一種電量母線不平衡異常計量點定位軟件

國網內蒙古東部電力有限公司興安供電公司 丁曉 苗玉鑫 姜威 焦文松 李東明 烏蘇雅拉

本文介紹了一種基于電力計量自動化系統所獲得的電能數據，并根據變電所的電能不均衡率與變壓器損耗數據之間的內在聯系，實現了對變電所數據存在的測量數據進行自動診斷和快速定位的方法。這種方法可以充分發揮計量自動化系統的實時性，并能自動地定位變電所的測量值，使操作和維修人員能夠快速、有效地發現和解決這些問題，從而提高計量系統的測量精度。該方案可以有效地控制電廠的不均衡率，使儀表準確、公正、可靠地運行。

1 母線有功平衡簡介

母線功率平衡描述為：在此基礎上，假定輸入一個結點的有功是正的，而離開這個結點的有功是負的，那么，該結點上的有功的代數和為0。

Pk為該結點的有功功率為第k個，該有功功率為通過該結點的第k個分支[1]。但是，在實際的電力系統中，由于線路損耗、電壓、電流互感器、測控設備、數據通信網絡關機、調度數據網、預設等環節都有可能出現故障，造成有功量測、傳輸等環節出現差錯，傳輸至主站端的節點有功量測值代數和往往不等于0。

當母線為220kV 時，其?P值應低于10MW；在500kV 及以上電壓等級的母線，其?P值應在20MW 以下。母線無功補償的相關工作，主要是尋找故障線路、設備，并采取相應的措施，以保證母線有功偏差在一定的范圍內[2]。

2 母線電量不平衡率的異常分析

2.1 核對基礎資料和數據

用表碼、倍率、公式等方法對電力系統中的電能不均衡率進行了分析。目前，電力遙測技術已經得到了廣泛的應用，但是由于通訊、儀表等方面的原因，遙測等問題依然存在。此時需要手工抄寫和補錄，所以要消除人為誤差，確保資料的正確性。動態放大系數由計量和繞組的變化比例決定[3]。

2.2 縮小異常范圍

（1）分母線。母線的電量不均衡率是根據電壓水平來計算的，但是在相同的電壓水平下，也可以有多個母線的工作，如圖1 所示。

圖1 分段運行的母線Fig.1 Bus bars running in sections

對母線進行分立操作時，可以進行進一步細分，計算出每一段母線的電量不均衡。當母線的電量不均衡率超過標準時，該方法可以有效地減少故障的查找范圍，確定故障的位置。

（2）分時段。若母線不均衡率超過標準僅在當月某一月份出現，則對分析故障原因、及時排除故障具有重要意義。在月度分析中，可以將每個月劃分為不同的時間周期，以求出各節點的不均衡率。在進行分析時，可以將該月份的數據從第一天開始計算到平衡區域，或者將該月份的數據從上個月的最后一天計算到平衡區域，如果不均衡率沒有增加的趨勢，那么可以將該中間時間看作是不均衡的區域，然后將其作為一個特殊的分析對象[4]。

2.3 分線路進行比對分析

（1）聯絡線路的兩側比對。對于電廠至變電站、變電站與變電站的聯絡線，通常在發線末端的發電站和變電站都裝有關口計量表。變電所至客戶的饋線，通常在變電所一側和客戶一側安裝一臺儀表，用以進行電力供應與市場統計。當變電所母線電量不均衡率超過標準時，對側計量表計所計算的電量可作為對側計量是否正確的判據，將對側的電量按照潮流方向或增加一定的線路損耗進行計算[5]。（2）T 接或多T 接線路的多側比對。由于主網配線中有多個變電所同時接一條線路，因此，采用雙線對線進行比較是有其局限性的。對于這種情況，可以將輸電線路上的電力供應和輸出量進行匯總，在考慮到線路損耗后，電力供給和電力供給的總和應當大致相等，同時也為發現異常的線路提供了一種方法[6]。（3）線變組接線的比對。線變組的配線與聯絡線兩端的配線比較方法是一樣的，在電工技術階段，減少主變損失后，變高供電線路的電量和變低壓電表的電能值應當是一樣的，所以，在分析高電壓水平或低壓水平時，對應的電量也可以作為對側電量的異常判斷。（4）利用主變變損進行比對。在母線電量不均衡率超過標準的情況下，可以將主變、變損結合起來進行分析。如果是正常的，則可以根據不同的電壓來判斷，如果是異常的話，可以根據高、低壓側和高、中、低壓3 個方向的供電來提供電能，而在外部或者兩側，則可以根據不同的電壓來判斷[7]。

2.4 趨勢化比對分析

針對全變電所或單線，可以繪制供入、供出電量的月份。通過逐月比較，可以確定各站點或各線路的用電量是否處于合理的區間。特別是在對電網電量不均衡率的異常分析中，充分發揮了它的優勢。

3 基于多源數據的有功母平快速定位方法

在分析了調度自動化系統的各類數據基礎上，提出了一種利用多源數據實現母線無功不均衡的快速定位的方法。

（1）基礎資料分析：通過D5000-SCADA-500kV 廠站母線不平衡量一覽界面，確定故障廠站名稱與不均衡母線的電壓水平，以了解日、周、月的不平衡量曲線，并了解其跨越的時間范圍及嚴重性。

（2）對500kV 母線進行實時數據分析：當無功不均衡母線在500kV 電壓水平時，采用最精確的WAMS 數據作為參考，使用了以下的實時數據。通過D5000-SCADA-電廠/500kV 變電所的接口，可以看到不平衡母線的接線圖和相應的有功功率的實時變化[8]。

