電能計量技術在電力企業節能降耗中的應用

王叢先，張澤武，龐 峰，閆 駿

（青島市計量技術研究院，山東 青島 266100）

近年來，為積極響應發展低碳經濟的戰略號召，滿足日益提高的用電需求，控制企業生產經營成本，電力企業紛紛加大對節能降耗工作的重視程度，是企業現階段的主要發展方向。與此同時，電能計量技術在電力企業節能降耗活動中發揮著不可忽視的作用，電能損失量與供電成本得到明顯降低，對電能計量技術的深入研究，是十分必要的。

1 電能計量技術在電力企業節能降耗中的作用

1.1 降低電力消耗

當前電力企業所配置的電能計量裝置有較高的自動化程度，可以在無人工干預條件下，基于程序運行準則自動完成數據采集、預處理與傳輸操作，取代傳統的人工抄讀方式，工作人員直接在系統界面上查看各區域電網設備的實時運行工況及損耗狀態，第一時間發現設備故障、損耗值超過允許值等突發問題，快速采取相應處理措施，從而減少供配電期間的電能損耗。與此同時，新型電能計量裝置還具備防竊電措施，如對互感器、二次回路、二次端鈕盒采取鉛封保護措施，配置具備失壓計時儀與失壓計時功能的電能表，這都可以預防、阻止非法竊電行為，既可以保證用電安全，避免因竊電行為而出現人員觸電、電氣火災等安全事故，還可以充分保障電力企業的合法權益，不會因非法竊電行為而產生額外的電能損耗。

例如，某電力企業搭建一套以電子式電能表為核心設備的遠程在線檢測系統，系統由電壓電流互感器、負控終端、RS-486 通信總線、被檢電子式電能表、遠程自動化檢測主站等部分組成，依托以太網與5G 移動通信網絡，可以將電能表實時讀取的電網數據上傳至自動檢測主站，由主站進行邏輯運算、判斷分析，如果電網電損量超過預先設定的允許值，由檢測主站發送報警信號，將問題反饋至工作人員，在系統界面上遠程下達控制指令[1]。

1.2 提供精準數據

智能電表是電力企業應用最為常見的一種電能計量裝置，承擔著原始電能數據采集、計量任務，并具備雙向多種費率計量、多種數據傳輸的使用功能，可以幫助工作人員收集、整理詳盡的電網參數及用電信息，包括分析變壓器與配網設備能耗情況、統計各時間區段整體用電量、快速計算個體用戶用電量與電費繳納情況、預測能耗產生情況與用電峰值等，有著極為強大的數據采集和處理能力。從用電管理角度來看，對電能計量技術的應用，取代了傳統的手工計算、人工抄讀方法，可以在短時間內完成龐大電網數據量的采集、分析與處理工作，避免出現重復計算、漏算、錯算問題，為后續用電管理計劃的制定提供有力的數據支撐。

1.3 改善設備運行效果

在電網運行期間，如何從龐大數據信息中提取有價值信息，真實反映電網設備運行狀態與缺陷，一直是電力企業亟待解決的重要問題，而傳統計量方法的數據準確度與分析效果有待改善。因此，對電能計量技術的應用，可以幫助工作人員更加準確地推量、判斷變壓器等電網設備的即時運行狀態，檢查電網設備運行工況是否達到預期，遵循經濟合理與高效性原則，根據電能計量檢測結果對其進行優化改進，這將在間接層面上起到減少供電成本、節能降耗的作用。例如，某電力企業應用電能計量技術，對城區內10 個110 kV變電站的18 臺110 kV 主變壓器的耗損值、功率因數與電流平均值進行檢測，如WL 站#2 主變壓器耗損值為1.147 74%、功率因數為0.91、電流平均值為140 A。根據統計結果得知，多數110 kV 變電站均存在著主變壓器老化嚴重、產生一定渦流損耗與磁滯損耗、因多臺主變壓器采取并列運行方式而降低了主變負荷率的問題，部分110 kV 變電站存在負荷較輕的問題，在其基礎上制定專項的電網設備改造方案，改造后的主變壓器損耗率未超過1%，取得理想的節能降耗效果[2]。

2 電能計量技術在電力企業節能降耗中的應用策略

2.1 提升電能計量裝置的準確度

相比于傳統人工抄表技術，智能電表、智能抄表等全新電能計量技術的核心價值在于，具備極高的數據檢測精度與采集時效性，做到對電網供配電全部環節的實時監控、記錄，充分滿足電力企業實施規范化管理、合理調配電力資源、推動電力系統深化改革等工作的開展需要，這也是人工抄表技術無法實現的。

因此，為充分發揮技術優勢，取得更為理想的節能降耗效果，電力企業需要從普及智能電表、嚴格入網檢查2 方面著手。其中，在普及智能電表方面，智能電表是整合現代通信、測量、計算機等多項新型技術而制造的一種先進計量裝置，通過計量芯片或是A/D 轉換器完成電網信息采集操作，將信息上傳至CPU 中央處理器進行運算分析，完成四象限電能、正反向等計算任務，再以數字信號形式來輸出電量等內容。

