电能计量设备故障在线诊断技术分析龚彬彬

电能计量设备故障在线诊断技术分析龚彬彬

龚彬彬

自贡电力建设集团公司沿滩分公司四川自贡643000

摘要：电能计量设备是对电力系统电力能源生产、供应、消耗所产生数据信息加以收集与计量的重要设备，其故障问题会影响数据收集与计量的精准性，基于此，本文结合先进的信息技术与智能化技术，谨就电能计量设备故障的在线检测与诊断技术加以探讨及分析，以期通过有效的故障诊断技术为故障排除提供参考。

关键词：电能计量设备；故障在线诊断；数据挖掘技术

前言：电能计量设备包括电能表、电压互感器、电流互感器及二次回路等，作为电力系统运行中的重要计量装置，其重要性不言而喻，为此就需要采取有效措施保证电能计量装置运行与计量的精准性及可靠性，就可以采用具备精准性与高效性的在线诊断技术来加以实现。

1.电能计量设备故障诊断方法

1.1数据挖掘技术

电力能源计量设备需要在电力系统运行中做好电力能源检测工作，所需要的设备数量众多，需要采集大量大量数据信息。电能计量设备故障问题一般包括硬件故障、软件故障、时钟故障等，需要基于其所收集到的信息数据进行分析与提取，以分析是否存在故障信息，就需要数据挖掘技术给予支撑。故障信息数据挖掘技术的应用可以通过数据信息的关联性分析、数据分类、回归分析、聚类分析、序列分析、趋势分析等方法，以大量数据信息为支撑对故障信息加以确定。在对电能计量设备进行故障检测与诊断时，数据挖掘技术最为常见的在线诊断方法之一。

数据挖掘技术应用于电能计量设备在线诊断中，以关联规则为基础进行数据挖掘时，一般所产生的故障信息为：，故障在线诊断结果为。如果F的项或集为X；R的项或集为Y，则采用的数据挖掘技术为蕴含式。基于关联规则，采用数据挖掘技术，如果存在，则对故障信息进行分析与挖掘之后，确定存在故障，该故障问题诊断的支持度为，置信度为[1]。

1.2互感器一次侧及二次侧故障的诊断

1.2.1在线诊断原理

电能计量设备的在线检测主要通过现场检测装置、校验装置、通信系统与管理系统共同组成，通过标准电能表进行现场检测与现场教研，对数据采集模块加以切换，对被检测对象的一个组成部分为主体进行在线检测，对电压信号、电流信号、脉冲信号及相应数据信息加以采集。以标准电能表作为对检测对象加以比对，明确是否存在测量超差。通过计算机对数据信息进行收集、分析与诊断，明确电能表与电流及电压互感器及其二次回路的运行状态，对于所收集到的数据信息加以存储，以作为日后检测与诊断的数据基础。通过网络途径，以远程计算机进行远程监控或检测数据分析。

1.2.2互感器故障的在线诊断

电能计量设备一次侧中，电压互感器很少发生短路故障，电流互感器很少发生开路故障，以保证电力系统的正常供电，因此一般电压互感器一次侧的常见故障为线圈匝间短路故障或开路故障，或者电流互感器一次侧短路故障。电压互感器一次侧匝间短路，可以通过对于一次及二次电压的测量，对比无故障状态下的电压数据，以判断是否存在设备故障问题。开路故障可以对二次电压测量加以判定，如果开路不存在电压，则存在故障问题。电流互感器一次侧短路故障很难通过直接测量确定，可将网络阻抗变化情况作为基础进行故障诊断。相较于费短路故障，短路故障发生时，网络等效阻抗会受到负荷变化的影响而产生较大变化。

电能计量设备二次侧中，一般电压互感器主要会发生开路故障或反接故障，电流互感器故障则主要为反接故障或者相间短路故障。对于电压互感器二次侧电压加以测量，以实现对于电压互感器开路故障及反接故障的有效诊断。电流互感器二次侧反接故障，会导致电能表翻转；相间短路故障会导致电能表运行速度下降，可以通过与其正常运行状态之间的对比来判断是否处于故障状态[2]。

