電能量計量管理系統(tǒng)缺失電量計算方法探討

羅德洋

（廣東眾誠電力建設(shè)工程有限公司，廣東 佛山528137）

作為衡量發(fā)電量計算用戶功耗的重要設(shè)備，隨著大型電網(wǎng)的發(fā)展，電能計量設(shè)備的技術(shù)水平和精度要求逐漸提高。由于大功率設(shè)備在運(yùn)行過程中的沖擊負(fù)荷以及計量設(shè)備本身的故障，各種原因都會影響智能電表的電能計量精度。作為電能計量系統(tǒng)的重要組成部分，電能計量的準(zhǔn)確性直接影響著電力部門的收入和整個電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

1 電能量計量管理系統(tǒng)概述

1.1 數(shù)據(jù)采集與處理。由于變電站中大量的測量點(diǎn)，每個測量點(diǎn)收集的電能信息量巨大且費(fèi)時，人工成本高，準(zhǔn)確性和及時性低。因此，應(yīng)用測量自動化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電能信息的自動收集，以提高電能數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性，及時性和統(tǒng)一性，達(dá)到規(guī)范用電管理，減少人員，提高效率的目的。

1.2 電力數(shù)據(jù)統(tǒng)計與計算。電力統(tǒng)計和計算是電力管理的核心工作，涉及龐大而復(fù)雜的結(jié)算和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。應(yīng)用計量自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對各種用電數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，可以利用時段進(jìn)行分類統(tǒng)計，使用電信息的分析變得清晰；另外，測量自動化技術(shù)的應(yīng)用也方便了功率損耗的計算，功率損耗的計算是功率管理的重要工作，通過計算功率損耗找出損耗的原因，制定降低損耗的措施可以大大降低了供電企業(yè)的運(yùn)行成本，提高了效率，通過異常的線損信息及時發(fā)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的異常情況，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.3 報告管理和信息發(fā)布。實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)報告的自動生成和發(fā)布，為電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行和電網(wǎng)建設(shè)或改造提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)系統(tǒng)提供的詳細(xì)數(shù)據(jù)，通過特殊和通用電子制表功能的應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用需求，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類計數(shù)，生成相應(yīng)的報告，如：原始數(shù)據(jù)報告，用電分析報告，比較報告，線路損耗平衡報告，總線線路平衡報告，變化損耗分析報告，電壓通過率報告，電壓損耗記錄報告，警報消息利息聲明等。

1.4 系統(tǒng)界面。系統(tǒng)接口與MIS 系統(tǒng)相連，因此相關(guān)的測量數(shù)據(jù)（例如電量數(shù)據(jù)，負(fù)載數(shù)據(jù)，線損報告，比率參數(shù)和其他相關(guān)的測量數(shù)據(jù)）可以在Web 上發(fā)布并在MIS 系統(tǒng)中查看。

2 電能量計算基本原理

根據(jù)電路原理，將一次電路，變壓器，二次電路和電能表邏輯連接，以實(shí)現(xiàn)電力線的電能計量。由于客戶的電路類型不同，相應(yīng)的電能計量裝置的接線方式也不同。根據(jù)接線方式的不同，電能計量裝置分為三類：單相，三相三線和三相四線。

2.1 單相。對于220 V 單相低壓用電器，主要使用單相有功電能表。如果用戶的負(fù)載較大并且超出了電度表的范圍，則需要先通過電流互感器，然后使用單相電度表來計算用戶的用電量。如圖1 所示，是單相有功電度表的接線圖。

圖1 單相式電能表接線圖

單相有功電能表計算有功功率的方程式為：

式中：U相- 單相電路電壓；I相- 單相電路電流；φ - 相電壓和相電流之間的夾角。

2.2 三相三線式。對于中性絕緣系統(tǒng)，主要使用三相三線有功電能表。如圖2 所示，是三相三線有功電度表的接線圖。在圖中，兩個電壓互感器通過Yy 模式連接。一次側(cè)分別連接到A相，B 相，B 相和C 相，并且連接到二次側(cè)的B 相需要接地，以確保連接到電表的兩個電壓對稱，并且測量次級側(cè)的線電壓Uab和Ucb。電流互感器分為四相線路連接方式。高壓側(cè)連接到A 相和C 相，低壓側(cè)連接到a 相側(cè)面布線需要一點(diǎn)接地，并測量次級側(cè)的負(fù)載相電流IA 和IC。

圖2 三相三線式電能表接線圖

三相三線式有功電能表計算有功功率的方程式為：

當(dāng)三相電路平衡對稱時：

式中：

2.3 三相四線式。對于中性點(diǎn)有效接地的系統(tǒng)，主要使用三相四線有源電度表。如圖3 所示，是三相四線有功功率計的接線圖。圖中三個變壓器采用YY 接線方式，一次側(cè)分別與N 相，BN 相和CN 相連接，二次側(cè)連接的中性點(diǎn)需要接地，相電壓UA，Ub 二次側(cè)的UC 可以通過測量得到；兩個電流互感器通過相分離六線連接方式連接，高壓側(cè)分別連接到A 相，B 相和C相，低壓側(cè)接線需要一點(diǎn)接地，負(fù)載相電流ia 為二次側(cè)測量，IB和IC。

