楊作鵬 黑龍江省電力科學(xué)研究院

高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障分析與建模

楊作鵬 黑龍江省電力科學(xué)研究院

高壓電力；計(jì)量系統(tǒng)；故障分析；建模

改革開(kāi)放以來(lái)，電力企業(yè)發(fā)展迅速，電能成為了所有企業(yè)個(gè)人不能離開(kāi)的能源，并且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于電能的需求也在不斷增加。對(duì)于電力企業(yè)的要求也就更高，如何保證用戶(hù)安全，如何保證電能計(jì)量準(zhǔn)確都是電力企業(yè)必須要考慮的問(wèn)題。高壓電力計(jì)量系統(tǒng)對(duì)于電力企業(yè)的重要性也就更加凸顯，電力企業(yè)在如何減少其故障出現(xiàn)的問(wèn)題上，也就更加重視。

1.高壓電力計(jì)量系統(tǒng)的工作原理

高壓電力計(jì)量系統(tǒng)主要是由四個(gè)部分組成，分別是電流互感器、電壓互感器、二次導(dǎo)線(xiàn)以及電能計(jì)量表組成。在高壓電力計(jì)量系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)論四個(gè)環(huán)節(jié)哪部分出現(xiàn)故障，都會(huì)造成整個(gè)高壓電力計(jì)量系統(tǒng)的故障。在電能計(jì)量中，主要是計(jì)算通過(guò)電能計(jì)量表的負(fù)荷電流，來(lái)進(jìn)行用戶(hù)用電量統(tǒng)計(jì)的。電流會(huì)隨著負(fù)荷的大小改變而改變，如果采用電流互感器對(duì)電路進(jìn)行分流工作，就無(wú)法對(duì)于得知用戶(hù)的電流是因?yàn)榉至鬟€是負(fù)荷所減小的。

2.高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障原因及類(lèi)型

2.1 高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障原因

電能是不斷進(jìn)行計(jì)量的數(shù)據(jù)，僅僅是一個(gè)微小的誤差，就很可能在積累中對(duì)于電能數(shù)據(jù)造成重要的影響，出現(xiàn)誤差對(duì)于電力企業(yè)以及用戶(hù)來(lái)講都是重要的損失。導(dǎo)致高壓電力計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障的因素有很多種，電能表接線(xiàn)的錯(cuò)誤會(huì)造成電能計(jì)量錯(cuò)誤；電流互感器出現(xiàn)短路也能造成電能計(jì)量不正確。

2.2 高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障類(lèi)型

（1）電壓類(lèi)型故障。電壓引起的高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障，主要是由于電壓在接線(xiàn)是發(fā)生錯(cuò)誤引起的。某相斷開(kāi)就可能造成失壓，進(jìn)而引起電力計(jì)量錯(cuò)誤；某相電壓短鏈接不緊，也可能造成欠壓現(xiàn)象，引起計(jì)量失誤。

（2）電流類(lèi)型故障。電流故障主要是指在接線(xiàn)中，通過(guò)電流的接線(xiàn)處出現(xiàn)問(wèn)題引起的故障。在實(shí)際運(yùn)行中，如果電流電路出現(xiàn)短路或者虛接，都很有可能造成電能表計(jì)數(shù)不準(zhǔn)。

（3）移相類(lèi)型故障。如果電能表的正常接線(xiàn)方式被改變，就很可能造成電能表的相位發(fā)生改變；在同一相位接入電流或者是電壓，也會(huì)造成相位的異常，這種移相的出現(xiàn)都會(huì)影響電能表正常計(jì)數(shù)，從而導(dǎo)致高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障。

（4）擴(kuò)差類(lèi)型故障。這種故障類(lèi)型出現(xiàn)一般都是人為的原因，是由于電力計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差變大而出現(xiàn)的故障，這種故障一般都是由于人為竊電所造成的。如果用戶(hù)私自拆開(kāi)電能表，改變其性能結(jié)構(gòu)，就會(huì)造成擴(kuò)差故障。經(jīng)過(guò)外力作用改變電表計(jì)量誤差，也會(huì)造成高壓電力計(jì)量系統(tǒng)故障。

（5）分流類(lèi)型故障。如果電流不經(jīng)過(guò)電能表電流，或者只是有部分電流經(jīng)過(guò)電能表，就可以在很大程度上較少電能表計(jì)數(shù)，這種故障出現(xiàn)也大多是人為因素造成的，在電能表進(jìn)行接線(xiàn)之前就對(duì)電能回路進(jìn)行分流就可以造成分流故障的出現(xiàn)。

3.電力系統(tǒng)故障具體分析

一般是依據(jù)保護(hù)裝置的實(shí)際需求來(lái)決定電流互感器的一次電流。那么一次設(shè)備的額定電流則需要根據(jù)三相短路動(dòng)穩(wěn)的大小與熱穩(wěn)電流的大小來(lái)選擇，客觀(guān)上來(lái)講電流互感器的額定一次電流是需要依變壓器的額定容量來(lái)決定。但是人們?cè)谶x擇時(shí)，必須還是要有一個(gè)上限，保證電流互感器的變比不會(huì)發(fā)生大幅度的變換，從而達(dá)到繼電保護(hù)的穩(wěn)定性和計(jì)量的準(zhǔn)確性要求。同時(shí)也要警惕由于電流互感器的配置等級(jí)太低導(dǎo)致準(zhǔn)確性降低。對(duì)于電能計(jì)量裝置的質(zhì)量性能要心中有保障。