相比于早期的感應式電能表，智能電表有著檢測精度長時間不變、啟動靈敏與寬量程高、具備集中抄表與多費率統計等多元化使用功能，及可預留擴展功能、自動斷電、過壓保護等性能優勢，在應用期間取得更為顯著的社會效益、環境效益、電力企業收益，有助于提高電力能源的整體利用效率。而在嚴格入網檢查方面，在智能電表等電能計量裝置投入使用前，遵循現行國家標準對裝置規格型號、外觀質量、運行工況進行全面檢查，核查廠家生產許可證、質檢報告等資料文件，開展入網測試，處理裝置隱性故障，退回存在嚴重質量缺陷的裝置，并由檢定員按照計量檢定規程對裝置開展計量檢定作業。在質量檢測與入網測試通過后，再將電能計量裝置投入使用。

2.2 建立數據平臺，重視數量分析

為充分發揮電能計量技術在能源計量、節能降耗等方面的重要作用，電力企業需要及早建立起完善的數據管理平臺，有效管理電能計量裝置與電網運行期間產生的龐大數據，要求數據平臺具備數據檢索、存儲、計算分析、數據顯示、自動備份、分類保存、有效數據提煉等使用功能，并應用到大數據、人工智能、邊緣計算、遠程運維等新興技術。例如，在數據平臺運行期間，將所接收電網檢測數據進行屬性關聯分析與分類整理，將數據劃分為對應類別保存到數據庫中，使用全新數據來覆蓋歷史數據，用戶使用平臺自帶工具，開展電網設備即時運行狀態推量、能耗產生預測、用電峰值估算、電力二次回路故障狀態診斷等操作，在平臺界面以數據圖表形式呈現，幫助用戶全面掌握電網的整體運行情況。隨后，由平臺系統采取模擬量閉環控制方式自動輸出控制指令，或是由用戶根據電網調配任務來遠程下達控制指令。

電力企業應提高對數量分析工作的重視程度，對電網設備運行工況與電網綜合降損節能效果進行量化評價。例如，對比評價指標與實際檢測值，判斷變壓器設備是否處于合理有序的運行狀態，獲取變壓器實際用電量與最佳用電量的差值，將其作為制定電網改造與調度管理計劃的主要依據。

2.3 定期開展質量監督工作

為保證電能計量裝置安全、穩定運行，始終保持較高的計量精度，需要定期對裝置開展質量監督工作。以國網公司批準后的裝置技術標準為依據，對電能計量裝置開展全性能試驗工作，試驗項目包括直觀檢查、通信功能、機械性能、絕緣性能、氣候影響試驗功能、準確度、電磁兼容性、一致性等，如果存在裝置電磁兼容與通信測試未通過、元器件損壞嚴重、外觀檢查結果不滿足判定標準要求等任意一種情形，都需要將電能計量裝置進行檢修處理，必要時將電能計量裝置廢棄，安裝全新裝置。同時，合理設定質量監督工作的開展頻率，一般情況下，需要在電能計量裝置投入使用前、投運后半年、投運3 年、投運5 年與投運8年時分別開展一次全性能檢測工作，按季度隨機抽取3%以上比例電能計量裝置開展性能檢測工作，抽樣檢測項目包括準確度基本誤差、起動試驗、剩余電量遞減準確度、電能計量功能、脈沖輸出功能、浪涌抗擾度試驗等[3]。

2.4 建立自動化電能計量系統

為保證電網生產計劃順利實施，高效開展用電檢查等具體工作，營造良好的電網運行環境，需要圍繞電能計量技術來建立自動化電能計量系統，由系統基于程序運行準則來自動控制電網設備與電能計量裝置的運行過程，替代、輔助人工完成用戶負荷管理、配變監測計量、電能計量遠程測量、低壓集抄、用戶用電數據統計、失流失壓報警等工作。其中，在失流失壓報警方面，系統自動控制電能計量裝置持續采集電量數據，從中篩選電壓、電流值長時間為零的用戶，查詢此類用戶在過去一段時間的相關數據，判斷是否存在裝置計量故障與竊電行為的可能性。例如，某用戶采取破壞電表接線的方式來實施竊電行為，人為降低電流電壓，在問題發生后，自動電能計量系統發送失流失壓報警信號，根據異常數據來源，順線追蹤切點區域，發現電表封印被破壞、二次計量接線盒C 相被人為斷開電壓的問題。依托電能計量裝置與自動化系統，在極短時間內發現和處理該竊電問題，并未因此造成明顯損失[4]。

此外，為滿足電網調度管理需求，還可以搭建智能化電能計量系統，安裝新型智能電表，采用人工智能控制技術，由控制器替代人工分析所收集信息數據、感知電網運行狀態和輸出指令。例如，在配網狀態估計環節，由系統對變電站高壓側測量值、網絡模型與負載估計值加以綜合處理，定期對未來一段時間的配網狀態進行預測，獲取未知狀態預估值，提前發現與上報電力設備過負載、電能質量惡化等可能出現的問題。而在能效監控管理方面，系統對智能電表所采集能耗信息進行決策分析，自動生成用電報表與制定最優的發用電方案，將報表、方案反饋至用戶，起到決策輔助作用。既可以幫助用戶節省電費、實現利益最大化目標；同時，也可以培養用戶良好的用電習慣，避免產生不必要的電能損耗，起到節能降耗效果。

