申麗曼，陳浩，黃瑞，陳福勝，賀星

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司計(jì)量中心，湖南長(zhǎng)沙410002)

“十二五”期間，在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)下，城市智能電網(wǎng)快速發(fā)展，批量換裝智能電能表，而由于電表故障、服務(wù)質(zhì)量等原因?qū)е碌牟鹋f電能表數(shù)量也迅速增長(zhǎng)，給各省電力公司計(jì)量資產(chǎn)分揀管理造成了極大的壓力。特別是到 “十三五”中期，國(guó)家電網(wǎng)公司首批安裝的智能電能表達(dá)到檢定周期年限需要輪換，每年拆舊表數(shù)量高達(dá)全國(guó)網(wǎng)安裝總戶數(shù)的五分之一，而故障表的分類管理、故障判斷、故障原因分析等工作目前一直以來(lái)是各電力公司急需解決的難題。要解決這些問(wèn)題，需對(duì)拆舊來(lái)的電能表進(jìn)行檢測(cè)、分類和故障原因分析。目前，大多數(shù)電力公司采用人工觀察加傳統(tǒng)的檢定裝置的方式開(kāi)展拆舊表的分揀和故障判斷，很難快速、準(zhǔn)確、全面判定表的狀態(tài)、性能。基層縣所、市級(jí)到省級(jí)計(jì)量中心，操作人員、操作環(huán)境、處理數(shù)量均有差異，不能保證獲取一致的、全面的、科學(xué)的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果目前還不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、自動(dòng)判定、自動(dòng)上傳到同一平臺(tái)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量評(píng)價(jià)等進(jìn)一步工作。文中設(shè)計(jì)的拆舊電能表自動(dòng)分揀系統(tǒng)能夠以全自動(dòng)、半自動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試、判定。兼容不同版本電能表的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)表內(nèi)的參數(shù)信息、故障代碼信息、開(kāi)蓋記錄信息等能自動(dòng)讀取和分析。省、市、縣(供電所)不同層級(jí)的檢測(cè)系統(tǒng)，可達(dá)到一致的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，建立以國(guó)家電網(wǎng)公司、省級(jí)、檢測(cè)系統(tǒng)的三級(jí)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化平臺(tái)和處理。

1 電能表故障分類及診斷方法

按照國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的故障類型，智能電能表故障主要分為工作質(zhì)量、外部因素和設(shè)備質(zhì)量等5大類，5大類又細(xì)分為外觀故障、計(jì)量性能、存儲(chǔ)單等、處理單元和控制單元故障等21種類型，每種故障類型對(duì)應(yīng)多種故障原因，如計(jì)量性能就分為誤差超差、潛動(dòng)、不起動(dòng)等多種故障。故障類型的判斷和確定故障發(fā)生的原因是故障表處理的難點(diǎn)。系統(tǒng)采用電能數(shù)據(jù)分析方法對(duì)故障智能電能表進(jìn)行復(fù)雜故障的診斷，電能數(shù)據(jù)分析故障診斷方法指運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)收集來(lái)的大量原始智能電表量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、建模和計(jì)算，提取有用信息并形成結(jié)論，挖掘其內(nèi)在關(guān)聯(lián)和深層價(jià)值。電能中的數(shù)據(jù)根據(jù)功能對(duì)象要求不同分為:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、負(fù)荷曲線、事件記錄、瞬時(shí)量、凍結(jié)數(shù)據(jù)、電壓合格率6大類數(shù)據(jù)。根據(jù)這6大塊數(shù)據(jù)分別按不同的處理方式可以得出電能表的故障狀態(tài)，各類數(shù)據(jù)和故障類型的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

圖1 電能表數(shù)據(jù)與故障類別的關(guān)聯(lián)關(guān)系

1.1 表底度自動(dòng)清零故障判斷

電能表的電量采用累加方式，僅當(dāng)電量累加到最大值時(shí)會(huì)從零開(kāi)始記錄，因此正常情況下電能表是不可能會(huì)被清零的，如發(fā)生清零則屬于重大故障。判斷方法為從負(fù)荷曲線中讀取電能表中的電量數(shù)據(jù)，連續(xù)讀取連續(xù)7天零點(diǎn)時(shí)刻的電量值，按照時(shí)間對(duì)電量進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)后一天的電量比前一天還少時(shí)，需要判斷電量值是否接近799 999.99 kWh，如接近此值，認(rèn)為是屬于正常的操作，否則認(rèn)為電能表存在異常清零操作，提示需要對(duì)電能表進(jìn)行質(zhì)量分析。