在電壓互感器的二次回路連接時(shí)出現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)等輔助接點(diǎn)。這樣導(dǎo)致了二次回路中的接線(xiàn)端子越來(lái)越多。后果就是接線(xiàn)端子開(kāi)始容易松動(dòng)或者端子被銹蝕，如此便很容易造成二次容量的選擇不合適比如最終選擇的容量與實(shí)際能接受的二次負(fù)載不同等，從而削弱了二次回路將低電壓的性能。

還有就是在設(shè)計(jì)電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量時(shí)，設(shè)計(jì)的二次回路導(dǎo)線(xiàn)截面過(guò)于狹小，且每一回路中又缺乏編號(hào)或者顏色用來(lái)區(qū)分。另外在計(jì)量二次回路中間的過(guò)渡時(shí)選擇的端子排，使得整個(gè)電力計(jì)量系統(tǒng)要在后期的維護(hù)上花費(fèi)很大的時(shí)間與精力而且極不方便，而且這樣又非常容易造成電壓互感器的二次短路或開(kāi)路。同時(shí)在計(jì)量系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，有些計(jì)量電壓二次回路則會(huì)因?yàn)槭喝缓髨?bào)警，與此同時(shí)失去計(jì)時(shí)的功能，最終沒(méi)有辦法及時(shí)更新與改正計(jì)量上產(chǎn)生的差錯(cuò)。

4.故障建模分析

4.1 流拓?fù)湓姆诸?lèi)

在建模過(guò)程中可使用母線(xiàn)作為這個(gè)流拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的中心紐帶，并將所連接的原件分為三類(lèi)，分別是：（1）由發(fā)電機(jī)、接地原件、負(fù)荷以及母線(xiàn)等所組成的端口元件；（2）由開(kāi)關(guān)、電容、電抗、線(xiàn)路以及雙向變壓器等組成的雙端口元件；（3）由三相變壓器等組成的多端口元件。

4.2 構(gòu)建有效潮流節(jié)點(diǎn)集合

在拓?fù)涞慕＿^(guò)程中，如果想要做到對(duì)于多個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目進(jìn)行潮流的分析工作，就要做到多以每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行自行編號(hào)的工作，保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)所屬于的獨(dú)立的項(xiàng)目都包含有有效地獨(dú)立節(jié)點(diǎn)信息，并且要保證可以將每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含的信息保存到每個(gè)潮流節(jié)點(diǎn)的合集之中。在每個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目中，系統(tǒng)在進(jìn)行搜索的時(shí)候，平衡節(jié)點(diǎn)都是其默認(rèn)的起點(diǎn)，在進(jìn)行搜索算法分析的時(shí)候，可以一個(gè)個(gè)的找到平衡節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)信息。

4.3 構(gòu)建潮流導(dǎo)納矩陣

潮流集合是包含許多有效節(jié)點(diǎn)信心的合集，所以系統(tǒng)也會(huì)在其中自行建立多個(gè)不同的復(fù)數(shù)導(dǎo)納矩陣，在矩陣之中默認(rèn)元素是零，在系統(tǒng)對(duì)于潮落集合中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作時(shí)，可以通過(guò)每個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，搜索不同原件的信息，然后依據(jù)每個(gè)元件的不同參數(shù)修改矩陣中對(duì)應(yīng)的元素。比如如果搜索的節(jié)點(diǎn)是PQ3節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)連接的線(xiàn)路如果是線(xiàn)路A、線(xiàn)路B以及電抗器、三相變壓器四個(gè)元件，這四種不同原件對(duì)于此節(jié)點(diǎn)都會(huì)形成不同的導(dǎo)納行。

4.4 構(gòu)建P、Q、V矩陣

在建模的過(guò)程中，只有滿(mǎn)足了潮流拓?fù)涞男枨螅拍鼙ＷC系統(tǒng)自動(dòng)形成可靠的實(shí)數(shù)矩陣，并以此矩陣來(lái)保護(hù)電壓的節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論哪種矩陣都是通過(guò)對(duì)于不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位來(lái)進(jìn)行元件的搜索的。所以如果樂(lè)意在拓?fù)渲袠?gòu)建P、 Q、 V的矩陣，就可以很好地定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，完成搜索工作。

5.結(jié)論

能造成高壓電能計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障的因素有很多，如何減少其故障出現(xiàn)，是電能企業(yè)需要長(zhǎng)期研究的問(wèn)題。只有電能企業(yè)不斷地對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，了解高壓電力計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因，并對(duì)癥下藥，才能更好地減少高壓電能計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的幾率，保證電能企業(yè)的正常收益，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。

［1］ 石新利，杜璽峰，閆影，奚磊，李啟林.電能計(jì)量裝置電流回路相間短路或一相短路的分析與計(jì)算［J］.電測(cè)與儀表，2010 （05）.

［2］ 曹瑞基，楊梅.高壓電力計(jì)量箱竊電方式分析［J］.上海計(jì)量，2013（11）.

高壓電力計(jì)量系統(tǒng)是電力企業(yè)的重要組成部分，如果高壓電力計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對(duì)于電力企業(yè)將會(huì)造成重大的損失。電力計(jì)量系統(tǒng)的故障不僅影響電力企業(yè)電量統(tǒng)計(jì)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)也有很大影響。本文主要對(duì)于高壓電力計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障的類(lèi)型進(jìn)行了介紹，并對(duì)故障的建模進(jìn)行了簡(jiǎn)析。