電力計量裝置電壓異常在轉(zhuǎn)檢測方法研究

石亞凡

（國網(wǎng)甘肅省電力公司金昌供電公司，甘肅金昌 737100）

電力計量裝置是電力企業(yè)對其各類電力設(shè)備運行穩(wěn)定性檢測的核心設(shè)備，對整個電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的作用。電力計量裝置在運行過程中產(chǎn)生的測量誤差對于供用電雙方貿(mào)易上的結(jié)算公平性和準(zhǔn)確性都會造成極大的影響[1]。因此，為了實現(xiàn)對電力計量裝置應(yīng)用效果的評價，需要對其運行過程中的電壓異常狀態(tài)進(jìn)行實時測量，同時所有的電力計量裝置必須經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗后才能夠投入到真實的應(yīng)用環(huán)境當(dāng)中。近幾年來，隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，電力計量裝置也在進(jìn)行不斷的完善和創(chuàng)新，并逐步向著高集成度的方向發(fā)展。但隨著電力計量裝置的功能復(fù)雜程度不斷提高，對其電壓異常狀態(tài)的監(jiān)測難度也進(jìn)一步提升[2]。為了能夠保證電力計量裝置的穩(wěn)定，可靠運行，相關(guān)領(lǐng)域研究人員針對保障電力計量裝置的運行進(jìn)行了大量的研究，但針對其檢測方法的研究相對較少，并且研究仍然只停留在理論層面。針對這一問題，本文開展電力計量裝置電壓異常在線檢測方法設(shè)計研究。

1 電力計量裝置電壓異常在線檢測方法設(shè)計

1.1 電力計量裝置運行參數(shù)實時采集

為實現(xiàn)對電力計量裝置電壓異常狀態(tài)的在線檢測，首先需要對該裝置在運行過程中產(chǎn)生的各項參數(shù)進(jìn)行實時采集。在該裝置上安裝一個采集終端設(shè)備，其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電力計量裝置運行參數(shù)實時采集終端結(jié)構(gòu)示意圖

在上述電力計量裝置運行參數(shù)實時采集終端結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)裝置的運行特點，設(shè)置一個220V 電壓采樣模塊，一個220V 電流采樣模塊和兩個放大單元。通過采樣模塊將采集到的裝置電壓信號輸送到放大單元當(dāng)中，并通過放大單元將信號信息放大，方便后續(xù)檢測。再將放大后的信號信息輸入到A/D 轉(zhuǎn)換單元當(dāng)中實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變。在計算單元當(dāng)中，針對獲取到的數(shù)字信號，進(jìn)行計算和處理。在利用上述采集終端對裝置電壓進(jìn)行采集時，電源的輸入電壓設(shè)置為5V，將輸入功率設(shè)置為100W 以下。在具體應(yīng)用中，可采用16 路后32 路并行讀通道，3 路串行寫通道，完成對裝置運行參數(shù)的測量和采集。

1.2 電力計量裝置電壓互感器狀態(tài)量選擇

當(dāng)裝置出現(xiàn)異常時，其最明顯的變化發(fā)生在電壓互感器上，并且針對異常情況可以具體劃分為以下幾個方面：首先，當(dāng)裝置電壓異常時，其電流出現(xiàn)相位變化，造成電壓呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化，并同時造成裝置功率異常改變；其次，在裝置運行過程中出現(xiàn)異常，則電壓互感器會接收到開關(guān)發(fā)出的信號，造成互感器無法正常運行；再次，當(dāng)裝置出現(xiàn)異常后，其電壓和電力會在一定程度上出現(xiàn)波動，并直接影響到互感器各項功能實現(xiàn)；最后，當(dāng)裝置出現(xiàn)異常情況時，則其累計電量參數(shù)會受到外界的影響，進(jìn)而使得裝置的各項功能無法達(dá)到正常狀態(tài)下的目標(biāo)。通過上述對裝置電壓異常時的幾種表現(xiàn)進(jìn)行分析，并在完成對裝置運行參數(shù)的采集的基礎(chǔ)上，針對電力計量裝置的電壓互感器狀態(tài)量進(jìn)行選擇，將電壓互感器單體的基本誤差、運行誤差、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和運行時間作為對其異常狀態(tài)評估的狀態(tài)量，并根據(jù)圖2 電壓互感器狀態(tài)量選取示意圖，完成對各項狀態(tài)量具體數(shù)值的選取。

圖2 電壓互感器狀態(tài)量選取示意圖

按照圖2 電壓互感器狀態(tài)量選取方式，選取4 個能夠準(zhǔn)確反映裝置電壓互感器運行的狀態(tài)量。在對裝置的電壓異常狀態(tài)進(jìn)行檢測時，可通過上述四個狀態(tài)量突變情況判斷。在判斷前，首先需要對各個狀態(tài)量的正常狀態(tài)數(shù)值變化區(qū)域進(jìn)行劃分，通過上述方式選取到的狀態(tài)量若在正常數(shù)值變化區(qū)域范圍內(nèi)，則說明此時電壓互感器單體未出現(xiàn)異常，反之同理，以此通過上述方式實現(xiàn)對電力計量裝置電壓異常的初步判斷。