圖3 三相四線式電能表接線圖

三相四線式有功電能表有功功率計算方程式為：

（假定三相電路對稱平衡）

式中：

3 電能量計量缺失

3.1 電量缺失的成因。電量不足的原因可大致分為三種：計量設(shè)備故障，計量電路故障和竊電。其中，偷電是人為因素造成的。因此，本文僅分析了計量設(shè)備故障和計量電路故障造成的功耗損失。3.1.1 計量裝置故障。從計量設(shè)備的內(nèi)部電路圖可以看出，計量設(shè)備故障的主要原因是電壓，電流互感器和電度表故障。（1）變壓器故障。例如，雷擊引起的過電壓會使變壓器燒壞而不能將其初級熔斷管燒掉，從而使電能計量裝置缺相并且無法正常測量電。（2）電流互感器故障。當(dāng)電流互感器的變比選擇不當(dāng)時，會在長期高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生過大的電流，燒毀電流互感器的內(nèi)部元件，使電能表缺相，進(jìn)而引起電能表的缺相。電能損耗測量。（3）電表故障。電能表已經(jīng)在露天工作環(huán)境中使用了很長時間。電能表的內(nèi)部零件容易損壞，導(dǎo)致其無法正常工作。3.1.2 計量電路故障。計量電路故障通常是由計量設(shè)備的內(nèi)部接線錯誤引起的。目前，廣泛使用的三相三線和三相四線電能計量裝置在通過相應(yīng)的電壓/電流互感器后需要與電能表連接。內(nèi)部接線很多，容易出現(xiàn)接線錯誤。常見的計量電路故障主要包括：低壓側(cè)連接點(diǎn)松動，連接點(diǎn)斷開引起開路，變壓器反接，低壓側(cè)和低壓側(cè)。高壓側(cè)的相序不一致。如變壓器初級側(cè)的a 相保險絲熔斷，導(dǎo)致斷線故障。如果負(fù)載為感性負(fù)載，則有功電能表的測量結(jié)果將超過實(shí)際耗電量的1/2；如果負(fù)載是電容性的，則有功電能表的計算結(jié)果小于實(shí)際耗電量的1/2。

3.2 電量缺失的公式法計算方法

對于三相四線式，次級側(cè)的相電壓UA，Ub 和UC，負(fù)載相電流IA，IB 和IC 以及a，B 的三相電壓和相電流之間的相差，用電計量裝置測量C，并根據(jù)公式計算相應(yīng)的電能。假設(shè)當(dāng)B 相發(fā)生故障時，傳統(tǒng)公式未考慮故障期間B 相剩余電壓對電表的影響。

根據(jù)公式分析實(shí)際用電量和用電量測量不同條件下的耗電量測量值之間的關(guān)系如下：a.當(dāng)k＞1。用電量的測量值應(yīng)小于用戶的實(shí)際用電量；b.當(dāng)k = 1 時，表示電能計量裝置可以獲得。用電量的測量值等于用戶的實(shí)際用電量；c.當(dāng)0 ＜K ＜1 時，表示電能計量裝置可以測量。用電量的測量值大于用戶的實(shí)際用電量；d.當(dāng)k ＜0 時，表示電能計量裝置測得的功耗。電能的測量值為負(fù)，電能計量裝置反轉(zhuǎn)。e.當(dāng)k =∞時，表示電能計量裝置完全失靈，無法獲取用電量測量值。

結(jié)束語

文章簡要闡釋了電能量計量管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電量缺失計量的原理，以及公式法計算缺失電量的流程。從以上研究中發(fā)現(xiàn)，采用公式法計算缺失電量雖然具有一定的適應(yīng)性，能夠簡單評估用戶用電量與故障情況下實(shí)際用電量之間的差距，但是存在較大的局限性，例如當(dāng)修正系數(shù)k 值趨于無窮大時，表明電能計量裝置失靈，此時不能夠獲取真實(shí)的用戶用電量數(shù)據(jù)，也就無法有效計算電量的缺失量。由此可見，基于公式法計算由互感器或是二次回路故障引起電量缺失的前提是假定負(fù)荷是三相對稱的，但在實(shí)際情況下，用戶三相負(fù)荷不一定是三相對稱平衡的，此種缺失電量計算方法僅能做預(yù)先的評估。當(dāng)前電能量計量管理系統(tǒng)一般具有自動計算電量缺失的功能，具有操作簡單、計算結(jié)果精準(zhǔn)性強(qiáng)、評估準(zhǔn)確等優(yōu)勢，因此下一步研究將圍繞缺失電量的自動化計算方法，基于已有的電能量計算管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與電量計算原理提升理論與實(shí)踐研究水平，致力于為電能的穩(wěn)定、安全輸送、保障用戶用電量充足提供思路與方法。