基于计量自动化系统的电能计量异常诊断技术研究

基于计量自动化系统的电能计量异常诊断技术研究

林钰明

海南电网有限责任公司海口供电局计量中心   海南省海口市     570100

摘要：当今社会的不断发展，城市化的不断进步，技术的不断提高，然而人们对电能计量的了解也越来越多。因此，为及时发现电能计量异常，减少电力企业和用户损失，提出基于计量自动化系统的电能计量异常诊断技术。利用面向服务的体系架构设计对应计量自动化系统，将系统分为数据采集、信息交换、业务处理等层次，建立整体架构；设置系统档案管理、预警管理、实时抄表等功能；在系统中引入均值聚类算法，根据采集的大量历史计量信息，建立时间序列重构计量信息，填补缺失数据；使用相对邻域信息熵算法，结合目标样本权重，计算异常数据在全域中的比例，通过离群度诊断电能计量是否异常。仿真实验表明，所提技术可以有效填补计量缺失数据，无论对于设备异常还是用户异常均有较高的诊断精度。

关键词：计量自动化系统；电能计量；异常；诊断技术

引言

作为社会生产生活与经济活动原动力的电能，其质量好坏与稳定性是关系国民生产秩序正常与否的关键要素，需要从根本上做到可靠保障。电力计量装置是对电能供应起到计量作用、便于供电部门进行规划与调整的终端设备，其工作状态与电能用户的使用体验和感受息息相关，电力计量装置一旦发生异常不但会影响对用户的电能供应，还会对国家电网造成经济损失。因此，保证电力计量装置良好的工作状态，是电网高效运行的底层基础保障。我国电力行业在20世纪90年代以前一直遵循计划时代经济的监测方法，政企分开垄断经营，没有明确的目标也没有主要的动力，由于管理的不恰当而导致效率低下，没有办法根据市场需求的变化而随机应变。中国的快速发展带动了电力行业的不断向前，在电能计量监测领域也随之出现了不少亟待解决的问题，为了实现更快的发展，处理和解决这些问题便成了现在的首要任务。

1计量自动化系统概述

电能计量自动化系统是一套涵盖全网各种计量点及采集终端，集信息采集、监控、分析和计量管理于一体的信息化数据平台。该系统平台体系从单一到完整，功能从简单到丰富，业务应用从原来主要以自动抄表为主，拓展到用电检查、电能量数据管理、线损分析、计量故障报警、远程巡检等多方面，覆盖厂站、专变、公变及低压用户，逐步完善，完成了从点到面的自动化信息管理，全方位的为电能计量装置稳定、可靠的运行保驾护航。计量和自动化系统建立于通信技术、数据传输及自动化工艺等多种技术综合运用，与原始的计量体系相比，它的优点是智能化更强、稳定性更好、安全系数更高。

2探究分析电力计量装置异常原因

加强用电管理，实现优质供电和准确计量，是电网提供优质服务的基础，也是电网建设的目标。从底层发现电力计量装置的潜在问题，做到有针对性地发现问题，有切入点地分析问题，创造性地解决问题。电能表、电压和电流的互感器以及测量柜都属于电力计量装置的组成部分。电能表作为核心构成要素，其主要作用是用来计算一定时间内电能的具体消耗。在计量装置无法正确识别电能关键系统操作时，电力计量装置则处于异常状态。如缓慢旋转、反向旋转、感应式电表卡计或电表计数变少等（不包括电子式电表）；此外，计量装置的损坏和异常位移也属于异常状态的范畴。计量装置一旦出现了系统故障干扰（主要是谐波问题），即代表电力计量装置出现了异常。在众多问题之中，电力计量装置出现异常最重要且最常见的原因就是窃电。因此，电力计量装置的异常可以分为自身故障和人为干扰两大类。针对自身故障，可以采取定期检查和报故排查的方式解决；针对人为干扰则需要设计监测方法进行智能诊断，以便及时发现违规行为并采取相应的管控措施。

