電能計量裝置在線監測及應用

黃擁 葉春明 王家駒

1．上海理工大學 管理學院 上海 200093

2．國網四川省電力公司計量中心 四川成都 610023

電能計量裝置的準確、穩定運行對于國民經濟分析和公平公正交易具有重大的意義。目前主要依靠周期現場檢驗工作來監控計量裝置的運行質量，檢驗對象包括電能表誤差、互感器誤差、PT二次壓降及PT/CT二次負荷等。傳統的周期檢驗不僅需要投入大量的人力和物力，工作效率低下、運維成本較高；而且無法及時發現電能計量裝置運行故障，進而產生大額差錯電量并引起貿易糾紛和社會負面輿論。本文針對變電站計量點集中且電量大的特點，提出建設電能計量裝置在線監測系統，便于及時監控計量裝置運行情況，及時發現故障。

1 在線監測系統結構

電能計量裝置在線監測系統主要由監測單元、站控主機、控制單元三個部分組成，其中監測單元主要是傳感器，與一次設備的狀態監測密切相關，主要目的是對電氣設備的運行狀態進行監測。站控主機的作用主要是對于控制單元和監測單元傳回的數據進行存儲、分析和狀態判斷。控制單元則通過通訊總線或者網絡與監測單元連接，對監測單元監測到的數據進行監督收集分析和判斷。站控主機在在線監測系統中起到核心樞紐和信息處理交換的作用，是整套系統中負責對在線監測數據進行分析判斷和指令下達的中樞[1]。

在線監測系統的主要構成方式是分層和分布式的結構布局設計，分為數據采集、通信網絡、主站三個層級。

a．現場數據采集層。根據變電站電氣一次設備安裝接線，電能計量裝置分布式配置在各個繼電保護室電能表屏內，采集通信線也對應的由采集終端敷設至各個計量屏柜。

b．通信網絡層。通信網絡層的主要作用是對主站層和監測層之間建立通訊連接，完成兩者之間的數據通信、指令傳達、協議交換、信號轉換等任務。確保主站系統與基層監測裝置之間的通訊完成順暢。系統采用綜合數據網光纖進行通信。

c．主站層。主站層是電能計量裝置在線監測系統的信息收集和處理中心，通過通信層對基層監測裝置傳回的數據進行收集處理，并對其進行遠程指令下達和控制。主站層的設備主要有各種功能服務器、網絡系統和電源保障等輔助設備組成。

本系統沒有設置單獨的控制模塊，數據采集模塊與控制系統主機直接連接，將控制模塊的任務和功能在集成在站控主機中。數據采集模塊包含任務構建、參數配置、采集傳輸、分析存貯等環節。

2 系統功能

在線監測系統主要是對整個采集系統中的各種運行數據進行整理分析，并對整個運行周期和狀態變化情況進行統計和診斷分析，主要包括表計在線讀數抄報、數據建模分析和二次回路檢測兩個部分[2]。

表計在線讀數抄報功能就是采集和傳輸、分析用電信息數據，主要包括電壓、電流、頻率、功率、電能質量等。電能計量裝置的二次回路檢測功能主要是對ABC三相的電壓、電流、功率、實際二次負荷和額定二次負荷等數據進行實時監測分析，從而判斷二次回路系統是否故障。

系統具有電能表誤差在線校驗、電壓互感器電流互感器二次回路狀態監測功能、誤差在線測量以及故障報警等功能。監測對象除了電能表計、電流互感器和電壓互感器及其二次回路以外，還可以實現經過專用數據通信接口和網絡實現數據傳輸和遠程控制。

3 電能計量狀態監測

若電能計量裝置發生異常，則其相關的各種狀態量就會產生變化，本文從電能計量裝置的內部參量狀態變化和運行參量狀態變化兩個方面進行描述[3]。

3.1 電能計量裝置的內部參量變化

電能計量裝置發生異常后內部參量的具體變化主要通過電能計表存儲數據如電量、需量、余額等的分析而發現，包括電能表示值異常、負荷異常、時鐘異常、費控異常等四類。

a．電能表示值異常。包含電能表示值不平、電能表飛走、電能表倒走、電能表停走、電能表費率設置異常等五類。這類異常主要通過電能表電量示值進行分析判斷。

b．負荷異常。包含需量超容、負荷超容、電流過流、負荷持續超下限、功率因數異常等五類。這類異常主要通過電能表有功功率曲線、電流曲線、最大需量等進行分析判斷。

c．時鐘異常。包含終端時鐘異常和電能表時鐘異常等兩類。這類異常主要通過電能表和終端的時鐘進行判斷。

d．費控異常。包括費控下發異常、剩余金額過大異常、剩余金額突變異常等三類。這類異常主要通過電能表日凍結剩余金額進行判斷。

3.2 電能計量裝置的運行參量變化

電能計量裝置的異常工作狀態可以通過對于其運行參數的分析而發現，主要包括電壓電流異常、異常用電、負荷異常、接線異常等三類異常。

a．電壓電流異常。包含電壓斷相、電壓越限、電壓不平衡、高供高計B相電壓異常、電流失流、電流不平衡等六類異常。這類異常主要通過電能表運行電壓、電流值進行分析判定。

b．接線異常。包含反向電量異常、相序異常、潮流異常等三類。這類異常主要通過電能表示值、有功功率曲線、狀態字進行判定。

c．異常用電。包含電能表開蓋、計量門開閉、恒定磁場干擾、電量差動、功率差動、停電事件、PT二次回路異常等七類。這類異常主要通過電能表狀態字進行分析判定。

電能計量裝置在線監測系統設置了一套本地監控、校驗裝置，提供了一種在線監控計量裝置運行狀況的有效手段。通過對電能表內部參量、運行參量的采集和分析，運行人員能及時發現設備運行的異常狀態，為設備狀態檢修提供指導和依據。