變電所電量對比系統分析

摘 要： 國內目前的積分電量和電能遠程抄表技術已經較為成熟，但是將兩者結合起來分析并用以指導電能計量管理在國內卻幾乎沒有。因此，這部分的研究有著重要的理論和現實意義，同時其技術也能對國內的相關技術空白進行填補。針對某變電所的電量對比系統項目進行分析，對電量對比系統的組成、工作原理進行介紹，對電量對比系統的關鍵技術、存在問題以及解決方案進行分析，最后通過實例說明電量對比系統的作用以及運行效果。

關鍵詞： 電量對比； 變電所； 遠程計量系統； 數據采集和監視控制系統

中圖分類號： TN915?34； TM631 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）12?0041?04

Abstract： In China， the available integrated electricity quantity technology and electric energy telemeter reading （TMR） technology are relatively mature， but the combination of the two to analyze and guide the electric energy measurement management is almost no precedent. Therefore， the research on the combination has important theoretical and practical significance， and the technology can fill the gaps in the correlation technologies in China. In this paper， the electricity quantity contrast system for a certain substation is analyzed， the composition and working principle of this system are introduced， and the key technology， existing problems and the solutions of this system are analyzed. The function and running effect of this system are illustrated by an instance.

Keywords： electricity quantity contrast； substation； telemeter reading system； supervisory control and data acquisition

0 引 言

在電力營銷中，電能計量管理是一個重要的組成部分。目前，隨著EMS/SCADA（能量管理系統/數據采集與監視控制系統）系統和TMR（遠程抄表系統）系統在電力企業中的投入使用，使得電能計量管理有了可靠穩定的基礎數據。其中，前者通過對負荷的積分進行計算，得到積分電量；后者能對變電站所電能表的數據進行采集、存儲、處理和使用，通過積分電量和表底電量的比較能較好地進行預警，使得電能計量管理水平進一步提升。該運行系統被稱為比對報警系統。比對報警系統功能的實現，在于對積分電量和表底電量在線實時進行“雙值比對”，從而能使得監視實現全方位無死角，對于電量異動實現智能型、綜合性監控。該功能能夠為電力計量消缺提供充分的技術保障，使得后者能兼顧質量和效率，體現出穩定的管理水準。而比對報警系統既能獨立進行系統建設，也能在已有的TMR或EMS/SCADA系統基礎上建設[1?2]。

國內目前的積分電量和電能遠程抄表技術已經各自都較為成熟，但是將兩者結合起來分析并用以指導電能計量管理在國內卻幾乎沒有。因此，這部分的研究有著重要的理論和現實意義，同時其技術也能對國內的相關技術空白進行填補。

1 電量對比系統組成

1.1 SCADA系統

目前，基于分層分布式結構的SCADA系統在電力、電網監控系統中得到了極為廣泛的應用。通常情況分層分布式結構的SCADA系統分為站控層、過程層和間隔層三層結構。而用于變電站的SCADA系統由作為電站監控和信息管理中心的站控層和用于獨立監控現場設備的間隔層組成，站控層和間隔層之間使用光纜或雙絞線連接，具體變電站SCADA系統基本架構[3]見圖1。

SCADA系統由數據采集處理、數據庫和圖形組態、數據報表、分布式控制、監控畫面以及對外通信接口等系統構成。監控畫面、數據庫和圖形組態構成了SCADA系統的軟件部分，主要針對監控畫面、分布式控制、報表以及通信和數據庫進行組態設置。

SCADA系統獲得變電所需的各線路電壓、電流、功率因數等各種相關數據，通過四邊形壓縮法則將數據記錄進數據庫，等需要時再調取出來。電能表遠程比對系統獲得指定因素后，對上述參數進行積分計算，從而計算出指定日線路能量的傳輸情形，這被稱為是積分電量[4]。

每日的積分電量[W1]計算方法為：

[W1=0tPdt] （1）

1.2 TMR系統

本文研究的遠程抄表系統終端采用基于 GPRS 的抄表終端，其整體框架結構如圖2所示。

基于 GPRS 的抄表終端采用模塊化設計，主要由電源模塊、RS 485 通信適配、存儲模塊、以及GPRS 模塊和處理器等模塊組成[5]。

遠程抄表系統主站位于變電所監控中心，維護工作人員通過組態監控軟件控制、管理自動抄表系統的全部功能。

用戶終端電能表采集用戶的用電量信息，通過RS 485通信適配接口與集中器連接， GPRS 模塊將集中器收集到的用戶的用電量信息進行封裝與解封，通過建立好的可靠鏈路與遠程抄表系統主站連接。與有線通信鏈路相比，無線GPRS通信不用建設大量的基礎設施，可以降低硬件成本。

