朱天宇，王云濤，焦 杰，聶建峰，鄭金波，譚立國(guó)

（國(guó)網(wǎng)山東電力公司東營(yíng)供電公司，山東 東營(yíng) 257091 ）

0 引言

電能計(jì)量裝置作為電力企業(yè)與客戶之間進(jìn)行結(jié)算的核心部分，保證其可靠準(zhǔn)確運(yùn)行具有重大意義。電能計(jì)量裝置由電能表、電壓互感器、電流互感器、二次回路四部分組成［1］。 目前電能表管理依然采用定期檢修以及到期輪換的方式［2］。 隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，電磁感應(yīng)式電能表已逐漸被電子式電能表、智能電能表所取代。 傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式表計(jì)易受電磁場(chǎng)干擾， 且機(jī)械特性隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而逐漸劣化，最終可能導(dǎo)致誤差超限，而電子式電能表的計(jì)量誤差在檢定周期內(nèi)基本保持穩(wěn)定， 不會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間的變化而產(chǎn)生較大的波動(dòng)。此外，智能電網(wǎng)的建設(shè)推動(dòng)了遠(yuǎn)程抄表、 在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)的發(fā)展。 在此背景下， 傳統(tǒng)的電能表檢驗(yàn)及輪換周期已不適應(yīng)新的要求，例如部分運(yùn)行良好的電能表到期被迫輪換，導(dǎo)致人力和物力的大量浪費(fèi)，增加了產(chǎn)生新隱患的幾率，降低了計(jì)量可靠性； 部分存在缺陷的電能表卻因未到定期檢驗(yàn)時(shí)間，未能及時(shí)查出缺陷和不足，導(dǎo)致出現(xiàn)差錯(cuò)并帶來(lái)?yè)p失［3］。 因此，針對(duì)目前電能表管理的缺陷與不足， 提出并建立一套新的電能表狀態(tài)管理體系具有十分重要的意義。

本文選取一系列能夠全面反應(yīng)電能表運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)，建立指標(biāo)體系，分析指標(biāo)影響的大小，運(yùn)用模糊層次分析法得到指標(biāo)權(quán)重， 建立定量化評(píng)估模型， 并制定新的輪換及檢驗(yàn)策略， 以評(píng)估結(jié)果為依據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整電能表的檢驗(yàn)及輪換周期。整個(gè)管理體系以電能表在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)， 融合基礎(chǔ)信息及現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用電力通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)在運(yùn)電能表的檢驗(yàn)及輪換周期的及時(shí)調(diào)整， 符合電力設(shè)備運(yùn)行管理智能化趨勢(shì)。

1 電能表綜合評(píng)估指標(biāo)體系

電能表的狀態(tài)可由其自身的基礎(chǔ)信息、 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息及工作人員現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)情況來(lái)體現(xiàn)。 從這3 個(gè)方面入手選取指標(biāo)，對(duì)電能表進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，可以全面反應(yīng)其運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)估結(jié)果更加科學(xué)合理。

1.1 基礎(chǔ)信息指標(biāo)

基礎(chǔ)信息指標(biāo)是指電能計(jì)量裝置投運(yùn)之前能反映其狀態(tài)優(yōu)劣的離線指標(biāo)信息，包括配置方式、實(shí)驗(yàn)室檢定兩類(lèi)。 配置方式指標(biāo)主要包括接線方式、 裝置封閉性、表型選擇、主副電能表、接線端子盒、安裝位置、計(jì)量柜。實(shí)驗(yàn)室檢定指標(biāo)主要包括家族缺陷、批次驗(yàn)收抽檢、基本誤差、誤差分散性、批次檢定合格率、批次退貨率、運(yùn)行質(zhì)量抽檢、運(yùn)行故障率。

1.2 在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)

在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)是指電能表運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)在線監(jiān)測(cè)手段如SG186、 用電信息采集系統(tǒng)等可以收集到的能夠反映電能表運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)信息［4-5］。 在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)包含運(yùn)行情況、運(yùn)行環(huán)境、異常事件3 類(lèi)。運(yùn)行情況指標(biāo)主要包括用戶信譽(yù)、運(yùn)行時(shí)間、封印、元器件故障、輸出故障、外觀故障、其他故障、線損；運(yùn)行環(huán)境指標(biāo)主要包括負(fù)荷性質(zhì)、運(yùn)行電壓、頻率波動(dòng)、諧波、電能表工作電源可靠性、靜電放電、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、電磁場(chǎng)干擾、雷擊；異常事件指標(biāo)主要包括電量異常、電壓電流異常、時(shí)鐘異常（≥5 min）、負(fù)荷異常、費(fèi)控異常、圖像監(jiān)控。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)指標(biāo)

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)指標(biāo)是指運(yùn)行人員對(duì)電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)所測(cè)取的指標(biāo)信息，主要包括現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)誤差、組合誤差、時(shí)鐘檢查（1～5 min）。

