該設計使得系統現場監測終端結構緊湊、現場安裝方便，具有很高的可靠性和穩定性。電能計量在線監測系統需采集的信號有:TA二次電流信號、TA二次端電壓信號、TV二次端電壓信號、電能表端電壓信號、電能表電脈沖信號。如圖1所示。

圖1 電能計量在線監測系統原理框圖

3.2 TV二次壓降在線監測

在發電廠和變電站中，從現場裝設的電壓互感器到控制室內的電度表之間的二次連接導線往往較長，且中間往往有各種開關、繼電器觸點、端子排等，這些都存在一定的電阻值。隨著運行時間的增加，由于老化、銹蝕等原因，電阻還會不斷加大。如果二次所接表計、繼保裝置及其他負荷較重，負荷電流也較大，同時還有負載功率因數、接線方式、外磁場在二次回路中感生的電勢等都會影響和產生TV二次回路的電壓降。實際運行中，這部分壓降造成的誤差往往比電能表和電壓互感器本身的誤差大的多，以至嚴重影響電能計量的準確性。根據DL 448－2000《電能計量裝置管理規程》中規定:電壓互感器二次回路的壓降值，對于Ⅰ類及Ⅱ類計量裝置不能超過0.2%，對于以下的計量裝置不能超過0.5%。其方法如圖2所示。

圖2 壓降測試原理

該方法的原理是用一個高等級的標準電壓互感器把TV側的電壓隔離后與儀表側電壓組成側差回路，然后把差壓信號送入校驗儀，由校驗儀測出二次壓降的比差、角差，此方法具有數據測試穩定、精度較高的特點。與人工測試方法不同的只是系統將臨時拖放的測試電纜以布線的形式固定下來，通過其內部專用的電路模塊來完成電壓的測量和比較計算。電壓引入端設計了過流保護措施。

3.3 TA二次負荷測試

TA二次負荷測試原理見圖3。

圖3 TA二次負荷測試原理

通過高精度的穿心式電流互感器來測量二次電流I，并通過敷設信號電纜至TA二次端子箱采集TA二次端電壓U，由公式S=U×I計算出TA實際二次負荷及相應的負荷功率因數。

3.4 電能表校驗

對電能表誤差的測試方法采取目前常用的標準比較法，即，校驗時將被檢表的電壓和電流信號進行切換使校準表與其相同，通過比較被檢表與標準表的電能脈沖信號來計算被檢表的誤差。采用內置高準確度標準表，現場將被監測電能表的脈沖引入系統脈沖端口，經信號整形和預處理后，被測電表的脈沖送入微處理器與系統內部的標準電能脈沖進行比較、計算，得到電能表的誤差。測試原理如圖4所示。

圖4 電能表誤差測試原理

4 應用實例說明

4.1 應用實例1

收集了電能計量在線監測系統在110 kV龍臺變電站的運行數據，如表1所示。該監測數據顯示(數據記錄間隔為1小時)，在2008年5月12日14:26前(地震前)，監測的TV二次回路壓降值正常，但，2008年5月12日15:28以后，監測的TV二次回路 壓降值發生突變，且明顯超出規定門限。

表1 龍臺變電站實測數據1

表2 龍臺變電站實測數據2

針對該問題發生的時間為2008年5月12日，并且，該壓降發生突變的前后，正好發生在5月12日14:28地震前后，因此，推測地震引起該超差現象。初步推斷:地震導致TV二次回路中的某接點或線路松動、接觸不良或受損，引起TV二次回路壓降突然增大，超出規定范圍。因此，首先對被監測TV二次回路的各個接點及線路進行排查，同時進行加固處理;經過對該TV二次回路所有接點進行加固處理后，被監測TV二次回路壓降回復正常值，即，與發生突變前一致。經過上述現場排查，得出該故障情況的結論是:地震導致TV二次回路中的接點松動、接觸不良或受損。現場處理后，線路回復正常。

4.2 應用實例2

截取了電能計量在線監測系統在110 kV龍臺變電站在2008年5月12日13:26至2008年5月13日06:27的運行數據，如表2所示。該監測數據顯示“5.12”地震期間，電能表12305553運行穩定、誤差良好。

5 結 語

通過電能計量在線監測系統的實踐應用，改善了目前存在對電能計量裝置的檢測手段落后、單一、整個二次回路的監測和故障檢測困難、提高電能計量準確性及電量追補的科學性等問題;減少了電能計量外勤工作人員的大量現場校驗工作，提高了工作效率;減少了變電站運行設備的停電檢測時間;實現了電能計量裝置管理無紙化，提高了計量裝置運行狀況監測和維護管理水平，進一步保證電能計量裝置的安全性、準確性、可靠性。

不過目前該電能計量在線監測系統在實際應用還存在不足，如系統單臺設備監測容量偏小，可繼續擴展(如可監測30條線路)，以實現單臺監測設備對廠站內的所有計量裝置進行監測，提高系統適用性。目前，系統母線TV切換功能為手動切換，需人為輔助操作，該功能還有改進空間，應能實現系統自動識別、切換，達到真正的自動切換目的。

同時，隨著智能電網的建設，網絡化、數字化、智能化將是針對智能電網智能量測系統的計量裝置的電能計量在線監測系統的發展趨勢。

［1］DL/T 448－2000，電能計量裝置技術管理規程［S］.

［2］SD 109－1983，電能計量裝置檢驗規程［S］.

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