基于分相線損的低壓配電臺區反竊電分析

李順杰,仝翠芝,蘇 鑫

(1.國網冀北電力有限公司秦皇島供電公司,河北 秦皇島,066000;2.國網冀北電力有限公司智能配網中心,河北 秦皇島,066100)

0 引言

隨著市場經濟發展,電能需求增加,受經濟利益驅動,竊電現象層出不窮,竊電手段日趨技術化、隱蔽化,給反竊電工作帶來很大的考驗[1-2],因此,供電企業對于線損的管控日趨嚴格。臺區線損率是低壓配電臺區線損管控的重要指標,也是反竊電工作的重要依據[34]。臺區線損率指標由臺區三相供售電量的總和計算得到,并按照預定的閾值判斷臺區線損是否異常。當前冀北地區設定臺區線損率在-1%?7%為合格臺區,7%及以上為高損臺區,推斷可能發生竊電行為[56]。

用電信息采集系統以每日電能表零點凍結數據為基礎,以臺區總表發生的電量為供電量,臺區內所有用戶電能表發生的電量總和為售電量,加以數據處理形成臺區線損分析功能板塊,可以進行臺區日線損、月線損、時間段線損查詢以及按戶電量明細展示。利用此功能板塊,將現高損臺區的過去線損率合格日與線損率偏高日所有用戶的電量進行比對,根據竊電前后電量發生突變的特點辨別出竊電用戶,以便有針對性的開展反竊電工作。

然而,實際中竊電方式多數為表前跨接,電能表計量電量沒有發生突變,臺區電量比對無法辨別出竊電用戶,只能對該臺區諸多用戶進行逐戶核查;更有甚者,用戶竊電電量較小,臺區線損率可能仍在7%以下,該臺區會被視為合格臺區而不在現場用電檢查的行列,竊電用戶一直在臺區線損率合格范圍內而不被察覺。

高速電力載波通信(High Power Line Communication,HPLC)技術已廣泛應用,HPLC 通過相電壓過零時間信息,自動獲知臺區內電能表的相位[7]。基于用電信息采集系統中的相關數據,實現臺區分相線損率的計算[89]。目前,大部分學者對臺區分相線損率的定義和計算方法進行了闡述,但適用于只包含單相電能表的臺區,然而,實際中大部分臺區都是單相電能表、三相電能表共存,現有的計算方法無法滿足分相線損率的計算[10-11]。本文利用HPLC 相位識別技術和電壓數據相關性算法實現三相電能表相位識別,給出臺區分相線損率的計算過程,適用于包含單相電能表和三相電能表的臺區[1215]。結合實例表明,與當前普遍使用的臺區線損率相比,臺區分相線損率可以辨識出更多單相線損率偏高臺區,可縮小現場巡查范圍。

1 臺區電能表相位的識別

1.1 三相電能表相位識別算法

HPLC 通過電壓過零時間信息,自動獲知臺區內單相電能表的相位。臺區自動化抄表終端(集中器)的中央調節器(Central Coordinator,CCO)模塊和電能表的站點(Station,STA)模塊對各自的電壓過零時間信息進行采集,CCO 執行采集命令,獲取各STA 過零時間信息,與CCO 本地的過零時間信息進行對比、分析識別單相電能表的相位信息,相位識別結果通過用電信息采集系統相關功能模塊展示。

HPLC高頻采集技術可以獲取電能表96 點電壓時序數據,由于同一臺區內相同相位的電壓變化趨勢呈現一致性,相關性較高,因此在單相電能表相位已知的前提下,通過電壓數據相關性分析獲知三相電能表相位信息,具體步驟如下。

1)通過用電信息采集系統導出同一天臺區總表、三相電能表、單相電能表的96點電壓時序數據,對個別缺失值采用插值法進行補齊,得到原始電壓時序數據矩陣U;

2)將相鄰時刻電壓數據前后相減Δu=utut-1,獲得電壓幅值變化矩陣ΔU;

