基于數據采集的電能計量裝置遠程在線檢測方法

張 弛

（國網江蘇省電力有限公司儀征市供電分公司）

0 引言

電能計量裝置作為電力系統高效運行中的重要裝置設備，對配電網與電力系統的穩定運行具有較大影響［1］。在配電網的不斷運行過程中，受到運行環境與運行條件等多項不確定因素的影響，電能計量裝置的運行狀態較不穩定［2］。科學合理的電能計量裝置檢測方法至關重要，能夠準確地檢測出用電單位與配電網之間的電量交易情況［3］。現階段，我國對于電能計量裝置檢測方法的研究日益成熟，主要從電能計量裝置信號診斷、電能計量裝置數據模型診斷與電能經驗判斷三個角度出發，通過人工檢測操作的方式，實現檢測的目標［4］。傳統的電能計量裝置檢測方法在實際應用過程中仍然存在較大的不足，主要體現在用電終端數據采集中，一旦數據量較龐大，檢測結果的精度與檢測效率得不到保障，導致電能計量裝置運行出現故障，不符合當前電力行業智能化、自動化的發展需求［5］。數據采集技術作為現階段發展較為先進的技術，通過智能化的采集方式，采集用電終端的信息數據，能夠有效地改善傳統方法的不足［6］。

基于此，本文引入數據采集技術，設計一種新的電能計量裝置遠程在線檢測方法，為提高電能計量裝置運行效率與運行質量做出貢獻。

1 電能計量裝置遠程在線檢測方法設計

1.1 電能計量裝置同步波形遠程采集

本文設計的電能計量裝置遠程在線檢測方法中，首先，分析裝置的實際運行狀況與運行特征，獲取裝置電壓與電流的變化趨勢。在此基礎上，遠程采集電能計量裝置的同步波形，為后續的遠程在線檢測提供基礎保障。本文設計的電能計量裝置同步波形遠程采集流程如圖1所示。

如圖1所示，首先，綜合考慮變電站負荷的影響，利用互感器，轉換電能計量前置裝置的AD芯片參數。基于脈沖觸發方式，將轉換后的AD芯片參數上傳至遠程在線檢測中心，判斷電能計量裝置的脈沖是否成功接收，若成功接收脈沖，則將電能計量裝置波形數據傳輸至遠程在線檢測SPI接口，存儲計量裝置與電能表的脈沖信號；若未成功接收，則作廢此次電能計量前置裝置AD芯片參數，繼續檢測裝置關口表脈沖信號［7］。存儲結束后，對存儲的脈沖信號進行匯總統計，確定脈沖信號的數量，判斷存儲的脈沖信號個數是否符合傳輸脈沖信號個數，若符合，則遠程停止電能計量裝置同步波形脈沖數據的存儲，將數據上傳至遠程在線檢測控制中心；若不符合，則重復上述步驟，直至完成電能計量裝置同步波形的遠程采集［8］。

圖1 電能計量裝置同步波形遠程采集流程

1.2 基于數據采集技術的異常電量檢測

基于上述電能計量裝置同步波形遠程采集結束后，采用數據采集技術，對電能計量裝置的異常電量狀況進行全方位的遠程在線檢測。首先，對比用戶在相同時間周期內，電量數據的變化，利用數據采集技術，定期采集不同電能計量設備、電能表與終端的用電量數據。根據用戶的用電規律，對比分析電量數據是否存在異常情況，獲取不符合用電規律的用戶，從中得出電量數據的計量差異。設置電量數據計量差異檢測閾值，指定電能計量裝置回路的兩個相鄰測量點，采集電量數據，獲取相鄰測量點之間電量的差值。基于電量數據計量差動計算方法，計算電能計量裝置的電量差動比率，計算公式為：

式中，W表示電能計量裝置的電量差動比率；M表示電能計量裝置與電能表的電量和；Ma表示終端電量。將計算獲取到的電能計量裝置電量差動比率，與設置的電量異常檢測閾值進行對比，若電量差動比率大于檢測閾值，則遠程在線檢測中心會發出電量差異警告，工作人員根據差異警告，第一時間獲取電量的異常情況，并制定相應的解決方案。部分供電公司變電站電能計量裝置在運行的峰谷時段，會出現用電負荷數據非正常突變的情況，裝置運行數據與實際數據之間差異較大，此時，應當遠程在線判斷裝置的用電狀況與用電特征是否正常。根據各個時段電能計量裝置電量與總電量之間的關系及規律性指標，提取裝置負荷行度的標準差，公式為：

