一種電量母線不平衡異常計(jì)量點(diǎn)定位軟件

國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司興安供電公司 丁曉 苗玉鑫 姜威 焦文松 李東明 烏蘇雅拉

本文介紹了一種基于電力計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)所獲得的電能數(shù)據(jù)，并根據(jù)變電所的電能不均衡率與變壓器損耗數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電所數(shù)據(jù)存在的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)診斷和快速定位的方法。這種方法可以充分發(fā)揮計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，并能自動(dòng)地定位變電所的測(cè)量值，使操作和維修人員能夠快速、有效地發(fā)現(xiàn)和解決這些問(wèn)題，從而提高計(jì)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。該方案可以有效地控制電廠的不均衡率，使儀表準(zhǔn)確、公正、可靠地運(yùn)行。

1 母線有功平衡簡(jiǎn)介

母線功率平衡描述為：在此基礎(chǔ)上，假定輸入一個(gè)結(jié)點(diǎn)的有功是正的，而離開這個(gè)結(jié)點(diǎn)的有功是負(fù)的，那么，該結(jié)點(diǎn)上的有功的代數(shù)和為0。

Pk為該結(jié)點(diǎn)的有功功率為第k個(gè)，該有功功率為通過(guò)該結(jié)點(diǎn)的第k個(gè)分支[1]。但是，在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，由于線路損耗、電壓、電流互感器、測(cè)控設(shè)備、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)機(jī)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、預(yù)設(shè)等環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)故障，造成有功量測(cè)、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，傳輸至主站端的節(jié)點(diǎn)有功量測(cè)值代數(shù)和往往不等于0。

當(dāng)母線為220kV 時(shí)，其?P值應(yīng)低于10MW；在500kV 及以上電壓等級(jí)的母線，其?P值應(yīng)在20MW 以下。母線無(wú)功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)工作，主要是尋找故障線路、設(shè)備，并采取相應(yīng)的措施，以保證母線有功偏差在一定的范圍內(nèi)[2]。

2 母線電量不平衡率的異常分析

2.1 核對(duì)基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)

用表碼、倍率、公式等方法對(duì)電力系統(tǒng)中的電能不均衡率進(jìn)行了分析。目前，電力遙測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于通訊、儀表等方面的原因，遙測(cè)等問(wèn)題依然存在。此時(shí)需要手工抄寫和補(bǔ)錄，所以要消除人為誤差，確保資料的正確性。動(dòng)態(tài)放大系數(shù)由計(jì)量和繞組的變化比例決定[3]。

2.2 縮小異常范圍

（1）分母線。母線的電量不均衡率是根據(jù)電壓水平來(lái)計(jì)算的，但是在相同的電壓水平下，也可以有多個(gè)母線的工作，如圖1 所示。

圖1 分段運(yùn)行的母線Fig.1 Bus bars running in sections

對(duì)母線進(jìn)行分立操作時(shí)，可以進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，計(jì)算出每一段母線的電量不均衡。當(dāng)母線的電量不均衡率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該方法可以有效地減少故障的查找范圍，確定故障的位置。

（2）分時(shí)段。若母線不均衡率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)僅在當(dāng)月某一月份出現(xiàn)，則對(duì)分析故障原因、及時(shí)排除故障具有重要意義。在月度分析中，可以將每個(gè)月劃分為不同的時(shí)間周期，以求出各節(jié)點(diǎn)的不均衡率。在進(jìn)行分析時(shí)，可以將該月份的數(shù)據(jù)從第一天開始計(jì)算到平衡區(qū)域，或者將該月份的數(shù)據(jù)從上個(gè)月的最后一天計(jì)算到平衡區(qū)域，如果不均衡率沒(méi)有增加的趨勢(shì)，那么可以將該中間時(shí)間看作是不均衡的區(qū)域，然后將其作為一個(gè)特殊的分析對(duì)象[4]。