3)分別計算三相電能表a相電壓幅值變化ΔUa與A、B、C相單相電能表電壓幅值變化ΔUA、ΔUB、ΔUC的Pearson相關系數,計算公式為

式中:x i、y i分別為向量X、Y的第i個值;n為向量X、Y的維度;x-、y-分別為向量X、Y的均值;k為向量X、Y的相關系數,k∈(-1,1),k的絕對值越大,說明X與Y的相關性越高,k為正,X與Y正相關,k為負,X與Y負相關,由于同相位電壓變化趨勢為正相關,因此k為正數越大,說明兩者在同一相位。

計算得到相關系數向量KaA、KaB、KaC,求出KaA、KaB、KaC的最大值kaA、kaB、kaC;同理計算三相電能表b、c兩相,最終得到相關系數矩陣K

通過矩陣中數值較大的3個數,即可得到三相電能表各相的真實相位。例如kaA、kcB、kbC較大,則三相電能表相位為A、C、B;若有4個數值較大,kaA＞kaB＞kcB＞kbC,首先以最大的為準,先確定出一相,然后以同樣的方法再確定其他兩相,此三相電能表相位為A、C、B。

4)選取多天電壓數據進行拼接,數據量越大相位識別越準確。

1.2 算法驗證

選取冀北地區某供電中心10個典型臺區作為樣本對算法的準確性進行驗證,10個臺區均包含單相電能表和三相電能表,且單相電能表數量占優,通過臺區識別儀現場測試獲得三相電能表各相相位。通過用電信息采集系統(基本應用—HPLC管理—高頻采集數據明細/電能表相位信息)導出某天臺區內所有電能表的96點電壓數據和單相電能表相位明細,按1.1中算法步驟計算Pearson相關系數并進行三相電能表相位分析,如表1所示。

表1 某臺區三相電能表與單相電能表電壓變化Pearson相關系數

三相電能表相位a、b、c僅為表計液晶屏顯示的相位,一般情況下不是真實相位,由表1 中Pearson相關系數分析可知三相電能表1、2、3的相位均為A、C、B,與實際相符。典型臺區三相電能表相位識別準確率見表2。

表2 典型臺區三相電能表相位識別準確率

由表2可知,采用1.1節中算法對10個典型臺區三相電能表相位識別平均準確率達到96.04%,準確率較高,驗證了算法的準確性。

2 臺區分相線損率的計算

低壓配電臺區內有臺區總表、單相電能表用戶和三相電能表用戶,臺區總表當日發生電量為供電量,單相電能表用戶和三相電能表用戶當日發生電量之和為售電量。臺區線損率計算公式為

式中:L為臺區線損率;WG為臺區總表電量;WS為臺區戶表電量之和。

臺區分相線損率就是對臺區A 相、B相、C 相分別計算線損率,計算公式為

式中:LA、LB、LC分別 為A 相、B相、C 相線損率;WGA、WGB、WGC分別為臺區總表分相電量;WDA、WDB、WDC為單相電能表用戶分相電量之和;WTA、WTB、WTC為三相電能表用戶分相電量之和。

對于單相電能表用戶,通過用電信息采集系統(高級應用—臺區線損分析)導出臺區售電量明細,剔除三相電能表用戶、保留單相電能表用戶,得到單相電能表用戶當日發生的電量。采用HPLC的臺區可以識別電能表相位,通過用電信息采集系統(基本應用—HPLC 管理—電能表相位信息)導出臺區內單相電能表相位明細。將相同相位的電能表電量求和,得到單相電能表用戶分相電量WDA、WDB、WDC。

對于臺區總表和三相電能表用戶,由于現安裝的智能三相電能表不具備電能分相計量功能,無法直接獲取三相電能表分相電量。依據電量等于有功功率對時間的積分,因此,可以用分相有功功率計算分相電量。

式中:W為電量;P為瞬時有功功率。采用HPLC的臺區,集中器每天對電能表電壓、電流、功率進行高頻采集并上報主站,采集周期15 min,全天24 h共采96個點。通過用電信息采集系統(基本應用—HPLC管理—高頻采集數據明細)導出臺區總表和三相電能表分相96點有功功率時序數據,利用積分數值計算方法中復合梯形公式計算分相電量近似值[16],