式中，δ表示電能計量裝置負荷行度的標準差；αa，b表示第b天第a個電量數據采樣點的負荷行度；ea表示第a個電量數據采樣點相鄰幾天的負荷行度均值。根據提取到的電能計量裝置負荷行度標準差，獲取電能計量裝置的用電規律正態分布情況，實現裝置異常電量遠程在線檢測的目標。

1.3 二次回路電壓檢測

在電能計量裝置異常電量檢測結束后，獲取到裝置的用電規律正態分布情況。結合電能計量裝置校驗檢測的原理，對裝置的二次回路電壓進行全方位、全過程的遠程在線動態檢測。首先，設定裝置遠程在線檢測的自動周期，在該周期內，降低裝置二次回路的電壓與二次負荷，使裝置電壓與負荷的周期變化滿足相關的要求。檢測變電站各個裝置設備的接線方式是否合理，切換裝置PT電壓的母線連接方式，采用半斷路器式接線方式，提高電能計量裝置二次電壓數值變化的精度。在電能計量裝置的起始端，設置二次回路電壓閾值，啟動裝置，獲取二次回路電壓差值，通過電路模塊，采集裝置二次回路電壓數據，獲取壓降。根據壓降的實際數值，判斷電能計量裝置不同回路之間的干擾程度。基于電能計量裝置二次端電壓信號的變化，計算二次回路的負荷，公式為：

式中，Q表示電能計量裝置PT二次負荷；U表示電能計量裝置遠程在線檢測到的PT二次電壓值；I表示電能計量裝置的PT二次電流；ΔI表示電能計量裝置PT二次電流差值。通過計算，獲取到裝置的二次回路負荷值，能夠遠程反映裝置二次回路電壓的異常情況，實現電能計量裝置二次回路電壓的遠程在線檢測。

2 實驗分析

綜合上述內容，為本文設計的基于數據采集的電能計量裝置遠程在線檢測方法的整體流程。為了進一步對本文設計的遠程在線檢測方法的可行性做出客觀分析，進行如下文所示的實驗。本次實驗選取某地區X供電公司變電站電能計量裝置作為研究目標，將本文設計的遠程在線檢測方法應用到該電能計量裝置中，對電能表的運行狀態進行全方位、全過程的動態檢測。首先，對X供電公司變電站電能計量裝置的相關信息做出深入分析，該電能計量裝置區下包含6個用戶，電能計量裝置的線損率在11.5%～14.5%范圍內，各個用戶的用電量及對應的線損率數據，如下表所示。

表 用戶用電量及線損率

如表1所示，為X供電公司變電站電能計量裝置區下用戶的用電量及線損率參數，獲取電能計量裝置的運行狀況。在此基礎上，綜合考慮電能表與變電站終端的影響關系，結合數據采集技術，建立電能計量裝置遠程在線檢測狀態模糊關系矩陣：

式中，Δ表示電能計量裝置各個部件運行狀態的系數集；M表示電能計量裝置異常故障類型。通過建立的遠程在線檢測狀態模糊關系矩陣，獲取電能計量裝置檢測的模糊指標與檢測優先關系排序決策。采用物聯網技術，遠程分析X供電公司變電站電能計量裝置的狀態特征變化，結合三相電壓值的差異，設置遠程在線檢測的正常范圍。在電能計量裝置中均勻布設檢測點，通過遠程數據采集技術，實現電能計量裝置遠程實時在線檢測的目標。

為了更加直觀地驗證本文設計的遠程在線檢測方法的有效性，采用對比分析的實驗方法，將本文設計的基于數據采集的遠程在線檢測方法，與傳統的基于信息融合技術的遠程在線檢測方法進行對比。在電能計量裝置中設置6種不同類型的故障，利用上述兩種在線檢測方法，遠程檢測電能計量裝置，為了使檢測結果更加客觀，進行多次實驗。采用Matlab分析軟件與有限元分析軟件，測定兩種方法遠程檢測方法的故障檢出率，并對比，結果如圖2所示。

圖2 兩種方法故障檢出率對比結果

根據圖2的對比結果可知，在兩種電能計量裝置遠程在線檢測方法中，本文設計的基于數據采集的檢測方法，在多次檢測實驗中，故障檢出率均高于傳統檢測方法，故障檢出率均在96%以上，遠程在線檢測精度較高，優勢顯著。

3 結束語

電能計量裝置作為電能生產、電能傳輸與電能高效使用中的重要裝置，對電力應用的效果具有較大影響。為了改善傳統電能計量裝置在實際應用中存在的不足與問題，本文引入數據采集技術，設計電能計量裝置遠程在線檢測方法。通過本文的研究，有效地提升電能計量裝置運行的質量與效率，保障裝置運行的安全，對電能計量裝置的運維管理具有重要研究意義。