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摘要：随着我国社会经济体制的不断完善，电力能源营销市场逐步发生了“质”的转变，这样就对电力能源计量工作的准确性和科学性提出了更高的要求。供电部门计量检验小组作为对电能计量装置专门的技术人员，在工作当中需保证公平、公正的态度，同时契合引入新型技术手段来持续保障电能计量工作的顺畅进行，并赋予其促进时代发展“导演”的角色。近年来，随着科学技术的快速发展，目前我国加快了计量自动化系统的建设，而且在电网公司现场运行的计量自动化终端数量也不断增加，在计量自动化系统规模不断扩大的情况下，由于配用电网络所处的环境较为复杂，而且在现场各类用电采集终端故障也时常发生，这就导致现场终端运行维护和故障处理的工作不断增加，在这种情况下，利用故障诊断技术进行计量自动化终端故障的处理具有极为重要的意义。文中从故障诊断技术入手，对计量自动化系统进行了分析，并进一步对计量自动化终端远程故障诊断专家系统进行了具体的阐述。
关键词：故障诊断；计量自动化系统；专家系统
电力能源是当今社会发展不可或缺的，同时也为推动社会生产力和快速发展的根本。因此，在电力系统构建中如何做好用电计量工作是重点，电能计量设备作为衡量用电“度”的主要装置，其应用的计量方法和处理各类故障的措施越来越受到大家的关注。目前在我国电网公司中计量自动化系统得以大规模建设，同时大量配套的计量自动化终端设备也开始在计量节点进行安装，现场运行中的计量自动化终端不断增加。随着计量自动化系统规模的不断扩大，现场终端故障处理工作也不断增加，这就导致电网公司需要面临较大的维护成本压力，所以如何能够快速、精确的实现对终端故障的分析和诊断是当前电力企业急需解决的重要问题。远程故障诊断技术在计量自动化系统中的应用，有效的缓解了电能计量自动化系统运行维护的压力，对于现场故障的排除起到了极为重要的意义。
1 计量自动化系统
计量自动化系统由现场运行的智能表计及终端，载波和无线等通信网络，计量自动化主站系统三大部分组成。智能表计与终端是智能计量自动化系统的感知节点，好比人的神经末梢，是电能智能计量体系的重要组成部分之一。智能表计与终端的准确、可靠运行，可优化电力生产、传输和使用，并实现从输配电到用户所有环节的智能交流。
计量自动化系统的建设是在原有大客户负荷管理系统主站基础上扩展，基于一体化平台实现厂站、大客户、配变以及集抄等计量点的电能、负荷、供电质量监测等数据以及设备运行管理数据的采集、存储和自动远传，建立全网一体化的计量平台。其主要功能是把电能表存储的有关数据，通过信号通道（如电话线）传送到后台主站，从而在工作站计算机上就可以看到电能表的运行数据。该系统一方面能完全代替人工到现场抄表的工作，另一方面，还能对数据进行存储、计算、分析。
主站系统通过RTU采集变电站电表电能量、瞬时量、需求量等电网数据，可自动、完整、准确、可靠、灵活地采集、传输和存储，数据不丢失，具体功能有：
（1）监测电能量计量装置运行情况，系统运行、计量缺陷等故障信息。
（2）电量统计。实现电能量的各类统计，完成线损及线损小指标的统计、分析。电网线损实现分压、分区、分线统计分析，变压器损耗电量、母线不平衡电量的分析计算。
（3）告警信息。提供失压断相报警，电量越限报警，采集异常报警，母线不平衡报警，变压器变损越限报警等。
（4）电压合格率、功率因素统计分析。
（5）提供各种数据的Web浏览功能，并支持与企业内其它系统的集成。
（6）分费率、分时段电能统计和结算。
（7）提供SCADA接口，完成旁路事件导入。
计量自动化系统主站好比是整个计量自动化系统的神经中枢，主要负责计量自动化系统的数据采集和监测功能。通过将数据汇总和业务处理来实现大区域的用电监测、负荷控制、线损分析、供电质量分析、客户节能评估等功能，为大区域的电力调度、电力设施部署等提供依据。在基于远程抄表的计量自动化系统发展历程中，最早出现的是厂站电能计量遥测系统，国际电工委员会制定了电能累计量传输配套标准，并在目前电能计量遥测系统建设中使用最为广泛。但随着电力系统体制改革的不断深入进行，这一标准已无法满足当前电力企业计量遥测系统建设的需要，电能计量自动化系统的出现，有效的实现了厂站电能计量遥测系统的整合，确保了一体化电能计量自动化系统的建立。
2 电能计量自动化系统在计量工作中的应用
2.1 在电费抄核收中的应用
利用电能计量自动化系统的远程抄表功能可以代替人工抄表，抄表人员只要在营销系统中就可以直接调取电能系统中的当月月冻结电量表码值，而且可以很方便的计算费用，这种远程自动抄表功能的广泛应用，必然可以很大程度上提高电能计量的工作效率和实效性差，同时可以通过系统的线损统计功能解决线损统计不同期的问题，大大的提高了电费抄、核、收工作的准确性。
