智能变电站计量系统安全防护技术探讨

智能变电站计量系统安全防护技术探讨

王嵬

国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司 辽宁 鞍山 114001

摘要：电能是国民经济和人民生活极为重要的能源，电气化程度和管理现代化水平是衡量一个国家是否发达的重要标志。因此对电能计量系统的误差进行研究并尽可能的降低误差就显得尤为重要。相较于欧美发达国家，我国在测量方面的研究相对滞后。相较于前期的检定装置，多功能电子式检定装置功能更丰富，性能更优越，更具智能化，具有很高的检测精度与检定效率。２０１５年，我国自主研发使用的多表位检定装置能够同时实现对多块电能表的检定，其精度能够达到０．０１级。从内部电路结构、外部潮湿敏感、芯片封装工艺等角度详细分析了电子式电能表故障产生原因以及防范措施。

关键词：智能变电站 计量系统

中图分类号： Ｖ２４２．３＋３ 文献标识码：A

引言

随着国内用电需求的增大，电力系统负载量逐年递增，装机容量亦需逐年变大。大功率电力器件尤其是换流器等的应用，使流入电网系统的谐波急剧增加，电网输出电压畸变越来越大。电力谐波对电网影响较大，首先会导致变压器等电力设备出现温度异常，影响电力设备的安全稳定运行，其次会对电能计量产生很大影响，而电力计量关系到电网输出能量的统计与计算。电能统计出现偏差，会对电力公司和用户产生影响。电能表是电能计量的核心设备，给收费系统提供重要的用电数据。谐波会使电能表计量产生偏差，准确度降低，因此解决谐波对电能计量的影响，成为当前亟需解决的问题。

1 电能计量装置误差校验系统设计

1. 1 系统总体设计基于组态软件设计了电能计量装置误差校验系统。系统分为硬件、软件2 个部分。其中，硬件环境的功能包括电能计量装置校验、压降测试以及综合误差统计等，主要包括现场监测设备。软件环境部分，在后台管理中心，通过组态软件技术分析电能计量装置中的初始数据，然后利用 BP 神经网络对电能计量装置误差进行预测，再通过结合优化模型实现对计量数据的误差校验。系统各项功能的实现在通信网络环境下实现。( 1) 现场监测设备。主要负责电能计量信号的采集以及分析处理等相关工作，同时系统管理员还能够远程控制计算机，实现远程通信。( 2) 通信网络。有效实现数据传输的介质。( 3) 后台管理中心。为整个系统的控制中心，在远程控制的基础上，还能够对测试数据进行统计和分析，有效实现数据共享。

1.2系统硬件设计

系统在实际设计的过程中，主要通过关口以及大用户等类型的电能计量装置进行全面的测试以及故障确定等操作。系统主要结合计算机技术、远程通信以及控制技术等，展开对电能计量装置误差校验。有关于关口或者特大用户电能计量装置的远程误差校验，主要是针对电能表进行远程检验。系统主要负责装置中不同类型的脉冲信号，根据 A/D转换和数字处理完成误差校验和对应线路故障检测。

2电能计量系统误差分析

　 2.1电子式电能表误差描述

电子式电能表的误差主要来自于电压／电流变换器误差、乘法器与 Ｕ／ｆ变换器误差以及响应时间、测量重复性误差等。实际应用中，温度误差、Ｕ／ｆ 转换的高频脉冲信号脉冲量化误差可以忽略不计。电子式电能表的基本误差与附加误差依靠定性分析与试验数据对其进行误差特性分析。

2.2电能计量系统综合误差

电能计量系统的综合误差主要包括电能表误差、互感器合成误差以及电压互感器二次回路压降造成的误差。其中，互感器合成误差主要指以不同接线方式与电能表相连后电流互感器、电压互感器的比差、角差形成的误差合成。在工程中，电能计量系统综合误差主要有两种方案，第一种是将电能表误差、互感器合成误差以及二次回路压降误差综合考虑。第二种是将电压互感器二次回路压降误差归算到电压互感器的误差中，再求出互感器合成误差，最后形成电能计量系统综合误差。