（3）500kV 母線的歷史資料分析：由于線路的有功變化比較復雜，通過實時監測資料不能對故障線路進行精確、全面的定位，需要對故障線路的歷史資料進行輔助分析。多源數據的母線有功不平衡快速定位方法流程圖如圖2 所示。

圖2 多源數據的母線有功不平衡快速定位方法流程圖Fig.2 Flowchart of fast location method for busbar active power unbalance based on multi-source data

首先，選取一條母線不平度曲線（因WAMS 資料量大，因此必須少于1 個小時）；然后通過取樣資料查詢窗，推導出此期間母線上每條線路的有功功率值；再根據WAMS 的歷史資料分析接口，推導出這一時期內各個線路的WAMS 測量資料；最后比較發現兩者相差很大（超過5MW）或不同步的線路。

（4）220kV 母線的實時數據分析：如果不均衡的有功母線是220kV，沒有WAMS 數據作參照，那么就需要通過狀態估計數據、對端線路數據、電氣能量數據來進行故障定位。在廠、站接線圖中，可以看到不均衡母線連接的有功功率變化，特別是刷新周期大于10s 的線路；將每條線路的有功與狀態估算有功值、對端線路有功值、超過3MW 以上的線路進行了比較。

（5）220kV 母線的歷史資料分析：需要對電力資料進行進一步的分析，以提高故障線路的定位精度。進入電力計量系統，在全電量查詢界面中，選取廠、電壓等級，就可以在一定時間（可選母平越限嚴重期）中，所選電壓等級線路的基礎代碼差（由站端電能計量設備測量）和功率積分（由 SCADA 測量功率計算），比較兩者相差較大（超過10%）的定位為故障線路。

（6）故障線路消除：針對以上故障線路進行針對性的分析和消除，主要檢查設備的精確度、功率突變門檻、周期周期設置、遠動機時鐘、鏈路狀態、主站預置等[9]。

4 異常計量點定位軟件設計

4.1 電量母線不平衡異常計量點定位軟件

該軟件是電力匯流不均衡異常計量點定位軟件，它是一種新型的基于網絡的分布式監測軟件，它包括了變電站運行監測、運行控制、信息綜合分析、異常點計算、計量點定位等方面的應用。

4.1.1 軟件的智能化特征

該系統以IEC61850 為核心，實現了與IEC61850 設備的連接。該系統模型使用了圖形庫集成的方法，具有很好的配置靈活性，可以按需求進行多種操作。該系統易于部署，不同的模型可以在不重復的基礎上進行數據的共享，具有多種數據庫配置的靈活性，可以實現系統的自動備份，在訪問海量數據的情況下，不會影響系統的性能。

4.1.2 軟件的體系結構及運行平臺

（1）體系結構。如圖3 所示，顯示了匯流不均衡的異常測量點位置的軟件體系結構。本系統是以智能變電站站控層應用高度一體化的思想和目標為基礎，將其劃分為應用軟件、應用平臺、操作系統、硬件平臺。該系統與硬件平臺能夠與國產Linux 操作系統、國內服務器的硬件平臺相兼容；該系統采用了基于應用的系統結構，能夠很好地擴展站控層的應用。

圖3 系統設計架構Fig.3 System design architecture

為了達到這一目的，系統的主要功能包括數據庫存取、進程間通信、運行服務、前置通信服務等，都是以C/C++為基礎，并對操作系統API 進行了封裝，并以中間件為基礎，以確?？缙脚_的移植性能。應用服務存取界面中的數據流封裝機制，避免了網絡字節序問題，使得系統中的各個模塊能夠在不同的硬件平臺上部署。

（2）DB 平臺。該數據庫使用了Oracle 的主流商業數據庫。Oracle 是以客戶機/服務架構為基礎的，其主要技術特點是SQL（SQL）的先進結構化查詢語言?？蛻魴C提供了一個很好的人機接口，它負責與用戶進行溝通，并將要求發送到服務器端，以獲得所需的信息。資料庫伺服器一端等候使用者的請求，處理需求，提供結果，而且可以同時處理多個使用者對相同資料的并行存取[10]。

（3）System 的硬件平臺。軟件服務器需要更多的計算機硬件。硬件平臺通常配備國內的服務器硬件平臺，或者其他類型的服務器或者工作站，可以按客戶的需求進行選擇。

4.2 數據辨識功能總體框架

站內數據識別系統是一個典型的多任務實時處理系統，它要求支持人機交互、量測一致性判斷、零點信號產生、雙機同步，而且，這些任務都是并行的、協同的，所以，我們把它們分為3 個主線程。它的模塊體系結構如圖4 所示，主要流程圖如圖5 所示。

圖4 模塊架構Fig.4 Modular architecture

圖5 主要流程圖Fig.5 Main flow chart

5 結語

在電力系統中，配電網的電能平衡是一種非常有效的測量手段。對220kV 母線不均衡率的成因及影響進行了分析，并對其進行了改進和完善，使母線不均衡電流得到了較好地控制。母線電量不均衡率的異常分析具有很強的邏輯性，需要對測量對象的操作有很高的了解，今后還需進一步做如下工作：

從電能表、裝置接線、電流互感器、電壓互感器、二次回路等多個方面進行分析，并進行綜合處理；在保證二次負載不超過負載的前提下，對變壓器的變比、二次容量進行合理的選擇；積極進行舊變電所、就地生涯變電所、變電所變壓器二次負載的在線測試，電流、電壓回路的二次負載對電網的電能質量有較大的影響，因此要重點研究二次回路的阻抗、電壓降等。