基于数据采集的电能计量装置远程在线检测方法

张 弛

（国网江苏省电力有限公司仪征市供电分公司）

电能计量装置作为电力系统高效运行中的重要装置设备，对配电网与电力系统的稳定运行具有较大影响［1］。在配电网的不断运行过程中，受到运行环境与运行条件等多项不确定因素的影响，电能计量装置的运行状态较不稳定［2］。科学合理的电能计量装置检测方法至关重要，能够准确地检测出用电单位与配电网之间的电量交易情况［3］。现阶段，我国对于电能计量装置检测方法的研究日益成熟，主要从电能计量装置信号诊断、电能计量装置数据模型诊断与电能经验判断三个角度出发，通过人工检测操作的方式，实现检测的目标［4］。传统的电能计量装置检测方法在实际应用过程中仍然存在较大的不足，主要体现在用电终端数据采集中，一旦数据量较庞大，检测结果的精度与检测效率得不到保障，导致电能计量装置运行出现故障，不符合当前电力行业智能化、自动化的发展需求［5］。数据采集技术作为现阶段发展较为先进的技术，通过智能化的采集方式，采集用电终端的信息数据，能够有效地改善传统方法的不足［6］。

基于此，本文引入数据采集技术，设计一种新的电能计量装置远程在线检测方法，为提高电能计量装置运行效率与运行质量做出贡献。

1.1 电能计量装置同步波形远程采集

本文设计的电能计量装置远程在线检测方法中，首先，分析装置的实际运行状况与运行特征，获取装置电压与电流的变化趋势。在此基础上，远程采集电能计量装置的同步波形，为后续的远程在线检测提供基础保障。本文设计的电能计量装置同步波形远程采集流程如图1所示。

如图1所示，首先，综合考虑变电站负荷的影响，利用互感器，转换电能计量前置装置的AD芯片参数。基于脉冲触发方式，将转换后的AD芯片参数上传至远程在线检测中心，判断电能计量装置的脉冲是否成功接收，若成功接收脉冲，则将电能计量装置波形数据传输至远程在线检测SPI接口，存储计量装置与电能表的脉冲信号；
若未成功接收，则作废此次电能计量前置装置AD芯片参数，继续检测装置关口表脉冲信号［7］。存储结束后，对存储的脉冲信号进行汇总统计，确定脉冲信号的数量，判断存储的脉冲信号个数是否符合传输脉冲信号个数，若符合，则远程停止电能计量装置同步波形脉冲数据的存储，将数据上传至远程在线检测控制中心；
若不符合，则重复上述步骤，直至完成电能计量装置同步波形的远程采集［8］。

图1 电能计量装置同步波形远程采集流程

1.2 基于数据采集技术的异常电量检测

基于上述电能计量装置同步波形远程采集结束后，采用数据采集技术，对电能计量装置的异常电量状况进行全方位的远程在线检测。首先，对比用户在相同时间周期内，电量数据的变化，利用数据采集技术，定期采集不同电能计量设备、电能表与终端的用电量数据。根据用户的用电规律，对比分析电量数据是否存在异常情况，获取不符合用电规律的用户，从中得出电量数据的计量差异。设置电量数据计量差异检测阈值，指定电能计量装置回路的两个相邻测量点，采集电量数据，获取相邻测量点之间电量的差值。基于电量数据计量差动计算方法，计算电能计量装置的电量差动比率，计算公式为：

式中，W表示电能计量装置的电量差动比率；
M表示电能计量装置与电能表的电量和；
Ma表示终端电量。将计算获取到的电能计量装置电量差动比率，与设置的电量异常检测阈值进行对比，若电量差动比率大于检测阈值，则远程在线检测中心会发出电量差异警告，工作人员根据差异警告，第一时间获取电量的异常情况，并制定相应的解决方案。部分供电公司变电站电能计量装置在运行的峰谷时段，会出现用电负荷数据非正常突变的情况，装置运行数据与实际数据之间差异较大，此时，应当远程在线判断装置的用电状况与用电特征是否正常。根据各个时段电能计量装置电量与总电量之间的关系及规律性指标，提取装置负荷行度的标准差，公式为：

