高壓電力計量系統故障分析與建模

楊作鵬 黑龍江省電力科學研究院

高壓電力計量系統故障分析與建模

楊作鵬 黑龍江省電力科學研究院

高壓電力；計量系統；故障分析；建模

改革開放以來，電力企業發展迅速，電能成為了所有企業個人不能離開的能源，并且隨著經濟的發展，對于電能的需求也在不斷增加。對于電力企業的要求也就更高，如何保證用戶安全，如何保證電能計量準確都是電力企業必須要考慮的問題。高壓電力計量系統對于電力企業的重要性也就更加凸顯，電力企業在如何減少其故障出現的問題上，也就更加重視。

1.高壓電力計量系統的工作原理

高壓電力計量系統主要是由四個部分組成，分別是電流互感器、電壓互感器、二次導線以及電能計量表組成。在高壓電力計量系統實際應用過程中，無論四個環節哪部分出現故障，都會造成整個高壓電力計量系統的故障。在電能計量中，主要是計算通過電能計量表的負荷電流，來進行用戶用電量統計的。電流會隨著負荷的大小改變而改變，如果采用電流互感器對電路進行分流工作，就無法對于得知用戶的電流是因為分流還是負荷所減小的。

2.高壓電力計量系統故障原因及類型

2.1 高壓電力計量系統故障原因

電能是不斷進行計量的數據，僅僅是一個微小的誤差，就很可能在積累中對于電能數據造成重要的影響，出現誤差對于電力企業以及用戶來講都是重要的損失。導致高壓電力計量系統出現故障的因素有很多種，電能表接線的錯誤會造成電能計量錯誤；電流互感器出現短路也能造成電能計量不正確。

2.2 高壓電力計量系統故障類型

（1）電壓類型故障。電壓引起的高壓電力計量系統故障，主要是由于電壓在接線是發生錯誤引起的。某相斷開就可能造成失壓，進而引起電力計量錯誤；某相電壓短鏈接不緊，也可能造成欠壓現象，引起計量失誤。

（2）電流類型故障。電流故障主要是指在接線中，通過電流的接線處出現問題引起的故障。在實際運行中，如果電流電路出現短路或者虛接，都很有可能造成電能表計數不準。

（3）移相類型故障。如果電能表的正常接線方式被改變，就很可能造成電能表的相位發生改變；在同一相位接入電流或者是電壓，也會造成相位的異常，這種移相的出現都會影響電能表正常計數，從而導致高壓電力計量系統故障。

（4）擴差類型故障。這種故障類型出現一般都是人為的原因，是由于電力計量系統的計量誤差變大而出現的故障，這種故障一般都是由于人為竊電所造成的。如果用戶私自拆開電能表，改變其性能結構，就會造成擴差故障。經過外力作用改變電表計量誤差，也會造成高壓電力計量系統故障。

（5）分流類型故障。如果電流不經過電能表電流，或者只是有部分電流經過電能表，就可以在很大程度上較少電能表計數，這種故障出現也大多是人為因素造成的，在電能表進行接線之前就對電能回路進行分流就可以造成分流故障的出現。

3.電力系統故障具體分析

一般是依據保護裝置的實際需求來決定電流互感器的一次電流。那么一次設備的額定電流則需要根據三相短路動穩的大小與熱穩電流的大小來選擇，客觀上來講電流互感器的額定一次電流是需要依變壓器的額定容量來決定。但是人們在選擇時，必須還是要有一個上限，保證電流互感器的變比不會發生大幅度的變換，從而達到繼電保護的穩定性和計量的準確性要求。同時也要警惕由于電流互感器的配置等級太低導致準確性降低。對于電能計量裝置的質量性能要心中有保障。

在電壓互感器的二次回路連接時出現隔離開關等輔助接點。這樣導致了二次回路中的接線端子越來越多。后果就是接線端子開始容易松動或者端子被銹蝕，如此便很容易造成二次容量的選擇不合適比如最終選擇的容量與實際能接受的二次負載不同等，從而削弱了二次回路將低電壓的性能。

還有就是在設計電能計量系統的計量時，設計的二次回路導線截面過于狹小，且每一回路中又缺乏編號或者顏色用來區分。另外在計量二次回路中間的過渡時選擇的端子排，使得整個電力計量系統要在后期的維護上花費很大的時間與精力而且極不方便，而且這樣又非常容易造成電壓互感器的二次短路或開路。同時在計量系統的運行過程中，有些計量電壓二次回路則會因為失壓然后報警，與此同時失去計時的功能，最終沒有辦法及時更新與改正計量上產生的差錯。

4.故障建模分析

4.1 流拓撲元件的分類

在建模過程中可使用母線作為這個流拓撲網絡的中心紐帶，并將所連接的原件分為三類，分別是：（1）由發電機、接地原件、負荷以及母線等所組成的端口元件；（2）由開關、電容、電抗、線路以及雙向變壓器等組成的雙端口元件；（3）由三相變壓器等組成的多端口元件。

4.2 構建有效潮流節點集合

在拓撲的建模過程中，如果想要做到對于多個獨立的項目進行潮流的分析工作，就要做到多以每個節點都可以進行自行編號的工作，保證每個節點所屬于的獨立的項目都包含有有效地獨立節點信息，并且要保證可以將每個節點包含的信息保存到每個潮流節點的合集之中。在每個獨立的項目中，系統在進行搜索的時候，平衡節點都是其默認的起點，在進行搜索算法分析的時候，可以一個個的找到平衡節點所關聯的節點信息。

4.3 構建潮流導納矩陣

潮流集合是包含許多有效節點信心的合集，所以系統也會在其中自行建立多個不同的復數導納矩陣，在矩陣之中默認元素是零，在系統對于潮落集合中的每個節點進行操作時，可以通過每個不同節點，搜索不同原件的信息，然后依據每個元件的不同參數修改矩陣中對應的元素。比如如果搜索的節點是PQ3節點，此節點連接的線路如果是線路A、線路B以及電抗器、三相變壓器四個元件，這四種不同原件對于此節點都會形成不同的導納行。

4.4 構建P、Q、V矩陣

在建模的過程中，只有滿足了潮流拓撲的需求，才能保證系統自動形成可靠的實數矩陣，并以此矩陣來保護電壓的節點。在實際應用中，無論哪種矩陣都是通過對于不同節點進行定位來進行元件的搜索的。所以如果樂意在拓撲中構建P、 Q、 V的矩陣，就可以很好地定位節點坐標，完成搜索工作。

5.結論

能造成高壓電能計量系統出現故障的因素有很多，如何減少其故障出現，是電能企業需要長期研究的問題。只有電能企業不斷地對管理系統進行優化，了解高壓電力計量系統出現故障的原因，并對癥下藥，才能更好地減少高壓電能計量系統出現問題的幾率，保證電能企業的正常收益，促進國家經濟進步。

［1］ 石新利，杜璽峰，閆影，奚磊，李啟林.電能計量裝置電流回路相間短路或一相短路的分析與計算［J］.電測與儀表，2010 （05）.

［2］ 曹瑞基，楊梅.高壓電力計量箱竊電方式分析［J］.上海計量，2013（11）.

高壓電力計量系統是電力企業的重要組成部分，如果高壓電力計量系統出現故障，對于電力企業將會造成重大的損失。電力計量系統的故障不僅影響電力企業電量統計，對于經濟也有很大影響。本文主要對于高壓電力計量系統出現故障的類型進行了介紹，并對故障的建模進行了簡析。