1.2 存儲(chǔ)電量丟失故障判斷

電能表存儲(chǔ)的電量需要至少保存10年，因此對(duì)于電能表的電量數(shù)據(jù)始終需要符合公式 (1)和公式 (2)。

式 (1)中PD為該時(shí)間內(nèi)電子顯示器總電能計(jì)數(shù)器的電能增量；PD1，PD2，…，PDn為該時(shí)間內(nèi)各費(fèi)率時(shí)段對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的電能增量；n為費(fèi)率數(shù)；α為電子顯示總電能計(jì)數(shù)器小數(shù)位數(shù)。

式 (2)中P正為正向有功功率總電量；P反為反向有功功率總電量；為分相正向有功功率電量之和；為相反向有功功率電量之和。

讀取電能表總電量、分費(fèi)率電量、分相電量，按式 (1)和式 (2)計(jì)算，判斷是否合格。

1.3 電量數(shù)據(jù)突變故障判斷

電能表應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)用戶的生活一般是有規(guī)律的，可根據(jù)歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，分析用戶的用電情況，當(dāng)用戶的用電量突然發(fā)生改變時(shí)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的觀察和分析。判斷方法為讀取負(fù)荷曲線中的電量數(shù)據(jù)，并對(duì)每日零點(diǎn)時(shí)刻的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并繪制日、周、月用電量的曲線，同時(shí)計(jì)算日、周、月用電量的平均值。再驗(yàn)證電量是否根據(jù)時(shí)間進(jìn)行累加，同時(shí)計(jì)算每日、周、月用電量與對(duì)應(yīng)的平均值之差，當(dāng)日用量連續(xù)30天與平均值相差70%以上時(shí)給出報(bào)警信號(hào)；周用電量連續(xù)4周與平均值相差70%以上時(shí)給出報(bào)警信息；連續(xù)3個(gè)月的用電量與平均值相差70%以上時(shí)給出報(bào)警信息。

讀取結(jié)算電量數(shù)據(jù)，并對(duì)每個(gè)月的電量進(jìn)行分析，系統(tǒng)中預(yù)設(shè)春夏秋冬四個(gè)季節(jié)。繪制電量曲線，曲線的分布特性應(yīng)符合季節(jié)的變化，如相鄰兩個(gè)即不是季節(jié)變換的月份，但電量相差X(X參考值為150 kWh)以上即可進(jìn)行報(bào)警提示。

1.4 竊電判斷

電能表在防竊電技術(shù)方面有較大的改進(jìn)，但是對(duì)于電能表是否經(jīng)過(guò)改裝后進(jìn)行竊電還是需要通過(guò)開(kāi)蓋事件記錄、掉上電事件記錄進(jìn)行分析定位。竊電判斷方法主要有如下4種方法。

1)讀取電能表中的開(kāi)蓋事件記錄。如開(kāi)蓋次數(shù)為1，并且開(kāi)蓋前用電量不多，可認(rèn)為是裝表時(shí)進(jìn)行的開(kāi)蓋，不進(jìn)行故障提示。如開(kāi)蓋次數(shù)大于等于2需要進(jìn)行一步分析判斷開(kāi)蓋前后用電量，通過(guò)開(kāi)蓋前后用電量的差大于30%以上，提示該電能表存在竊電行為。

2)讀取開(kāi)蓋次數(shù)。根據(jù)開(kāi)蓋次數(shù)讀取電能表中的開(kāi)蓋事件記錄，以開(kāi)蓋發(fā)生時(shí)間為基準(zhǔn)，取負(fù)荷曲線中的電量數(shù)據(jù)，分析開(kāi)蓋之前的日用電量、周用電量和月用電量，再與開(kāi)蓋之后的日、周、月的用電量進(jìn)行同比。如本周一與上周一的用電量進(jìn)行對(duì)比，本周的累計(jì)用電量與上周的用電量進(jìn)行對(duì)比。本年度的5月份與上一年的5月份用電量進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)開(kāi)蓋前后的日、周、月用電量相差大于X，Y，Z電量時(shí) (X，Y，Z可設(shè)置，默認(rèn)值X＝5 kWh，Y＝35 kWh，Z＝150 kWh)進(jìn)行報(bào)警，并提示可能存在竊電風(fēng)險(xiǎn)。可由用戶根據(jù)實(shí)際情況選關(guān)閉或繼續(xù)觀察，選擇關(guān)閉之后，下次讀取開(kāi)蓋事件記錄時(shí)對(duì)于同一個(gè)記錄不再提示，選擇繼續(xù)觀察會(huì)持續(xù)記錄用戶的電用信息，并進(jìn)行用電分析。