3谐波对电能表计量的影响

3.1谐波对感应式电能表的影响分析

感应式电能表原理可知，当电网中存在谐波时，在负载电压以及电流不变的情况下，频率发生变化，电压线圈内的阻抗值就会发生改变，电压工作磁通、转盘阻抗相继发生改变，会造成电流磁通改变，从而影响电能表驱动、抑制及补偿力矩的改变，造成电能计量误差。与此同时，因为谐波并不是单一的，而是多种多样的，所以会导致磁通与电流和电压波形变化不成比例，对计量准确性造成影响。

3.2谐波对电子式电能表的影响

电子式电能表前端主要应用的是低频滤波技术，因此电子式电能表电能计量主要集中在基波电能及频率较低的谐波电能。当电网中存在大量谐波时，电压和电流波形都会发生一定的畸变，会对电子式电能表计量带来一定的误差。相对于感应式电能表，电子式电能表误差会小一些，因为电子式电能表频带可调，而且宽度较宽，所以可以涵盖基波功率计量和一定范围内的谐波功率计量。

4系统改进设计

4.1硬件滤波电路

分析电力谐波可知，经有源滤波器电路可以有效对谐波进行滤除。电网输出的负载为非线性负载，有源滤波器包括谐波电流检测单元、电流跟踪控制单元、开关驱动单元及主电路单元。其中谐波电流检测单元主要是检测电网中的谐波分量以及系统电压，完成检测后将信号发送给电流跟踪控制单元，根据系统控制算法，输出ＰＷＭ 波，ＰＷＭ 波对开关驱动单元进行控制，完成对电流信号的补偿。主电路单元根据监测结果，向电网输入相应的补偿电流，电流相位与幅值均与非线性电流相反，实现滤波功能。

4.2软件流程

在硬件滤波基础上，对软件程序流程进行改进设计。电能计量整个过程包括信号采样、参数设置、系统初始化、中断服务函数、快速傅里叶变换及电能计量。

5提升方法

5.1改进运维模式

运维管理的水平和效率关系整个电力系统的安全稳定运行，为保证可靠的供电服务质量，并且顺应新时期智慧电网的发展需求，应当建立健全运维管理制度。从源头上改进电网的运维模式。①改进值班方式，传统的值班方式主要对突发现象进行处理，缺少对日常工作的关注力度。对此，应该结合具体运维状况，合理改进值班方式，同时科学配置值班人员，即便处于节假日或夜晚，都可以保证运维管理有效进行；②编制运维管理细则，健全优化有关制度要求，提高制度执行力，使运维管理更高效、更合理^[1]。

5.2 加强设备管控

针对常规变电站内设备，以高压隔离开关为例，从电气制造厂内开始就应加强设备追踪，在生产制造环节应仔细检查铝铜接触，避免严重的发热问题等，提升对设备全生命周期的管控水平。针对智能变电站，因为实际运行时，常常会出现断路器故障问题，往往会反映在拒动及误动两点。对断路器故障采取的措施包括要求设备检测工作者应科学选取断路器，建议选用延迟型断路器等。其他变电站关键设备如开关柜等，同样需要采取有效措施进行设备管控和缺陷整改^[2]。

结束语

现代化电能计量系统不仅能够计量电量，还可以实时采集电能表数据以及电能计量设备运行状态参数，有利于电能损耗的判断，满足逐步实现电能计量误差降低到最小的目标。指明了电能计量系统的主要组成、常见接线方式以及影响电能计量精度的误差因素，得到电能计量综合误差。结合某地区配电网现状，分析了供电线路接线方式、中性点接地方式对配电网电能计量系统可能产生的计量误差，通过实例说明该地区配电网电能计量误差的实际情况。最后，选用不确定度理论对电能计量系统的电子式电能表、电流互感器的检定情况进行评价。根据电能计量误差分析结果以及检定结果，初步给出了误差降低的应对策略^[3]。

参考文献：

[1]钱黎鸣.基于智能变电站运维及操作的研究与应用[J].低碳世界,2021,11(10):133-134.

[2]贾志飞.智能变电站几点运维关键技术研究[J].电力设备管理,2021(09):39-40.

[3]陆月朋.配电网电能计量系统误差分析及评价研究[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2021,39(05):57-60+90.