式中，δ表示电能计量装置负荷行度的标准差；
αa，b表示第b天第a个电量数据采样点的负荷行度；
ea表示第a个电量数据采样点相邻几天的负荷行度均值。根据提取到的电能计量装置负荷行度标准差，获取电能计量装置的用电规律正态分布情况，实现装置异常电量远程在线检测的目标。

1.3 二次回路电压检测

在电能计量装置异常电量检测结束后，获取到装置的用电规律正态分布情况。结合电能计量装置校验检测的原理，对装置的二次回路电压进行全方位、全过程的远程在线动态检测。首先，设定装置远程在线检测的自动周期，在该周期内，降低装置二次回路的电压与二次负荷，使装置电压与负荷的周期变化满足相关的要求。检测变电站各个装置设备的接线方式是否合理，切换装置PT电压的母线连接方式，采用半断路器式接线方式，提高电能计量装置二次电压数值变化的精度。在电能计量装置的起始端，设置二次回路电压阈值，启动装置，获取二次回路电压差值，通过电路模块，采集装置二次回路电压数据，获取压降。根据压降的实际数值，判断电能计量装置不同回路之间的干扰程度。基于电能计量装置二次端电压信号的变化，计算二次回路的负荷，公式为：

式中，Q表示电能计量装置PT二次负荷；
U表示电能计量装置远程在线检测到的PT二次电压值；
I表示电能计量装置的PT二次电流；
ΔI表示电能计量装置PT二次电流差值。通过计算，获取到装置的二次回路负荷值，能够远程反映装置二次回路电压的异常情况，实现电能计量装置二次回路电压的远程在线检测。

综合上述内容，为本文设计的基于数据采集的电能计量装置远程在线检测方法的整体流程。为了进一步对本文设计的远程在线检测方法的可行性做出客观分析，进行如下文所示的实验。本次实验选取某地区X供电公司变电站电能计量装置作为研究目标，将本文设计的远程在线检测方法应用到该电能计量装置中，对电能表的运行状态进行全方位、全过程的动态检测。首先，对X供电公司变电站电能计量装置的相关信息做出深入分析，该电能计量装置区下包含6个用户，电能计量装置的线损率在11.5%～14.5%范围内，各个用户的用电量及对应的线损率数据，如下表所示。

表 用户用电量及线损率

如表1所示，为X供电公司变电站电能计量装置区下用户的用电量及线损率参数，获取电能计量装置的运行状况。在此基础上，综合考虑电能表与变电站终端的影响关系，结合数据采集技术，建立电能计量装置远程在线检测状态模糊关系矩阵：

式中，Δ表示电能计量装置各个部件运行状态的系数集；
M表示电能计量装置异常故障类型。通过建立的远程在线检测状态模糊关系矩阵，获取电能计量装置检测的模糊指标与检测优先关系排序决策。采用物联网技术，远程分析X供电公司变电站电能计量装置的状态特征变化，结合三相电压值的差异，设置远程在线检测的正常范围。在电能计量装置中均匀布设检测点，通过远程数据采集技术，实现电能计量装置远程实时在线检测的目标。

为了更加直观地验证本文设计的远程在线检测方法的有效性，采用对比分析的实验方法，将本文设计的基于数据采集的远程在线检测方法，与传统的基于信息融合技术的远程在线检测方法进行对比。在电能计量装置中设置6种不同类型的故障，利用上述两种在线检测方法，远程检测电能计量装置，为了使检测结果更加客观，进行多次实验。采用Matlab分析软件与有限元分析软件，测定两种方法远程检测方法的故障检出率，并对比，结果如图2所示。

图2 两种方法故障检出率对比结果

根据图2的对比结果可知，在两种电能计量装置远程在线检测方法中，本文设计的基于数据采集的检测方法，在多次检测实验中，故障检出率均高于传统检测方法，故障检出率均在96%以上，远程在线检测精度较高，优势显著。

电能计量装置作为电能生产、电能传输与电能高效使用中的重要装置，对电力应用的效果具有较大影响。为了改善传统电能计量装置在实际应用中存在的不足与问题，本文引入数据采集技术，设计电能计量装置远程在线检测方法。通过本文的研究，有效地提升电能计量装置运行的质量与效率，保障装置运行的安全，对电能计量装置的运维管理具有重要研究意义。

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