陸玉軍，王 寧，朱足君

（江蘇方天電力技術有限公司，南京 211102）

特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障時將引起受端電網(wǎng)嚴重的功率缺額、頻率穩(wěn)定問題，采取常規(guī)的緊急切負荷策略，難以降低由此引發(fā)的事故影響[1]。江蘇電網(wǎng)首次提出并設計了大規(guī)模源網(wǎng)荷精準切負荷系統(tǒng)，通過安裝于電力用戶側的網(wǎng)荷終端，實現(xiàn)用戶分路負荷的采集；在緊急情況下通過網(wǎng)荷終端快速控制用戶負荷，降低了由此造成的功率缺額、頻率穩(wěn)定問題，并減輕了電網(wǎng)突發(fā)事故對用戶生產(chǎn)造成的損失[2]。

網(wǎng)荷終端在實現(xiàn)用戶分路負荷精準控制的同時保障用戶生產(chǎn)用電，即要求其可接入用戶廠內(nèi)不同電壓等級上的可切負荷[3-7]。前期調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，用戶廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)和保護設備種類繁多，通過通信實現(xiàn)負荷采集控制，不僅終端設計復雜，且難以滿足緊急切負荷的時限要求。因此，在終端設計上，統(tǒng)一通過負荷線路的電壓電流進行采集。通過現(xiàn)場大量實施后發(fā)現(xiàn)，終端接入的負荷分路存在多種缺陷，導致采集的功率不準確，引起了主站采集的用戶分路和可切負荷、統(tǒng)計的所有用戶的總可切負荷的缺陷和偏差，直接影響了主站控制策略和控制指令的正確執(zhí)行。以下通過對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的采集缺陷進行詳細分析，提出了一種可行的終端消缺解決方案，有效解決了現(xiàn)場處理缺陷工作繁瑣和缺陷處理量大、效率低的問題，提高了負荷采集的正確率。

1 負荷采集方式及常見缺陷

1.1 網(wǎng)荷終端負荷采集方式

用戶為實現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)負荷的監(jiān)測，電壓電流測量元件一般按如下配置：電壓等級在6 kV以上負荷線路配2個或3個TA（電流互感器），母線配星型接法的3個TV（電壓互感器）和VV接法的2個TV；電壓等級在400 V及以下負荷線路配3個、2個、單個或不配TA，低壓母線不配TV。為適應用戶不同電壓等級、不同測量元件配置的分路負荷功率采集，網(wǎng)荷終端交流采樣接口典型設計為：24個電流輸入（可接入三相全電流8條或二相非全電流12條線路）和12個電壓輸入（不同電壓等級的4組母線電壓），這一設計基本滿足了大多數(shù)用戶的三相三線制和三相四線制負荷線路功率采集的要求。終端接口如圖1所示。

圖1 網(wǎng)荷終端交流采樣接口

在負荷分路功率采集上，終端支持三表法和二表法進行計算，對TV為VV接線或沒有B相電流的線路采用二表法計算。終端三表法和二表法的功率算式為：

為便于分析，均假設三相電路完全對稱，且僅考慮基波分量，則有三相總功率為：

式中：P為三相總有功；Q為三相總無功。

1.2 負荷采集常見缺陷

通過主站遠程監(jiān)視終端采集的電壓、電流、功率、相角和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于采集的負荷線路數(shù)量多，有近半數(shù)的用戶存在一條或多條線路負荷功率采集不準確的問題，常見缺陷現(xiàn)象有：

（1）有效值不準確。電壓缺相或有效值錯誤；電流缺相或有效值為正常的一半（電流半值）。

（2）相位角不正確。三相電壓、電流相序錯誤、相別錯誤、極性顛倒或電壓電流同相。

（3）功率計算錯誤。電壓電流有效值正常，相序正確，但有功功率很小，或無功功率遠大于有功功率，功率因數(shù)偏低，與實際負荷不符。

（4）功率為負值。電壓電流有效值正常，相序正確，但計算功率為負值。

對于用戶可切負荷在10 kV或以上，一次電流超過60 A時，存在缺陷的線路采集功率最大誤差將超過1 000 kW，當采集缺陷的用戶線路數(shù)量達到一定規(guī)模時，由多個終端上送主站的負荷將存在明顯偏差，對主站準確采集負荷產(chǎn)生了較大影響，需針對上述缺陷問題進行分析處理。