TMR系統平均每5 min通過電能量站內終端對變電所電能表的底度數據進行采集。通過對當日0點和24點底度數據的采集和相減，電能表能夠獲得當日實際傳輸電量的數據，將其與電壓互感器、電流互感器變比相配套后，可以計算出名為表底電量的數據[6]。每日的表底電量[W2]計算方法為：

[W2=W24t-W0tNCTNPT] （2）

式中：[W0t]和[W24t]分別為每日0點和24點對應的電量值，單位為kW·h；[NCT]為電表[CT]變比；[NPT]為電表[PT]變比。

1.3 對比系統

變電所電能量遠程比對系統是對一次的系統電能量的比對，其數據來自SCADA系統數據庫和TMR，具體架構如圖3所示。

設定對比率[α]，對比率[α]通過采集的表底電量與積分電量進行計算得到：

[α=W2-W1W2] （3）

式中：[W1]為表底電量，單位為kW·h；[W2]為積分電量[7]，單位為kW·h。

電能表、網絡和ERTU如都處于正常狀況，則日積分電量和日表底電量數值相同，比對率即為零。但一般情況下，電力系統運行中存在各種干擾因素，故電能計量的準確程度不會那么高，所以不同電壓等級線路上存在一定比對率，而需要對其預先設定閾值，如實際比對率超過閾值，則表明線路不處于正常狀況中，就會因此而報警，對相關部門作出提醒。

該系統在運行中實際上是充分利用了SCADA系統和TMR系統的資源，它擁有獨立軟件模塊，可在專用工作站上運用并擁有參數維護、電量對比查詢、異常情況報警燈功能。同時，該系統還能夠讓用戶通過瀏覽器查詢自己所記錄的數據，TMR系統有表格和曲線兩種展現模式。對比系統工作流程如圖4所示。

2 系統關鍵技術

2.1 變電所電量平衡

變電所電能量遠程比對系統在比對兩組數據時，還可以從中看出該表計參與的母線、主變情況，并提供了母線平衡開關，即在TMR系統實現了平衡的情況下不會報警。而一旦發生報警，在系統自動升級為上一個層次的母線平衡判斷，如果滿足則不報警，且默認電能表不存在問題。按照這種方法的步驟實施如下：

（1） 對表計的日積分電量和日表底電量進行比對，如超限則進入下一判斷環節；

（2） 從電量系統中獲得母線、主變數據；

（3） 對母線數據是否平衡進行判斷，如不平衡則進入下一判斷環節；

（4） 測試表計所在主變的變損是否超限，如超限則進入下一判斷環節；

（5） 測試表計所在主變上一層母線是否超限，超限則報警。

該判斷過程主要是通過建立一個流程化、快速化條件實現一種規范的程序處理過程。目前主控界面上顯示的報警記錄，先判斷比對率是否正常，如超限則再根據多個開關組合判斷母線是否平衡、小電量、表底電量或積分電量數據是否為零等，將所有正常項排除后，根據最后的記錄決定是否報警。其過程最大的缺陷在于無法顯示出報警原因是由于哪個條件未滿足導致的，因為其整體過程比較散亂。

而系統建設要求則是將所有判斷條件整理成一個判斷流程，這樣可以在保證診斷準確的前提下提升報警事件的生成速度。它需要將母線、主變的判斷開關從所有過程中提取出來作為主考察因素，而在此基礎上的其他開關，可以作為輔助判斷條件。

2.2 小負荷閾值判斷

電網中小負荷一般不影響線路正常運作，其運行過程中，PI數據庫會對系統中各參數進行一次如實記錄，只要存在電流和電壓，就會有其所對應的積分電量。而電量系統中，由于電能表回路介入的是二次電流和電壓，小負荷時所得到的表底電量值也很小，雖然能被電能表記錄，但由于TMR系統有計量位數的限制，SCADA系統數據較小的話不會產生數值，就最終不會被電量系統讀到，故TMR系統的最終顯示數值可能是零。