3)讀取失壓事件記錄次數(shù)。根據(jù)失壓次數(shù)讀取電能表中的失壓事件記錄，根據(jù)失壓次數(shù)和頻率進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)一周內(nèi)失壓次數(shù)超過(guò)X(X為可設(shè)值，默認(rèn)值為3次)次之后，開(kāi)始報(bào)警，提示用戶此塊電能表電壓存在異常。

4)讀取負(fù)荷曲線中的失壓、失流數(shù)據(jù)。通過(guò)負(fù)荷曲線中的電壓、電流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析失壓占比，并根據(jù)失壓模式字 (見(jiàn)表1)進(jìn)行判斷。

表1 失壓模式字

從負(fù)荷曲線中的電量數(shù)據(jù)中分析總電量與分費(fèi)率電量之間的關(guān)系，其電量應(yīng)符合公式 (2)。

2 系統(tǒng)組成及分揀流程

拆舊智能電能表檢測(cè)系統(tǒng)由上層數(shù)據(jù)平臺(tái)、拆舊表管理平臺(tái)和硬件設(shè)備系統(tǒng)3部分組成。上層數(shù)據(jù)平臺(tái)包括省計(jì)量中心生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，營(yíng)銷SG186系統(tǒng)，用電信息采集系統(tǒng)和其他數(shù)據(jù)系統(tǒng)等。拆舊表管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各供應(yīng)商電能表質(zhì)量分析、拆舊電能表底度管理、防竊電管理、安裝使用管理等功能。硬件設(shè)備系統(tǒng)分為省級(jí)的自動(dòng)分揀/分選流水線、市/縣公司級(jí)使用的拆舊表檢測(cè)處理系統(tǒng)及供電所級(jí)的拆舊表檢測(cè)處理裝置等三類解決方案。系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 拆舊智能電能表分揀系統(tǒng)組成

省級(jí)計(jì)量中心使用的自動(dòng)分揀/分選流水線對(duì)拆舊表的處理分為初步篩選、清潔整理、分選處理、入庫(kù)、分揀處理、回庫(kù)及最終處理環(huán)節(jié)，其中分揀處理是核心環(huán)節(jié)，從機(jī)器人上表到條碼、RFID識(shí)別再檢測(cè)、分揀、人工復(fù)檢，確定為報(bào)廢或返廠狀態(tài)，整體分揀流程如圖3所示。

圖3 分揀流水線流程

3 系統(tǒng)管理平臺(tái)

拆舊表信息管理系統(tǒng)與生產(chǎn)調(diào)度、SG186、用電信息采集系統(tǒng)等平臺(tái)接口，取拆舊表資產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)拆舊表通過(guò)管理系統(tǒng)進(jìn)行的入庫(kù)、出庫(kù)、檢測(cè)、結(jié)果錄入 (附件添加)操作，根據(jù)自定義結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢及分析，為故障表故障類型及批次故障率提供分析參考依據(jù)。作為計(jì)量資產(chǎn)全壽命周期管理的閉環(huán)處理，實(shí)現(xiàn)全省系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)IP地址瀏覽的方式隨時(shí)查詢故障表處理情況及結(jié)論，隨時(shí)為生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)提供所需要的故障表信息。同時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)拆舊表分揀的數(shù)據(jù)進(jìn)行供應(yīng)商產(chǎn)品質(zhì)量分析，如共性故障分析，首次失效時(shí)間分析和誤差分析等；實(shí)現(xiàn)底度不符統(tǒng)計(jì)、疑似竊電統(tǒng)計(jì)、安裝使用效率和超期表統(tǒng)計(jì)等統(tǒng)計(jì)功能；同時(shí)，針對(duì)不同供應(yīng)商不同種類故障實(shí)現(xiàn)誘發(fā)此類故障的概率預(yù)測(cè)、故障智能電能表故障現(xiàn)象、原因、模塊的關(guān)聯(lián)分析等，以便于電力公司掌握電能表現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行隱患，提前處理，預(yù)防大批量質(zhì)量事故的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

拆舊電能表分揀系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全省拆舊電能表的自動(dòng)檢測(cè)、分揀和故障診斷，實(shí)現(xiàn)與MDS、SG186及用電信息采集系統(tǒng)等數(shù)據(jù)系統(tǒng)接口，自動(dòng)調(diào)取電能表信息，上傳檢測(cè)、分揀和診斷結(jié)論，并實(shí)現(xiàn)拆舊表的庫(kù)房管理。同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)故障檢測(cè)結(jié)論的分類分析，實(shí)現(xiàn)電能表供應(yīng)商質(zhì)量評(píng)價(jià)和故障機(jī)理的分析，為檢測(cè)方法的創(chuàng)新提供了可靠數(shù)據(jù)，對(duì)電力公司拆舊電能表的管理及智能電能表運(yùn)行質(zhì)量提升具有非常重要的意義。

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