2.5 做好用電考核工作

在電力企業經營生產活動中，如果僅將電能計量技術應用于用電信息統計、電網狀態監測等少數場景中，雖然可以提升用電管理水平，但所取得的節能降耗成果有限，很難發揮電能計量結構的實際價值。簡單來講，則是通過計量結果來統計原始電能數據、發現電網運行期間存在的問題，卻沒有深入分析問題產生原因和采取有效防治處理措施。

因此，電力企業在應用電能計量技術的同時，應重點開展用電考核工作，在電能計量檢測結果基礎上，從有序用電、計劃外用電、節約用電、安全用電等方面進行綜合考核，采取統一組織用電考評大檢查、互查、用電企業抽查、電力企業自查等方法，對檢查結果進行評價打分，以此來統計所存在的不當用電行為，向用電企業、單位反饋問題，督促其培養良好用電行為和調整用電方案。例如，檢查是否存在超上級分配用電負荷指標的問題，如果存在這一問題，則根據超出用電負荷指標值和是否造成居民生活用電拉線情況進行扣分，可扣分值為4～8 分。

2.6 加強人員培養力度

開展電能計量人員專業培訓工作，以電能計量技術標準要求、工作原理、電能計量裝置管理方法與工作流程、裝置正確操作方法、智能電表與電能計量箱/柜結構與維護方法等作為培訓內容，使工作人員對電能計量技術有全面、深入的了解，掌握正確的技術應用方法，滿足日常工作的開展需要，如要求計量人員考取計量檢定員證、通過查閱電能計量數據與相關報表來掌握電網運行狀況，要求維護人員掌握電能計量裝置常見故障問題的診斷方法與檢修維護方法。

電能計量技術本質上是一項服務于電力企業生產運行活動的方法手段，無法從直接層面上起到節能降耗作用。因此，企業需要注重培養員工的節能工作意識，根據電能計量結果來主動發現、解決供配電與用電過程中存在的問題缺陷。唯有如此，方可使電能計量技術起到實際作用，將節能降耗工作落到實處。

2.7 電能計量誤差控制

根據電能計量技術實際應用情況來看，由于存在計量裝置配備不全、電流互感器使用不當、表計使用不正確問題，加之受到環境溫度影響，電能計量裝置采集數據存在誤差，使電力企業承受經濟損失。

因此，需要綜合采取選用正確計量方式、優化電流互感器變比、調整計量點位置、完善計量裝置等措施，有效控制電能計量誤差。例如，根據設備種類來選擇計量方式，如對純動力負荷的配電變壓器選取三相三線V 形接線計量方式，對綜合配電變壓器采取三相四線Y 形接線方式，也可搭配使用智能電表與互感器來調整誤差。同時，盡可能在臨近配電變壓器部位設置計量點，或是直接在配電變壓器內部安裝計量裝置，這將起到減少引線電阻與互感器負載、提升計量精度的效果[5]。

2.8 基于電能計量的風險評估

近年來，為發展低碳經濟，減少化石能源耗用量和保護生態環境，電力企業對風電項目予以高度重視，陸續建設起多座風電場，將風電機組并入電網中，將風的動能轉化為電能，以此來減少發電成本、實現節能降耗目標。然而，風力發電方式存在風力出電具有的波動特性及缺乏可控性的局限性，嚴重時會威脅電網運行安全，引發全新問題出現，如何取得預期項目實施效果，是當前亟待解決的重要問題。

針對于此，為取得理想的風力發電效果，幫助電力企業實現節能降耗發展目標，可以應用到電能計量技術，由電能計量裝置采集數據來判斷風力出電情況，使用數字動態實時仿真軟件與借助博弈算法來求解風電波動限值、風電并網系統風險、風電最大穿透功率，繪制電網電壓波動曲線與系統頻率波動曲線，將其作為風電項目可行性分析、后續運營方案制定的主要依據。例如，在西北某風電場項目中，2020 年的地區總負荷為13 850 MW，風電裝機容量為887.5 MW，應用電能計量技術與博弈算法，將已知條件帶入約束式中進行計算，得知風電最小穿透功率為0.07，最大穿透功率為0.239。在新增風電裝機容量為4 485 MW 時的風險最大，風險系數為0.504；而在新增風電裝機容量為805 MW 時的風險最小，風險系數為0.156，并繪制穿透功率-風險相關性烏托邦直線，最終選擇將新增風電量設定為4 382 WM，風電穿透功率為0.220，風險系數為0.486，做到對控制風險、提升風電穿透功率2 項目標的有效兼顧[6]。

3 結語

綜上所述，在全新時代背景下，對電能計量技術的應用，是實現節能降耗目標、推動中國電力事業可持續發展的重要手段。電力企業務必對電能計量技術予以高度重視，認識到技術在節能降耗方面的應用價值，積極落實上述應用策略，營造良好的技術應用環境，并制定一套以電能計量技術為核心的電網管理方案。