2.3 分線路進(jìn)行比對(duì)分析

（1）聯(lián)絡(luò)線路的兩側(cè)比對(duì)。對(duì)于電廠至變電站、變電站與變電站的聯(lián)絡(luò)線，通常在發(fā)線末端的發(fā)電站和變電站都裝有關(guān)口計(jì)量表。變電所至客戶的饋線，通常在變電所一側(cè)和客戶一側(cè)安裝一臺(tái)儀表，用以進(jìn)行電力供應(yīng)與市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)。當(dāng)變電所母線電量不均衡率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)側(cè)計(jì)量表計(jì)所計(jì)算的電量可作為對(duì)側(cè)計(jì)量是否正確的判據(jù)，將對(duì)側(cè)的電量按照潮流方向或增加一定的線路損耗進(jìn)行計(jì)算[5]。（2）T 接或多T 接線路的多側(cè)比對(duì)。由于主網(wǎng)配線中有多個(gè)變電所同時(shí)接一條線路，因此，采用雙線對(duì)線進(jìn)行比較是有其局限性的。對(duì)于這種情況，可以將輸電線路上的電力供應(yīng)和輸出量進(jìn)行匯總，在考慮到線路損耗后，電力供給和電力供給的總和應(yīng)當(dāng)大致相等，同時(shí)也為發(fā)現(xiàn)異常的線路提供了一種方法[6]。（3）線變組接線的比對(duì)。線變組的配線與聯(lián)絡(luò)線兩端的配線比較方法是一樣的，在電工技術(shù)階段，減少主變損失后，變高供電線路的電量和變低壓電表的電能值應(yīng)當(dāng)是一樣的，所以，在分析高電壓水平或低壓水平時(shí)，對(duì)應(yīng)的電量也可以作為對(duì)側(cè)電量的異常判斷。（4）利用主變變損進(jìn)行比對(duì)。在母線電量不均衡率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可以將主變、變損結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析。如果是正常的，則可以根據(jù)不同的電壓來(lái)判斷，如果是異常的話，可以根據(jù)高、低壓側(cè)和高、中、低壓3 個(gè)方向的供電來(lái)提供電能，而在外部或者兩側(cè)，則可以根據(jù)不同的電壓來(lái)判斷[7]。

2.4 趨勢(shì)化比對(duì)分析

針對(duì)全變電所或單線，可以繪制供入、供出電量的月份。通過(guò)逐月比較，可以確定各站點(diǎn)或各線路的用電量是否處于合理的區(qū)間。特別是在對(duì)電網(wǎng)電量不均衡率的異常分析中，充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)。

3 基于多源數(shù)據(jù)的有功母平快速定位方法

在分析了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，提出了一種利用多源數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)母線無(wú)功不均衡的快速定位的方法。

（1）基礎(chǔ)資料分析：通過(guò)D5000-SCADA-500kV 廠站母線不平衡量一覽界面，確定故障廠站名稱與不均衡母線的電壓水平，以了解日、周、月的不平衡量曲線，并了解其跨越的時(shí)間范圍及嚴(yán)重性。

（2）對(duì)500kV 母線進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析：當(dāng)無(wú)功不均衡母線在500kV 電壓水平時(shí)，采用最精確的WAMS 數(shù)據(jù)作為參考，使用了以下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)D5000-SCADA-電廠/500kV 變電所的接口，可以看到不平衡母線的接線圖和相應(yīng)的有功功率的實(shí)時(shí)變化[8]。

（3）500kV 母線的歷史資料分析：由于線路的有功變化比較復(fù)雜，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料不能對(duì)故障線路進(jìn)行精確、全面的定位，需要對(duì)故障線路的歷史資料進(jìn)行輔助分析。多源數(shù)據(jù)的母線有功不平衡快速定位方法流程圖如圖2 所示。

圖2 多源數(shù)據(jù)的母線有功不平衡快速定位方法流程圖Fig.2 Flowchart of fast location method for busbar active power unbalance based on multi-source data

首先，選取一條母線不平度曲線（因WAMS 資料量大，因此必須少于1 個(gè)小時(shí)）；然后通過(guò)取樣資料查詢窗，推導(dǎo)出此期間母線上每條線路的有功功率值；再根據(jù)WAMS 的歷史資料分析接口，推導(dǎo)出這一時(shí)期內(nèi)各個(gè)線路的WAMS 測(cè)量資料；最后比較發(fā)現(xiàn)兩者相差很大（超過(guò)5MW）或不同步的線路。

（4）220kV 母線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析：如果不均衡的有功母線是220kV，沒(méi)有WAMS 數(shù)據(jù)作參照，那么就需要通過(guò)狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)、對(duì)端線路數(shù)據(jù)、電氣能量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行故障定位。在廠、站接線圖中，可以看到不均衡母線連接的有功功率變化，特別是刷新周期大于10s 的線路；將每條線路的有功與狀態(tài)估算有功值、對(duì)端線路有功值、超過(guò)3MW 以上的線路進(jìn)行了比較。

（5）220kV 母線的歷史資料分析：需要對(duì)電力資料進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以提高故障線路的定位精度。進(jìn)入電力計(jì)量系統(tǒng)，在全電量查詢界面中，選取廠、電壓等級(jí)，就可以在一定時(shí)間（可選母平越限嚴(yán)重期）中，所選電壓等級(jí)線路的基礎(chǔ)代碼差（由站端電能計(jì)量設(shè)備測(cè)量）和功率積分（由 SCADA 測(cè)量功率計(jì)算），比較兩者相差較大（超過(guò)10%）的定位為故障線路。

（6）故障線路消除：針對(duì)以上故障線路進(jìn)行針對(duì)性的分析和消除，主要檢查設(shè)備的精確度、功率突變門檻、周期周期設(shè)置、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)時(shí)鐘、鏈路狀態(tài)、主站預(yù)置等[9]。

4 異常計(jì)量點(diǎn)定位軟件設(shè)計(jì)