綜上所述，電能表狀態(tài)評(píng)價(jià)體系共選取了42 個(gè)指標(biāo)。

2 電能表狀態(tài)評(píng)估模型

電能表狀態(tài)評(píng)價(jià)體系中的每一項(xiàng)指標(biāo)在狀態(tài)評(píng)估中所占的重要程度不盡相同，因此，通過(guò)科學(xué)的方法分析每項(xiàng)指標(biāo)的影響程度大小， 確立其在評(píng)估模型中所占的相應(yīng)權(quán)重是非常必要的［6］。

目前， 常用的指標(biāo)賦權(quán)方法主要分為客觀賦權(quán)法與主觀賦權(quán)法兩種。 客觀賦權(quán)法根據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過(guò)一定的數(shù)學(xué)算法來(lái)確定權(quán)重， 有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù)， 其評(píng)估結(jié)果不依賴于人的主觀判斷。 但是，客觀賦權(quán)法要依賴于足夠的樣本數(shù)據(jù)和實(shí)際的問(wèn)題域，通用性和可參與性差，計(jì)算方法也比較復(fù)雜，而且不能體現(xiàn)評(píng)判者對(duì)不同屬性指標(biāo)的重視程度，有時(shí)候定的權(quán)重會(huì)與屬性的實(shí)際重要程度相差較大。 由于電能表狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)對(duì)整體影響主要依賴于專家經(jīng)驗(yàn)，因此不宜采用客觀賦權(quán)法。

模糊層次分析法是一種主觀賦權(quán)方法， 融入了模糊數(shù)學(xué)的概念， 可以定性和定量相結(jié)合地處理各種評(píng)價(jià)因素。其特點(diǎn)是將人的主觀判斷過(guò)程數(shù)學(xué)化、思維化，以便使決策依據(jù)易于被人接受，因此更適合復(fù)雜的社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的情況［7］。 由于模糊層次分析法在理論上具有完備性， 在結(jié)構(gòu)上具有嚴(yán)謹(jǐn)性，在解決問(wèn)題上具有簡(jiǎn)潔性，在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)也決定了采用模糊層次分析法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算是比較合適的。

1）建立層次結(jié)構(gòu)模型U。 層次結(jié)構(gòu)模型的建立是模糊層次分析法的基礎(chǔ)。 設(shè)某一個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)G，其涵蓋n 個(gè)子指標(biāo)，這些指標(biāo)構(gòu)成集合U，即

集合U 的第i 個(gè)子元素Ui包含s 個(gè)子指標(biāo)：

2）構(gòu)造指標(biāo)模糊互補(bǔ)判斷矩陣R。 模糊層次分析法要求逐層計(jì)算相互聯(lián)系的元素之間影響的相對(duì)重要性，并予以量化，組成模糊互補(bǔ)判斷矩陣，作為分析的基礎(chǔ)。

以電能表狀態(tài)評(píng)估體系中在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)為例，將其作為評(píng)價(jià)目標(biāo)G。 該指標(biāo)包含了運(yùn)行情況、運(yùn)行環(huán)境、 異常事件3 個(gè)指標(biāo)。 為了量化這3 個(gè)指標(biāo)對(duì)“在線監(jiān)測(cè)”指標(biāo)的影響，賦予適當(dāng)?shù)臋?quán)重系數(shù)，需要將每個(gè)子因素的相對(duì)重要程度進(jìn)行兩兩比較， 比較結(jié)果記為rij，rij表示相對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)G 而言，指標(biāo)Ui與指標(biāo)Uj相比是否更重要。 用rij構(gòu)造的矩陣即為對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)G 的模糊互補(bǔ)判斷矩陣R，表示為：

表1 所示為給判斷矩陣元素賦值的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 判斷矩陣元素賦值的標(biāo)準(zhǔn)

3）一致性檢驗(yàn)及調(diào)整。 得到評(píng)價(jià)目標(biāo)G 的模糊互補(bǔ)判斷矩陣R 之后，還要對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算矩陣R 的一致性指標(biāo)ρ， 可以判斷其是否具有滿意的一致性，ρ 的值越大，則判斷矩陣R 的一致性越差，ρ 的值由下式給出

式中：n 為指標(biāo)的個(gè)數(shù)。若ρ 小于預(yù)設(shè)的閾值，則認(rèn)為判斷矩陣滿足一致性要求，否則需要對(duì)其重新調(diào)整。一般該閾值取為0.5。

4）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。 設(shè)模糊互補(bǔ)判斷矩陣，對(duì)矩陣R 按行求和，記為：

在計(jì)算得到每項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重后， 便可以通過(guò)加權(quán)求和的方法求得電能表狀態(tài)得分，作為評(píng)估結(jié)果。 記電能表的狀態(tài)得分為S，則有：

式中：xi為電能表分解的單個(gè)指標(biāo)的專家評(píng)估得分。根據(jù)不同的狀態(tài)得分， 可以劃分出電能表不同的狀態(tài)區(qū)間，為制定狀態(tài)檢驗(yàn)及輪換策略提供依據(jù)，如表2 所示。