2 負荷采集缺陷原因及采集誤差

2.1 引起負荷采集缺陷的原因

通過現(xiàn)場缺陷處理發(fā)現(xiàn)，負荷采集的缺陷主要由以下兩大因素導致[8-10]：

（1）用戶設備問題。用戶的電氣設備運行狀況差異較大。維護狀況好的用戶，設備圖紙齊全，開關柜內(nèi)接線標識清晰，內(nèi)部接線錯誤少，設備自身缺陷率低；而維護狀況差或運行年代久的用戶設備，則因設備圖紙不全、接線標識不清、柜內(nèi)被多次改動等原因，導致施工接線時很容易產(chǎn)生缺陷。這些用戶廠內(nèi)設備或回路缺陷由于不影響電能計量和用電生產(chǎn)，對設備運行無礙，往往得不到重視和及時維護，施工時極容易將這類缺陷引入采集回路?，F(xiàn)場影響負荷采集的用戶設備缺陷，集中在TV，TA設備異常及對應開關柜內(nèi)接線錯誤。

TV設備常見的缺陷有：一次熔斷器熔斷、二次熔絲熔斷和TV極性接反。引起一次熔斷器熔斷的原因有使用中的絕緣降低和鐵磁諧振等；二次熔絲熔斷與外部回路短路、誤接線等有關；TV極性接反則與出廠安裝時的接線錯誤有關。

TA設備常見的缺陷有：極性接反、TA繞組故障無輸出、端子接線和標識錯誤。TA極性接反與安裝有關；而TA繞組無輸出與開路或接線松動引起的鐵心過度飽和磁化或發(fā)熱燒毀有關，TA內(nèi)部局放產(chǎn)生的絕緣缺陷也會導致TA故障，柜內(nèi)接線標識等錯誤與廠家裝配時有關。

（2）施工調(diào)試問題。施工中由于部分人員技能不熟、馬虎作業(yè)、未理解圖紙接線設計或不按圖施工等原因，造成接錯端子或接線頭松動，都會產(chǎn)生相應的施工缺陷。電壓回路接線錯誤有：接錯相別、接線松動導致缺相和相序反序。電流回路接線錯誤有：接錯端子、線頭松動、錯接TA保護回路等引起的相序反序、接錯相別、開路缺相和電流半值等各類常見缺陷。

這些缺陷在現(xiàn)場調(diào)試過程中，可能因未仔細檢查回路，或受制于設備內(nèi)部缺陷無法處理、線路停電時間短、送電后無負荷不能開展帶負荷試驗驗證和調(diào)試人員技能水平限制等原因，導致施工缺陷在調(diào)試中得不到及時分析和處理。

2.2 常見采集缺陷誤差分析

2.2.1 有效值不準確

常見缺陷是電壓電流缺相、電流半值等問題。

（1）以電壓缺相為例對全電壓全電流采集，若缺B相，則采集功率算式為：

對VV電壓接線的采集，若缺UAB電壓，則采集功率算式如下：

由式（4）、式（5）可知，在全電壓全電流采集中，缺一相電壓時采集功率為線路負荷功率的2/3；在VV電壓接線的采集中，缺一相電壓時采集功率為線路負荷功率的1/乘以30°的旋轉因子。

（2）同理可分析，電流缺相時的采集功率與電壓缺相一致。

（3）電流半值出現(xiàn)在終端接入的電流回路被短接或與其他測量表計回路并接時，導致某一相的電流采集值為正常相一半。

設全電壓全電流接入時，C相電流半值，則采集功率為：

若二相電流接入時，C相電流半值，則采集功率為：

由式（6）、式（7）可知，當出現(xiàn)某一相電流半值時，三表法的采集功率約為線路功率的5/6；二表法的采集功率約為線路功率的3/4乘以11°旋轉因子。

2.2.2 相位角不正確

典型缺陷是電壓反序、電流反序，或某一相電流極性接反等問題。

（1）電壓反序，在全電壓全電流采集中，設B相與C相電壓反序，采集功率算式為：

經(jīng)等效替換后，得：

在VV電壓接線的采集中，設2個電壓反序，則采集功率算式如下：

由式（9）、式（10）可知，電壓反序時，采集功率為0。

（2）電流反序， 可按式（8）—（10）同理分析，經(jīng)計算得到負荷功率也為0。

（3）對于電壓電流同時反序，其功率計算同式（1）。

（4）對于某一相電流或電壓極性接反，以電流極性接反為例，對全電壓全電流采集，若B相電流極性反，則功率按下式計算：

對二相電流輸入，若C相電流極性反，則功率為：

由式（11）、式（12）可知，全電壓電流采集時，單個電流極性接反時采集功率為線路功率的1/3；二相電流采集時，單個電流極性接反時采集功率為線路功率的1/乘以90°旋轉因子。