4.1 電量母線不平衡異常計(jì)量點(diǎn)定位軟件

該軟件是電力匯流不均衡異常計(jì)量點(diǎn)定位軟件，它是一種新型的基于網(wǎng)絡(luò)的分布式監(jiān)測(cè)軟件，它包括了變電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)、運(yùn)行控制、信息綜合分析、異常點(diǎn)計(jì)算、計(jì)量點(diǎn)定位等方面的應(yīng)用。

4.1.1 軟件的智能化特征

該系統(tǒng)以IEC61850 為核心，實(shí)現(xiàn)了與IEC61850 設(shè)備的連接。該系統(tǒng)模型使用了圖形庫(kù)集成的方法，具有很好的配置靈活性，可以按需求進(jìn)行多種操作。該系統(tǒng)易于部署，不同的模型可以在不重復(fù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，具有多種數(shù)據(jù)庫(kù)配置的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)備份，在訪問(wèn)海量數(shù)據(jù)的情況下，不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。

4.1.2 軟件的體系結(jié)構(gòu)及運(yùn)行平臺(tái)

（1）體系結(jié)構(gòu)。如圖3 所示，顯示了匯流不均衡的異常測(cè)量點(diǎn)位置的軟件體系結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)是以智能變電站站控層應(yīng)用高度一體化的思想和目標(biāo)為基礎(chǔ)，將其劃分為應(yīng)用軟件、應(yīng)用平臺(tái)、操作系統(tǒng)、硬件平臺(tái)。該系統(tǒng)與硬件平臺(tái)能夠與國(guó)產(chǎn)Linux 操作系統(tǒng)、國(guó)內(nèi)服務(wù)器的硬件平臺(tái)相兼容；該系統(tǒng)采用了基于應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠很好地?cái)U(kuò)展站控層的應(yīng)用。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)Fig.3 System design architecture

為了達(dá)到這一目的，系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)庫(kù)存取、進(jìn)程間通信、運(yùn)行服務(wù)、前置通信服務(wù)等，都是以C/C++為基礎(chǔ)，并對(duì)操作系統(tǒng)API 進(jìn)行了封裝，并以中間件為基礎(chǔ)，以確保跨平臺(tái)的移植性能。應(yīng)用服務(wù)存取界面中的數(shù)據(jù)流封裝機(jī)制，避免了網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序問(wèn)題，使得系統(tǒng)中的各個(gè)模塊能夠在不同的硬件平臺(tái)上部署。

（2）DB 平臺(tái)。該數(shù)據(jù)庫(kù)使用了Oracle 的主流商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。Oracle 是以客戶機(jī)/服務(wù)架構(gòu)為基礎(chǔ)的，其主要技術(shù)特點(diǎn)是SQL（SQL）的先進(jìn)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言。客戶機(jī)提供了一個(gè)很好的人機(jī)接口，它負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行溝通，并將要求發(fā)送到服務(wù)器端，以獲得所需的信息。資料庫(kù)伺服器一端等候使用者的請(qǐng)求，處理需求，提供結(jié)果，而且可以同時(shí)處理多個(gè)使用者對(duì)相同資料的并行存取[10]。

（3）System 的硬件平臺(tái)。軟件服務(wù)器需要更多的計(jì)算機(jī)硬件。硬件平臺(tái)通常配備國(guó)內(nèi)的服務(wù)器硬件平臺(tái)，或者其他類型的服務(wù)器或者工作站，可以按客戶的需求進(jìn)行選擇。

4.2 數(shù)據(jù)辨識(shí)功能總體框架

站內(nèi)數(shù)據(jù)識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)典型的多任務(wù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，它要求支持人機(jī)交互、量測(cè)一致性判斷、零點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生、雙機(jī)同步，而且，這些任務(wù)都是并行的、協(xié)同的，所以，我們把它們分為3 個(gè)主線程。它的模塊體系結(jié)構(gòu)如圖4 所示，主要流程圖如圖5 所示。

圖4 模塊架構(gòu)Fig.4 Modular architecture

圖5 主要流程圖Fig.5 Main flow chart

5 結(jié)語(yǔ)

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)的電能平衡是一種非常有效的測(cè)量手段。對(duì)220kV 母線不均衡率的成因及影響進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)和完善，使母線不均衡電流得到了較好地控制。母線電量不均衡率的異常分析具有很強(qiáng)的邏輯性，需要對(duì)測(cè)量對(duì)象的操作有很高的了解，今后還需進(jìn)一步做如下工作：

從電能表、裝置接線、電流互感器、電壓互感器、二次回路等多個(gè)方面進(jìn)行分析，并進(jìn)行綜合處理；在保證二次負(fù)載不超過(guò)負(fù)載的前提下，對(duì)變壓器的變比、二次容量進(jìn)行合理的選擇；積極進(jìn)行舊變電所、就地生涯變電所、變電所變壓器二次負(fù)載的在線測(cè)試，電流、電壓回路的二次負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量有較大的影響，因此要重點(diǎn)研究二次回路的阻抗、電壓降等。