2.2 在用电检查和计量管理中的应用
电能计量自动化系统具有多种监控和分析功能，其中主要的有：计量点功率及电量查询功能，实时的多对象之间的电量比较分析功能，终端和电能计量表电量对比分析功能，电量异常检查和分析功能，相间电流和电压分配不平衡检查和报警功能等，这些功能的应用为及时发现电能计量故障和窃电行为提供的有效的手段，为供电企业挽回了不必要的损失。
2.3 在错峰用电管理中的应用
传统的错峰管理一般采取的是人海战术，其往往存在管理不到位和管理方式落后的问题，而电能计量自动化系统的应用可以很好的解决这一问题。通过本系统可以根据电力企业特定的错峰供电模式自动产生相对应的错峰计划，同时将各错峰用户的限电公里曲线下发，这样系统就能够针对各单位的错峰负荷进行实时的监督与管理，确保各单位的错峰负荷达到全局错峰负荷指标。
2.4 在线损管理中的应用
本系统的线损管理功能是在数据采集功能采集到的变电站计量点数据、配电计量点数据、用电大客户转变计量点数据以及低压数据的基础上，建立线损四分模型，形成原始的线损四分统计，并通过与配电网系统、电力营销系统和GIS系统之间的数据共享，实现电能计量自动化系统和各系统之间数据的实时性，从而确保系统的计算线损率的准确性。
2.5 在客户节能和优质服务中的应用
推广“节能、科学、合理”的用电理念是电力需求侧管理的一项重要内容。电能计量自动化系统在客户节能和优质服务中的应用主要体现在对电力需求侧管理提供了有效的数据支持，利用系统的功率因数、负载率筛选、三相不平衡率、峰谷用电比等功能，能够方便而快捷的筛选出功率因数低、负载率低的客户，并通过对其用电管理上存在的不足进行分析，从而为这类客户提供优质的技术服务，指导客户采用合理的无功补偿措施，并合理配置变容量，从而帮助客户提高用电管理水平，提高用电效能，减少功率因素调整电费，降低生产成本。
3 远程故障诊断技术
我国设备状态监测与故障诊断的发展经历了三种历程，分别为单机监测、分布式监测诊断和远程监测诊断，这是一种渐近的过程，使状态监测与故障诊断技术得到不断完善。远程故障诊断技术属于一体化的网络集成系统，集数据采集、信号分析、状态监测、专家诊断、故障预测于一体，同时也是集多种现代化先进技术于一体的综合应用系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆远程故障诊断技术其最大的特色是设备与诊断资源在地域上是处于分离的状态，在网络的基础上实现了异地故障判定和处理。远程故障诊断技术的应用，有效的降低了设备的维护成本，确保了设备故障诊断的及时性和准确性，通常情况下远程故障诊断方法分为模式识别，规则推理和数学模型。
3.1 模式识别
在模式识别方法的故障诊断中，通常采用的都是统计方法和模糊模式识别方法。通过统计方法可以有效的分析出故障特征，其是通过信号来对统计特性进行计算，然后根据统计特征的某些分量来作为故障特征。而模糊模式识别方法其在对故障诊断过程中更多的是依赖一些经验知识，所以其所发现的故障也通常为一些常见的故障。
3.2 规则推理
规则推理由于其源于人的大脑的原理，所以也称为人工神经网络，其可以通过一定规则进行自学，具有较强的抗干扰能力，虽然当故障条件经充分模拟和学习后可以准确的发现故障，但由于实际设备运行过程中故障并不是经常发生，所以在模拟过程中并不能得到足够的训练数据。
3.3 数学模型
数学模型作为一种科学研究的有力工具，在机器故障诊断中早已得到应用，尤其在动态系统的故障诊断中，这种技术非常重要。其缺点在于工业过程复杂时，一般很难得到精确的数学模型，通常只能通过辨识的方法得到其近似的数学模型，而且有时近似数学模型的误差比较大。单独一种故障诊断方法都存在自己的优缺点，因此，各种方法的交叉综合应用，实现优势互补是一个趋势。如模糊神经网络将模糊规则和人工神经网络两者优势互补，一方面可以用语言描述的规则构造网络，使网络的权值具有明确的意义;另一方面引入了学习机制，提高了知识精度。
4基于计量自动化系统的计量装置故障分析方法
4.1 月电量报表分析法
计量自动化系统在每月月初会将系统内每个计量点本月1号0时0分所采集的电能表有功和无功行度与上月1号0时0分所采集的数据进行运算，计算出系统内每个计量点上1月份的有功和无功电量，然后将同一变电站相同电压等级的计量点统计在同一份月电量报表上，再根据输入母线电量与输出母线电量在理论上接近相等的原则，对同一份月电量报表上的计量点进行分类统计和计算：