1.3 電力計量裝置電壓運行狀態(tài)在線評估

完成上述研究后，通過對電力計量裝置電壓運行狀態(tài)的在線評估，掌握裝置在運行過程中的電壓異常。評估過程中，需要建立裝置電壓傳輸線路與前端的常規(guī)通信聯(lián)系，確保評估的在線實施。在此基礎(chǔ)上，考慮到當(dāng)計量裝置中存在某一個構(gòu)件出現(xiàn)顯著異常時，可能會導(dǎo)致前端運行故障[3]。因此，在進(jìn)行電壓異常狀態(tài)評估時，可設(shè)定不同線路的電壓參數(shù)，通過不同饋線的反饋結(jié)果，進(jìn)行前端電壓異常的分析。對應(yīng)的參數(shù)包括：G、P、C、H，對參數(shù)的描述為：電能表饋線電壓、電壓互感器傳輸端電壓、電流互感器傳輸端電壓、二次回路反饋電壓。對應(yīng)參數(shù)在電壓運行狀態(tài)在線評估中的權(quán)重分別為0.35、0.20、0.10、0.15。在完成對參數(shù)的描述后，進(jìn)行評估結(jié)果的計算。計算公式如下：

公式（1）中：Z 表示為電壓運行狀態(tài)在線評估結(jié)果。在掌握評估的原理后，對電壓評估流程進(jìn)行描述，如圖3 所示。

圖3 電壓運行狀態(tài)在線評估流程

參照電力計量單位相關(guān)方面的工作經(jīng)驗可知，經(jīng)過在線評估后，可以將裝置的狀態(tài)劃分為兩種，分別為常規(guī)狀態(tài)與異常狀態(tài)，其中常規(guī)狀態(tài)包括電壓良好狀態(tài)與電壓正常狀態(tài)，異常狀態(tài)包括電壓警戒狀態(tài)與極端狀態(tài)，警戒狀態(tài)表示為計量裝置已有多條饋線出現(xiàn)超壓問題，但仍存在部分饋線電壓在安全閾值范圍內(nèi)；極限狀態(tài)表示所有饋線電壓均已超過安全閾值，需要即刻到現(xiàn)場進(jìn)行裝置調(diào)試處理，否則將出現(xiàn)安全事故問題。當(dāng)前端出現(xiàn)異常預(yù)警時，便代表此時裝置電壓已超過安全警示界限或臨近爆表。針對此種情況，需要及時進(jìn)行異常電壓饋線的定位，并根據(jù)出現(xiàn)異常的饋線進(jìn)行電壓處理。綜合上述分析，通過識別電壓運行狀態(tài)的方式，可以掌握計量裝置中不同饋線電壓的異常情況，以此種方式，實現(xiàn)對裝置電壓異常在線檢測的目的。

2 應(yīng)用效果分析

下面針對上述提出的檢測方法進(jìn)行應(yīng)用效果驗證，選擇以某電力企業(yè)當(dāng)中的電力計量裝置作為研究對象，利用本文提出的檢測方法對該裝置的電壓異常運行狀態(tài)進(jìn)行檢測。選擇該電力企業(yè)當(dāng)中五個相同型號的電力計量狀態(tài)，通過人為方式在其中三臺裝置上改變其電壓運行狀態(tài)，并在保證其他兩臺裝置的電壓在運行過程中始終處于穩(wěn)定狀態(tài)下，利用本文上述檢測方法對五臺裝置電壓進(jìn)行測量。圖4 為實驗中電力計量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 實驗中電力計量裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 中，編號1～8 分別表示為：電能表、集中器、連接固件、磁保持電器、插槽、插接組件、熔斷器、電壓互感器。為了方便對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，將五臺裝置分別編號為#001、#002、#003、#004 和#005，其中#001、#002、#003 為人為設(shè)置的三臺電壓異常的電力計量裝置。按照上述論述內(nèi)容，在完成對五臺裝置電壓異常檢測后，將檢測結(jié)果繪制成如圖5 所示。

圖5 五臺裝置電壓異常檢測結(jié)果示意圖

從圖5 得出的檢測結(jié)果可以看出，編號為#001、#002、#003的裝置檢測結(jié)果均不在本文檢測方法設(shè)置的安全閾值范圍內(nèi)，而編號#004 和#005 兩臺裝置的檢測結(jié)果均在安全閾值范圍內(nèi)，因此通過本文上述提出的檢測方法得出的結(jié)論為：五臺裝置中，#001、#002、#003 為電壓異常電力計量裝置，#004 和#005為電壓正常電力計量裝置。上述得出的結(jié)果與本文人為設(shè)置的情況完全一致，因此說明本文提出的檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)對電力計量裝置電壓異常的檢測，并且檢測結(jié)果準(zhǔn)確性高。

3 結(jié)論

通過本文上述研究，提出一種針對電力計量裝置電壓異常的在線檢測方法，并通過應(yīng)用實驗的方式證明了該檢測方法的應(yīng)用效果。但由于研究能力有限，本文針對裝置的運行狀態(tài)只大致劃分了四種不同情況，只能夠?qū)崿F(xiàn)對裝置電壓異常狀態(tài)的判斷，但無法實現(xiàn)對其具體異常原因的分析。因此，在后續(xù)的研究中，還將針對這一問題，對裝置電壓異常狀態(tài)進(jìn)行更加細(xì)致的劃分，從而通過得出的檢測結(jié)果直接確定后續(xù)維護(hù)或完善措施，以此在第一時間恢復(fù)電力計量裝置的運行狀態(tài)，為電力系統(tǒng)安全運行提供條件。