表2 電能表運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估區(qū)間

3 電能表狀態(tài)檢驗(yàn)及輪換策略

基于電能表的狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果， 本文提出了新的電能表狀態(tài)檢驗(yàn)及輪換策略。 新策略充分考慮了不同類(lèi)別電能表的重要性的不同［8］，同時(shí)結(jié)合新建的電能表在線監(jiān)測(cè)手段，如用戶信息采集系統(tǒng)、計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)等， 對(duì)狀態(tài)巡檢的周期也制定了相應(yīng)計(jì)劃。

3.1 電能表狀態(tài)檢驗(yàn)策略

電能表的狀態(tài)評(píng)估宜每年進(jìn)行一次。 在優(yōu)良狀態(tài)和正常狀態(tài)下， 狀態(tài)檢驗(yàn)周期在一個(gè)評(píng)估周期內(nèi)應(yīng)相對(duì)固定；在注意狀態(tài)和異常狀態(tài)下，狀態(tài)檢驗(yàn)周期可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，直至恢復(fù)優(yōu)良或正常狀態(tài)為止。

電能表狀態(tài)檢驗(yàn)策略包括狀態(tài)巡檢和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)兩部分內(nèi)容。 根據(jù)電能表評(píng)估結(jié)果， 以DL／T448—2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定的檢驗(yàn)周期作為基準(zhǔn)周期，分別針對(duì)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ共5 類(lèi)電能表制定相應(yīng)的檢驗(yàn)策略，如表3 所示。

表3 電能表狀態(tài)檢驗(yàn)策略

3.2 電能表狀態(tài)輪換策略

對(duì)于異常狀態(tài)下的電能表， 不管其運(yùn)行年限是否到期，必須立即輪換［9］。 對(duì)于非異常狀態(tài)的到期即將輪換的電能表， 選取其最近三次狀態(tài)評(píng)估結(jié)果中最差的一次作為輪換依據(jù)，制定相應(yīng)輪換策略，如表4 所示。

表4 電能表狀態(tài)輪換策略

通過(guò)電力通信網(wǎng)絡(luò)，可以將電能表的基礎(chǔ)信息、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端，利用狀態(tài)評(píng)估數(shù)學(xué)模型得到定量化評(píng)估結(jié)果，根據(jù)該結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整電能表的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)及輪換周期，如圖1 所示。

圖1 電能表智能管理體系

4 算例分析

本算例以某塊DTZY666-Z 型IV 類(lèi)電能表為例進(jìn)行說(shuō)明。

4.1 權(quán)重計(jì)算

以“基礎(chǔ)信息”下“配置方式”與“實(shí)驗(yàn)室檢定”兩個(gè)指標(biāo)為例，利用模糊層次分析法計(jì)算其初始權(quán)重，具體步驟如下：

1）構(gòu)造互補(bǔ)判斷矩陣。如前所述，并參考專家意見(jiàn)，建立該層兩個(gè)指標(biāo)“配置方式”與“實(shí)驗(yàn)室檢定”的模糊互補(bǔ)判斷矩陣為：

2）一致性檢驗(yàn)及調(diào)整。根據(jù)式（3）計(jì)算判斷矩陣的一致性系數(shù)ρ，預(yù)設(shè)的閾值為0.2。 由于n＝2，僅有兩個(gè)指標(biāo)，故ρ＝0，判斷矩陣必滿足一致性。

3）單層指標(biāo)排序。 將 rij=0.5 帶入式（5），計(jì)算得到 w＝（0.5，0.5）T，即 w1＝0.5，w2＝0.5。 此為這兩項(xiàng)指標(biāo)在其所在層所占權(quán)重。

4）多層指標(biāo)總排序。按同樣方法，可得兩個(gè)指標(biāo)的上層指標(biāo)“基礎(chǔ)信息”在頂層所占權(quán)重為0.419 5，故“配置方式”“實(shí)驗(yàn)室檢定”在總層次中所占權(quán)重為：

以上算例僅給出兩個(gè)指標(biāo)的初始權(quán)重計(jì)算作為示范，其余指標(biāo)權(quán)重可依次計(jì)算得到。

4.2 狀態(tài)評(píng)估

由工作人員對(duì)電能表的每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，利用上文計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重及式（6）可以得到電能表整體狀態(tài)得分為S＝68.34。 依據(jù)表2，可以判定該表為正常狀態(tài)。 根據(jù)表3 及表4，該表巡檢周期維持半年一次，輪換周期適當(dāng)延長(zhǎng)1 a。

5 結(jié)語(yǔ)

本文首先分析了現(xiàn)有電能表管理體系的不足，在當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的新形勢(shì)下， 提出并建立了電能表狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系。 該體系不但選取了電能表的基礎(chǔ)信息及現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)， 還包括了電能表在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。以該指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，運(yùn)用模糊層次分析法建立電能表的狀態(tài)評(píng)估模型。

在電能表狀態(tài)評(píng)估結(jié)果的基礎(chǔ)之上， 制定了新的電能表狀態(tài)檢驗(yàn)及輪換策略， 動(dòng)態(tài)調(diào)整電能表的檢驗(yàn)及輪換周期， 解決了現(xiàn)有電能表管理體系下運(yùn)維效率低、輪換過(guò)度的問(wèn)題。利用電力系統(tǒng)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)，融合多項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的智能化管理。