表1互感器常见故障

2.电能计量系统故障信号提取技术

2.1互感器磁芯测试

电能计量设备包括测量用电流及电压互感器，当电力网络存在较大电力负荷时，由于测量互感器的二次回路阻抗较大，或者所用铁芯的问题，可能会出现饱和现象。当测量互感器二次回路与断路状态接近时，设备在线性区运行。二次回路作为激励信号，在计量系统中如果阻抗过小，则激励信号容易受到其他因素的干扰，故障检测信号的提取效果会受到影响。

铁芯不同，测量互感器的饱和也不同，测试不同铁芯的互感器，通过分压电阻将10V幅值的正弦激励信号添加于测量互感器二次绕组。在测试中，保持原有的分压电阻值，调整二次绕组匝数，经过试验可以去顶，激励信号频率过高的情况下，CT一次侧阻抗变化无法精准反应二次侧。以代表微晶铁芯测量互感器一次侧短路前的二次侧电压，以代表短路后的二次侧电压，代表频铁芯测量互感器一次侧短路前的二次侧电压，以代表短路后的二次侧电压；以铁氧体磁芯测量互感器一次侧短路前的二次侧电压，代表短路后的二次侧电压。

基于以上测试结果，互感器铁芯不同，则其在不同频率信息号下的短路电压会发生变化，当测量互感器采用工频铁芯时，短路电压变化现象明显，基于相应测试频率，工频铁芯具有更好的导磁性能，具备一定的抗饱和效果，并且灵敏反应一次侧电压变化，因此在故障在线检测与诊断中的应用具有优势，可选用工频铁芯测量互感器作为故障电能计量设备。

表2互感器磁芯测试结果

2.2互感器阻抗测试

测量互感器二次回路包括激励信号源、分压电阻及二次绕组，分压电阻将激励信号电压添加到互感器的二次绕组上，以并联的方式将阻值为1053的电阻连接到二次绕组两端，如果存在工频信号，将原来阻抗及电阻并联作为二次回路的电阻，降低电阻阻值，由47.5Ω调整至27Ω，以此降低回路阻抗，强化激励信号在二次绕组上的压降。测试互感器二次回路阻抗，代表其激励信号电压；为二次回路电流；为经过并联的二次回路电流。

实际上，原来阻抗阻值下降的同时，并联前后的二次回路电流都会有所提高，二次回路阻抗下降，同时并联之后的二次回路电流都高于二次回路电流，则电阻并联之后，二次回路阻抗下降。原来阻抗阻值的增加，使二次绕组电压上升，互感器二次回路阻抗下降，测量互感器饱和情况削弱。

为了避免互感器饱和，增加互感器匝数比，以降低以此侧电压，不考虑漏磁阻值，计算互感器一次侧电动势平衡：

该公式中包括互感器一次侧测量匝数及互感器一次侧电压有效值；工频信号频率f；主磁通有效值。基于以上公式，在相同频率下，测量互感器一次侧电压决定主磁通，测量互感器饱和现象被削弱。

采用2.4~3.6VA/D转换电路，0~2.5V测量电路输出电压。出于提高电路转换精准性的考量，调整参考电压，并设置限幅装置，削弱采样信号的干扰，提高检测精准性与有效性。优化故障检测电路，对优化后的电路进行试验测试，避免当电网负荷达到额定负荷30%时，出现测试互感器的不饱和问题[3]。

表3二次侧回路阻抗测试结果

结语：电能计量设备的故障诊断可以利用数据挖掘技术，对电流及电压互感器等设备在运行中存在的一次侧及二次侧故障加以在线检测与诊断。出于保证电能计量设备故障检测与诊断效果的考量，还可以采用电能计量系统故障检测信号提取技术。

参考文献：

[1]郭斌.电能计量设备故障在线诊断技术分析[J].电气技术与经济,2018(01):43-44+51.

[2]陈健华.电能计量故障检测及常见故障研究[J].智库时代,2017(17):236+238.

[3]梁威,赵建军,张月阳.电能计量系统故障检测信号提取研究[J].河南大学学报(自然科学版),2015,45(03):349-353.