式中:W為電量;P j為第j個采集點的有功功率;h為步長,采集周期15 min,h=15/60;N為倍率。計算得到臺區總表分相電量WGA、WGB、WGC和三相電能表用戶分相電量,將三相電能表用戶相同相位的電量求和得到WTA、WTB、WTC。最后,利用公式(4)—(6)得到臺區分相線損率。

通過臺區分相線損率的計算,分別得到A、B、C單相的線損率,可以清晰的看出各相線損率之間的差異,找出線損率較高的相別。只針對該相別的計量裝置進行現場排查,集中精力,快速找出計量故障點、查處竊電。同時,計量故障也可能是計量裝置本身出現故障或電能表安裝時工作人員錯接線、端子虛接等原因造成。通過分相線損異常分析,找出導致整個臺區線損率偏高的相別,快速準確排查出故障電能表、互感器。

3 實例分析

冀北地區某小區供電設施較新,大多數公用變壓器臺區線損率在1%左右,日損失電量10 k Wh。但有1臺公用變壓器容量630 k VA,臺區內低壓用戶151戶,2021年夏季臺區日供電量約800 k Wh,臺區線損率在4%?6%,小于7%,線損率合格,日損失電量約50 k Wh,該小區根據經驗推測該臺區線損率可能偏高。選取供電量大致相同、線損率相差最大的7月11—21日進行初步分析,如表3所示。

表3 某公用變壓器臺區電量及線損率

通過用電信息采集系統(高級應用—臺區線損分析)導出11日與21日臺區內所有用戶的電量進行比對,無電量變化明顯的用戶,利用臺區線損率分析無效。該臺區為HPLC臺區,可以進一步分析臺區分相線損率,由于計算分相線損率需要96點電壓、電流、功率的采集數據,選取數據采集最齊全的8月16日計算分相線損率結果如表4所示。

表4 某公用變壓器臺區分相線損率

由表4 可以看出,該臺區B 相線損率達到24%,遠遠高于正常范圍,判斷B相存在問題。用電檢查人員只需核查B 相所帶用戶計量裝置即可,并且要特別注意三相計量裝置的B 相。經系統查詢,有48個單相電能表用戶和7個三相電能表用戶為B相所帶,共核查55戶,無需對臺區內151戶全部核查,大大減少了工作量。

經現場核查發現,該小區消防設施用計量裝置為經電流互感器接入的三相四線電能表,倍率60。用鉗形電流表測得B相主電纜電流7.56 A,電能表顯示B相電流0.057 A,乘以倍率后為3.42 A,小于主電纜實際電流。經檢查發現B相接線端子內被涂抹502膠水使其導電性變差,造成電流互感器二次回路電流變小,少記電量。現場對竊電用戶下發《違竊電通知書》,經處理整改后該臺區線損率降至1%,日損失電量降至10 k Wh,如表5所示。

表5 整改后某小區臺區線損統計

4 結論

本文基于用電信息采集系統相關數據,利用HPLC相位識別技術和電壓數據相關性算法實現單相電能表和三相電能表的相位識別,利用有功功率數據和數值積分方法得到三相電能表分相電量,實現臺區分相線損率的計算。選取臺區線損率在正常高值的某小區公用變壓器計算臺區分相線損率,發現B相線損率偏高,現場只檢查B相所帶計量裝置,發現用戶竊電行為。由此表明,臺區線損率合格的臺區可能分相線損率并不合格,分相線損率可以辨識出更多的高線損率臺區;臺區分相線損率便于發現問題相,現場作業人員只需檢查問題相所帶用戶計量裝置,可縮小現場巡查范圍,減少工作量,具有較強的實用性。下一步將利用HPLC 高頻采集數據功能,深入挖掘數據信息,基于大數據開發更具優勢的相位識別算法,使三相電能表相位識別準確率更高,過程更為簡便。