根据对计量自动化系统运行维护的经验，各变电站母线不平衡率比较稳定，波动幅度一般在±0.2%。当某月不平衡率波动超出一般范围时，对每个计量点进行排查，检查其采集的电流、电压数值是否正常，从而可以分析计量装置故障。
4.2 日母线不平衡分析法
日母线不平衡分析法与月电量报表分析法从原理上来说，基本上是相同的，只是将时间段从一个月缩短为一天，而且在系统的数据运算上也有不同。计量自动化系统中变电站端装置每30分钟对该站各计量点进行数据采集，主站每天定时将站端装置所采集的数据传输回系统数据库，而且系统每天定时会对那些数据进行运算，计算出每个计量点每30分钟的电量值。日母线不平衡分析法就是将各计量点每天24小时共48个电量值进行累加，再计算出各变电站母线不平衡率进行分析。
日母线不平衡率相对没有月报表的不平衡率稳定，但是当其数值超过±1%时，则可以判定该电压等级计量点存在计量装置故障。
4.3 故障报警信息平台
故障报警信息平台是依据计量自动化系统所采集回来的每个计量点的电流、电压值，与设定值进行比较分析，从而得出故障报警信息。如果要对系统中每个计量点的所有时刻电流、电压值进行比较分析的话，系统运算量过于庞大，会导致计量自动化系统运行速度严重减低，甚至出现系统死机。因此，根据用电负荷曲线特征情况，只选取了负荷低谷点（0点）和负荷高峰点（10点）两个特征时间点的电流、电压值进行检测比较。
故障报警信息平台主要实现以下六类报警功能：
4.3.1 三相三线电压报警
由于在三相三线计量方式中，电压Uab=Ucb=100V，因此，把三相三线电压报警基准值设定为100V，将检测时间点的电压值与基准值进行比较，当差值所占比例大于20%时，则判断为失压并发出三相三线电压报警信息。
4.3.2 三相四线（高计）电压报警
由于在三相四线（高计）计量方式中，电压Ua=Ub=Uc=57.7V，因此，把三相四线（高计）电压报警基准值设定为57.7V，将检测时间点的电压值与基准值进行比较，当差值所占比例大于20%时，则判断为失压并发出三相四线（高计）电压报警信息。
4.3.3 三相四线（低计）电压报警
由于在三相四线（低计）计量方式中，电压Ua=Ub=Uc=220V，因此，把三相四线（低计）电压报警基准值设定为220V，将检测时间点的电压值与基准值进行比较，当差值所占比例大于20%时，则判断为失压并发出三相四线（低计）电压报警信息。
4.3.4 三相三线电流不平衡报警
由于计量自动化系统中的计量点用电负荷三相平衡，而在三相三线计量方式中只有A、C两相电流，因此，把Ia与Ic进行比较，当差值所占比例大于50%时，则判断为电流不平衡并发出三相三线电流不平衡报警信息。
4.3.5 三相四线电流不平衡报警
同样因为电能遥测系统中的计量点用电负荷三相平衡，但在三相四线计量方式中计量A、B、C三相电流，只是取两相电流进行比较是不适合的，因此，把Ia分别与Ib、Ic进行比较，当任一差值所占比例大于50%时，则判断为电流不平衡并发出三相四线电流不平衡报警信息。
4.3.6 电能表掉电报警
由于电能表的运行电源来自于PT电压，当电能表掉电时，将导致数据无法被站端采集装置所采集，因此，当某一计量点所采集的数据为空时，则判断为电能表掉电并发出警报信息。
5 计量自动化终端远程故障诊断专家系统
故障诊断专家系统是专家系统在工程领域的一种应用，它能获取大量的专家诊断知识，利用专家的推理方法，解决故障诊断领域的问题。远程故障诊断专家系统在人机接口上做了较大的改进，对传统的诊断专家系统进行网络化，使用户可以通过浏览器远程调用专家系统，利用交互式网页输入故障信息，得到诊断结果。同时计量自动化终端远程故障诊断平台也研制并投入应用，通过研究终端接入、报文录制、通讯质量统计、终端诊断分析等技术，开发了地市局终端故障诊断系统和省主控诊断系统。计量自动化系统终端远程故障诊断平台是一个面向全省供电局用户使用的系统，具有系统稳定性高，接入终端数量大，终端故障的类型多样等特点。为了解决这些问题，在系统开发中应用了专家系统技术和多线程技术。
6 结语
远程故障诊断技术在现场运行终端中的应用取得了较好的效果，再加之专家系统的开发和应用，有效的实现了现场运行终端故障数据的自动收集，从而更好的实现了终端安装调试诊断、现场运行终端故障诊断，这对于现场人员工作量的降低起到了极为关键的影响，特别是对于今后用电计量终端故障管理水平的提升发挥了极为关键的作用。
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论文作者:任凤莲
论文发表刊物:《电力技术》2016年第6期
论文发表时间:2016/10/16
标签：电能论文; 终端论文; 自动化系统论文; 系统论文; 故障诊断论文; 电压论文; 电量论文; 《电力技术》2016年第6期论文;