3计量自动化系统的实际应用

3.1远程抄表应用

某专变用户电能表发生故障，显示屏和通讯口烧坏，已无法直接读取电能表读数。供用电双方需要故障电能表的当前所走的电量数据作为抄表收费的依据。计量运维人员利用计量自动化系统中的远程抄表记录功能，查找该用户的以往抄表数据，准确定位到系统里能查询到的最后的抄表时间点，进一步确定故障发生的时间。并以此时间点的抄表数据作为故障电能表的截止电量并及时进行电量追补，保障了计量的准确性，提高了运维的效率和质量。

3.2异常监控报警

（1）故障排查。计量运维人员在计量自动化系统里发现某三相三线计量专变用户失压报警，查询其电能表和负荷管理终端的A、C相电压大小均为四十几伏，根据运维人员经验判断该用户B相保险丝熔断。运维人员迅速联系用户约时间停电检查并带齐工器具和更换用的保险丝去到现场。停电检查发现用户B相保险丝熔断，立即更换了保险丝并及时进行电量追补。利用计量自动化系统及时发现、解决和排除故障，有效保护了用电设备，尽量减少了给用户带来的不便，同时也减少了所需追补的电量损失，这既是对供电企业负责也是对用户负责。（2）防止窃电。计量运维人员在计量自动化系统里发现某三相三线计量专变用户电流不平衡报警，进一步查询该用户的历史用电数据，发现其近期的A相电流相比以往明显降低，怀疑用户有窃电嫌疑。计量用检人员去到现场排查发现该用户计量柜观察窗破损，打开柜门发现计量接线盒A相电流进出端子之间有一根细小的金属线，用户利用该金属线从而短接了A相的一部分电流，导致电能表A相少计电量从而达到窃电目的。计量自动化系统能实时监测用户的用电情况，对窃电行为有预防和震慑作用，打消了很多抱有侥幸心理的用户的窃电意图，为供电企业取得了巨大的经济效益和社会价值。

4电力计量装置异常监测方法设计流程

4.1上层通信网监测

在异常监测设备中，由于主站与子站间分布方式的限制，子站的各个电力计量装置监测终端不能轻松地将自身数据发送给主站，需要依托远程采集技术来构建信息交互的通信网络。主站作为中央管控单元，需要处理电网中各级各类型的电力计量装置（既包括电力与能源终端，又包括作为管理端存在的配电监测与自动终端、售电管理设备等），由于层级复杂，功能迥异，需要分级管理，针对各个设备的信息收集数据通信系统提供公司用户与可控负荷间的信息交互。其遵循的通信标准必须是双向的，且必须是安全可靠的。一般来说，可以划分为有线和无线两种通信方法。

4.2底层通信网监测

采集终端和集中器的通信称之为底层通信网。在底层通信中传输距离不需要过长，采用总线通信便可达到目的。在总线通信网络中，所有节点共同享有同一个数据通道来进行广播通信，各个节点之间也可以相互联系。子站各节点到主站的通信成为上层通信，需要构建专用的通信网络。可以通过租用公共通信网络的形式建设上层通信，在条件允许的情况下，优先选择建设电力通信专网，实现核心数据的专网传输，提高数据保密性，并降低外界干扰。变电站系统终端为核心，用于收集和计算电量信息设备和信号设备提供的stealing继电器图像等，对所收集的数据进行存储和预处理。变电站和主站都能监测电力计量装置的异常状态。

结语

计量自动化系统的应用为电能计量管理工作提供了强大的数据支撑，为电能计量管理运维工作开辟了一条全新的思路。计量自动化系统实时全面的数据采集能力和系统高效的数据分析能力大大提高了电能计量的效率和质量，节省了大量的人力物力。而随着计量自动化终端的全面覆盖，计量自动化系统的数据采集将会遍布电网的每一个角落，为电能计量工作提供更加全面的实时数据。

参考文献

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