2.2.3 功率計算錯誤

常見缺陷是電壓電流幅值正常，相序也正常，但電壓電流之間存在相別不對應的錯誤。

在全電壓全電流采集中，若三相電流接成BCA相序，采集功率為：

經(jīng)等效替換，得：

對于二相電流采集，電流相別接錯表現(xiàn)為AC相電流相互顛倒，采集功率算式同式（10）。

由式（13）、式（14）可知，當全電壓全電流采集時相別接錯，采集功率為線路功率乘以120°旋轉因子；當二相電流采集時相別接錯，采集功率為0。

2.2.4 功率為負值

功率為負值主要是接入的電流極性（或電壓極性）與實際相反，以全電壓全電流采集中接入電流極性接反為例，采集功率為：

采集功率與式（3）完全相反，即采集值與實際功率數(shù)值相反，大小一致。功率為負值時，數(shù)值上雖沒有偏差，但在負荷功率總加時，需要統(tǒng)一將負荷用電功率調(diào)整為正，發(fā)電功率調(diào)整為負[11-13]。

2.2.5 幾種常見采集誤差的比較

現(xiàn)場常見的有效值錯誤（電壓或缺相、電流半值）、相位角錯誤（電壓反序、電流反序、極性錯誤）、功率計算錯誤（電壓電流相別錯誤）等缺陷引起的采集功率計算誤差如表1所示。

表1 不同缺陷類型的功率計算誤差

由表1可知，除電壓和電流都全反序、電壓和電流相別全錯（但相別對應）、電壓/電流極性全接反時功率數(shù)值仍正確外，其他的各種缺陷均會導致采集功率不準確，其中采用電壓電流反序和電壓電流相別錯誤的二表法計算時采集功率誤差最大。

上述采集缺陷對主站監(jiān)視的單個用戶線路負荷、單個用戶可切負荷、統(tǒng)計的總可切負荷的采集都會產(chǎn)生少計的誤差，一旦接入終端數(shù)量多，積累的采集缺陷也會明顯增加，往往導致主站難以準確判斷某個地區(qū)的用戶總負荷、可切負荷，甚至影響主站發(fā)出正確的切負荷指令，因此需要對負荷采集的缺陷進行全面處理。

3 負荷采集缺陷處理方案

根據(jù)第2節(jié)分析，終端的采集缺陷由回路錯誤和用戶設備缺陷引起，遠程監(jiān)控發(fā)現(xiàn)缺陷后需再次進場消缺?，F(xiàn)場處理時，可能由于用戶擔心消缺影響生產(chǎn)不允許設備停電處理、存在無法處理的用戶設備缺陷或缺陷回路無負荷等情況而無法處理，使得現(xiàn)場缺陷處理不僅費時費力，還可能產(chǎn)生誤判缺陷而需要反復處理，因此用戶內(nèi)負荷線路采集缺陷的處理不僅工作量大、過程復雜、成本也非常高昂。結合用戶負荷采集特點、回路錯誤的影響、消缺成本及效率，綜合考慮后決定采用以下缺陷處理方案。

3.1 現(xiàn)場處理方案

3.1.1 消缺方案

目前解決網(wǎng)荷終端負荷采集缺陷方案是：

（1）遠程初步檢查識別缺陷類型。

（2）確認缺陷需到現(xiàn)場處理。

（3）安排調(diào)試人員到場帶電或停電處理。

3.1.2 消缺步驟

現(xiàn)場按下述步驟消缺：

（1）查看終端采集數(shù)據(jù)和同一回路其他智能設備采集數(shù)據(jù)并進行比對。

（2）用萬用表、相序表、相位表等工具在終端屏柜內(nèi)端子和用戶開關柜內(nèi)端子進行檢查，進行核相定相、繪制六角圖，確認缺陷類型。

（3）擬定帶電或停電處理方案。

（4）開展改接線或更換設備等消缺處理工作。

（5）完成消缺后再次核對采集數(shù)據(jù)，直到正確為止[14]。

3.1.3 消缺手段

現(xiàn)場消缺采用帶電、停電處理2種手段：

（1）帶電處理。針對可通過調(diào)整回路接線或檢查緊固端子等手段進行相關缺陷的處理。處理缺陷時，電壓回路開路不會產(chǎn)生任何問題且接線簡單，但仍要避免短路引起的二次電壓回路熔絲熔斷、低壓減載等裝置誤動作；電流回路開路會產(chǎn)生高壓，電流較大時還可能引起TA飽和或故障，需要做好電流回路開斷前的短接措施，恢復后需要將臨時措施取消，確?；芈氛９ぷ鳌?/p>