這種假設完全可能存在，這會導致生產過程中，如果負荷越小，那么越多數據可能會存在無法被記錄的情形，最終所展現的數據可能就無法對電能表的真實運行情況進行反應，最終有可能會出現較大情況的錯誤報警概率。所以小負荷出發的錯誤報警應當盡可能被排除。而為了排除這種情況，首先要建立一個小負荷概念。什么情況下是小負荷，當表底電量是一個非常小的數值且積分電量小于既定值時，就對比對率判斷自動終止，無論何種情況都不報警。而這可以使得電能表的運行狀態能被合理區分，同時也能將其與故障狀態區別開來。故建立小負荷概念對于變電所電能量的遠程比對系統進一步提升比對準確率有著重要意義。目前，小負荷概念還沒有在電力行業中統一建立標準，導致每個單位對其都各自定義，隨著電壓等級不同，這種定義也各自區別，現實中因此存在許多弊端。對此，需要盡快對小負荷定義和對其標準功率進行統一。

2.3 引入表計狀態參數

之前提到小負荷表底電量為零時處于正常狀況，而在此之外，另一個系統錯誤報警的情況是線路泄漏電流對PI 數據庫造成的影響，該影響也會導致較大比對率出現，從而導致系統錯誤報警。當然，所有因表底電量為零的報警中存在不同正確的報警信息，而如何對其分析歸納，使得系統能更好進行智能化判斷，這是電力行業目前需要解決的一大難題，具體如表計本體問題、ERTU 和表計通信失敗、ERTU 和上位機通信失敗等。如其被解決，將會使得變電所電能量遠程比對系統的實用化進行速度進一步加快。

與ERTU、電表廠家和電量采集系統開發方聯系后得知，電表運行過程中會向ERTU傳遞自身運行狀態中不同的參數情況，ERTU收到這些參數情況后，會將其傳遞給調度，系統引入該參數后就能對表底電量為零是由于什么情況導致的進行正確的分析判斷，其具體情況如表1所示。通過該表可知，表計狀態參數被引入后，有助于系統對報警的原因進行精確劃分，而在實際情況中，只有約75%的超比對率情況需要預警，具體觸發原因也有所不同[8]。

3 系統實驗分析

2015年4月起在某變電站使用電量對比系統，對電量數據進行監測，表底電量、積分電量以及對比率數據如表2所示。

可以看出，從4月1日起，每天的對比率極大，超過4 000%，表底電量與積分電量相差很大，用戶端的電量表的電量每天僅不到1 kW·h，這與事實情況完全不符合，通過分析認定為用戶端的電量表出現故障。

通過故障排查維修后發現，是由于用戶端的電量表的A相、C相反接造成的電流表表底電量低，檢修人員于4月15日對用戶端的電量表進行了維修，排除了故障，電量數據如表3所示，從15日之后的數據可以看出，排除了故障，對比率也明顯降低，在0附近，說明表底電量與積分電量相差很小。表底電量、積分電量以及對比率數據變化如圖5所示。

4 結 論

國內目前的積分電量和電能遠程抄表技術已經較為成熟，但是將兩者結合起來分析并用以指導電能計量管理在國內卻幾乎沒有。本文針對某變電所的電量對比系統項目進行分析。該變電所電能量遠程比對系統是對一次系統電能量的比對，其數據來自SCADA系統數據庫和TMR。該變電所電能量遠程比對系統在初期運行時，發現一些問題，即當遠程計量系統的三相不平衡、小負荷運行以及表底電量為零時，系統會產生錯誤的判斷，因此針對存在的問題通過引入全所平衡、建立小負荷閾值判斷標準以及引入表計狀態參數的方法進行解決。最后通過實例說明電量對比系統的作用以及運行效果。

參考文獻

[1] 楊琳.基于WebGIS的電力生產管理信息系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2012.

[2] 韓東.基于日負荷曲線的綜合負荷模型參數在線修正方法及應用[D].長沙：湖南大學，2013.

[3] 馮波.變電站SCADA系統數據庫的設計與開發[D].濟南：山東大學，2013.

[4] 穆興團.雙機熱備技術在變電站SCADA系統中的研究與應用[D].濟南：山東大學，2014.

[5] 王念.基于GPRS的電能質量遠程監測系統研究與實現[D].長沙：中南大學，2012.

[6] 李云龍.正定縣供電局遠程抄表系統設計與應用[D].保定：華北電力大學，2014.

[7] 章奕.變電所電能表遠程比對系統開發及實用化進程[J].上海電力學院學報，2011，27（3）：214?218.

[8] 朱佳，杜豐夷，謝洪云.宜昌供電公司電量追補比對系統建設初探[J].中國科技信息，2012（12）：54?55.

[9] 周艾輝.用電信息采集系統運行評估體系研究[D].北京：華北電力大學，2013.