（2）停電處理?，F(xiàn)場帶電檢查出的某些缺陷無法通過帶電處理時，則需要安排設備停電處理，如用戶設備的缺陷、用戶設備接線凌亂無法核實或施工引起無法帶電改接線等缺陷。

停電處理過程較帶電處理更為復雜：一是停電因沒有負荷而無法監(jiān)視缺陷；二是停電處理過的缺陷難以保證處理正確；三是停電時發(fā)現(xiàn)設備缺陷可能因缺備件而無法處理；四是停電后還需做好驗電和接地等安全措施，以防誤碰帶電部位，傷及工作人員。

3.2 終端解決方案

通過現(xiàn)場采集缺陷處理總結發(fā)現(xiàn)，部分缺陷可通過終端配置來解決，終端開發(fā)可配置功能即可實現(xiàn)消缺處理。

（1）負荷回路電壓及功率表法配置。該功能實現(xiàn)接入終端的某一組母線電壓與接入終端的任意一組電流回路關聯(lián)配置，任一負荷回路的計算表法可選二表或三表法，配置關系見表2。

表2 電壓回路關聯(lián)

表2中，√表示選中，—表示不選。該功能適用于當某一組電壓缺相時，與其相關的電流回路可通過修改配置，關聯(lián)（同一母線）其他組正常電壓，即可解決負荷采集的缺陷。功率表法的選配功能，可解決三電流采樣回路B相缺相的故障，選擇二表法進行功率計算即可實現(xiàn)負荷正確采集。

（2）采樣通道的計算相配置。該功能為每組電壓和每組電流設計有獨立的計算相。接入相為外部端子實際接入的回路相別，計算相為采集功率計算時所用相別；通過調(diào)整計算相的映射相別和極性得到正確的計算用相別，計算相配置關系如圖2所示。

圖2 計算相的配置

該功能適用于接入的負荷線路相序、相別、極性錯誤時，可針對發(fā)生錯誤的電壓或電流進行調(diào)整。這種通過將接入的每一相電壓、電流進行相別和極性調(diào)整，使得原本錯誤的接入相調(diào)整為正確的計算相，確保了負荷功率采集的正確性。為減少配置工作量，默認計算相與接入相一致；為防止誤配置，在每組的電壓電流映射配置保存前進行相別判斷檢查，確保配置正確才可保存；終端修改后的設置僅在重啟后生效，確保可多次修改僅最后一次生效；終端還支持將配置以文件保存，即使更換CPU插件也能保證計算相配置正確。主站開發(fā)支持終端遠程配置功能，可免去現(xiàn)場服務的麻煩。

上述終端的解決方案，從解決用戶負荷采集缺陷和消缺效率來看：其減少了現(xiàn)場消缺工作量、降低了運維成本和作業(yè)風險，并使缺陷處理變得機動靈活、簡便易行。針對目前大量出現(xiàn)的相序相位和極性缺陷，通過將該方法與現(xiàn)場處理工作進行有機結合，不僅可解決現(xiàn)場處理缺陷時面臨的諸多麻煩，還能解決現(xiàn)場難以處理的由用戶設備引起的采集缺陷。由于該方案為軟件糾錯方案，不能糾正回路接線錯誤等問題，在采集裝置、表計、測控設備和保護裝置等中應用時，應綜合考慮現(xiàn)場特定情況而擇機使用。

4 結語

針對終端接入交流電壓電流采集用戶分路負荷出現(xiàn)大量缺陷的情況，指出引起電壓電流采集問題的設備及施工缺陷，分析了常見缺陷的功率采集誤差。針對各種缺陷處理的需要，提出了現(xiàn)場處理與可配置終端處理相結合的方案，有效解決了現(xiàn)場消缺工作量大、帶電作業(yè)風險高、亟需反復進廠處理缺陷等容易引起客戶負面印象的一系列問題。該方案現(xiàn)場試點應用表明，具有較好的實用性、靈活和便利性，在解決負荷采集缺陷方面可作為常規(guī)回路消缺的一個重要補充手段。