一种变电站电量采集故障的智能研判方法

技术领域

本发明属于电能计量领域，尤其涉及一种用于变电站电量采集故障的智能研判方法。

背景技术

变电站母线输入电量、输出电量之间的差值称为不平衡电量，不平衡电量与输入电量的比值称为母线不平衡率。

母线不平衡率异常不仅反映着变电站设备的异常运行状况，也反映了站内计量装置的实时性和准确性。

开展母线电量不平衡率的统计和分析，是发现站内设备故障、计量异常的重要手段。

随着电表精细化工程的推进，计量准确度的提高使得系统对母线不平衡合理率的要求也进一步提升。

在现阶段，母线不平衡率的异常主要依靠电能采集系统进行统计、计算，根据计算结果进行现场排查，不仅没有充分利用各个系统的数据，还造成排查工作量大，耗费较多的人力物力。更甚者，现场排查人为影响较大，易出现无法查明原因的情况，因此如何利用不同系统的数据分析来预判母线不平衡率的异常原因成为当前提升不平衡率合理率的重要方向。

当前的研究中，有部分文献针对具体案例文献总结了造成母线不平衡率的原因，其中，“母线电能不平衡异常原因分析”(《电测与仪表》,陈炜.2010,47(7):92-94.135)对变比错误原因引起的母线电量不平衡率进行了研究；“电能量计量表计应用和发展”(《电力自动化设备》,陈赤培.2002,22(4):55-57)、“基于计量自动化系统的变电站母线电量不平衡分析”(《中国电力教育,刘小华.2012,(27):143-144)及“基于SCADA/EMS的负荷实测与网损在线计算的研究与应用”(《电力系统保护与控制》,汪永华,王正风.2012,40(4):96-100)中主要对电压互感器压降误差、电流互感器累积误差引起的母线电量不平衡率进行了分析；“TV二次电压回路误代造成电能计量误差的分析”(《电工技术》,张志斌,李明鉴,路宗强等.2010,(9):55-56.)对电能表故障以及电能表二次回路接线故障等原因引起的母线电量不平衡率进行研究，取得了一定的成果，但没有针对原因研究母线不平衡率的排查方法；“变电站母线电量不平衡率异常的分析”(《电工技术》,谢楠.2011,(10):25-26,35)提出利用联络线路的两侧比对、T接或多T接线路的多侧比对、线变组接线的比对、主变变损比对、趋势化比对的方法，但没有考虑到同一计量回路的整体性故障，也无法解决历史遗留问题；“变电站电能表二次回路故障辨识方法”(《电测与仪表》,夏澍,徐英成,王思麒等.2017,54(11):99-105)提出了的电度表二次回路故障预判的辨识方法，但没有提出利用系统进行在线分析的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站电量采集故障的智能研判方法。其依托SCADA(Supervisory ControI And Data AcquiSition System，电能计量数据采集、监视和控制系统)拓扑结构和电能量采集系统的电量数据的大数据规律，通过数据分析和电量比对，确定引起母线不平衡率异常的故障定位；智能研判变电站电量采集故障，指导现场消缺作业，同时分析计算分析不合格线路线损原因，提供可行的解决方案，改善供电公司的线损指标完成状况。

本发明的技术方案是：提供一种变电站电量采集故障的智能研判方法，包括变电站电量的采集和统计，其特征是：

1)当变电站的母线不平衡率计算结果出现超标，查询对应变电站的SCADA系统图形，得到电站的母线—线路的拓扑关系；

2)根据变电站运行拓扑结构，针对独立运行的母线段，分别计算主变进线电量、出线电量，并计算各段母线的不平衡率，误差较大的判断为故障母线；

3)对已经判断出的故障母线，为判断其故障表计，通过SCADA系统导出计算日的该段母线进线和出线的日平均电流值，并根据电量计算公式，计算当日电量；将SCADA电量与电采系统电量相比对，有效辨识计量回路的异常情况；

4)针对确定的故障表计回路进一步分析，判断其可能的故障类型；

5)针对台账错误，分析其故障前后的电量变化规律，并建立故障类型关系表；

6)以SCADA电量作为参考电量，电采电量作为实际电量，根据实际电量和参考电量的比值，在故障类型表中查找最接近的数值，与之对应的故障类型即为判断出的故障结果。

所述的智能研判方法，集成电能采集系统和SCADA系统，在排查环节中，SCADA系统为电能采集系统提供实时的网架结构信息，电能采集系统提供母线电量不平衡率的计算数据；当母线不平衡率出现异常需要进行比对分析时，SCADA接口将提供异常电站的电流、电压信息。

具体的，所述的母线—线路的拓扑关系，按照下列模式进行：

假定当前运行状态下，变电站有X段独立运行的母线，将运行中的进线、出线按照所属母线分成X个集合；

设第x类母线所涉及的进线的集合为J

进一步的，若两段所述的母线有连接共同带负荷则视为一段。

具体的，其所述故障定位包括：

对于同属第x段母线的进线和出线，正常运行时其电量应相等；

通过SCADA系统得到的母线-线路拓扑关系，对母线平衡报表中第x段母线的进线和出线，将其电量对应赋值给Jx1,Jx2,…,JxM以及Cx1,Cx2,…,CxN，形成第x段母线的电量数据集合Wx＝{WJx1,WJx2,…,WJxM，WCx1,WCx2,…,WCxN}，然后进行分段计算。

进一步的，所述的每段母线的不平衡率按照下列公式计算：

具体的，所述的故障定位判定采用如下的判定逻辑：若某段母线不平衡率超出[-1％，1％]，判定为故障母线段。

进一步的，为进一步精确故障位置，在故障定位过程中设置SCADA电量和电采电量比对环节，提取判定为故障母线段的计量点名称，查询其电采电量作为实际电量。

所述的智能研判方法，对于判断得到的故障位置及对应的故障类型，通过电量还原的方法验证判断结果的准确性。

所述的智能研判方法，利用多来源电力数据的关系挖掘，通过故障电量比对和故障电量数值关系的并对，利用SCADA系统和电能采集系统的关联数据通信，实现母线电量不平衡率异常原因的在线分析和智能研判，能够快速准确地辨识引起母线电量不平衡的异常原因。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.系统依托SCADA拓扑结构和电能量采集系统的电量数据，计算区域供电公司的实际线路线损，并分析不合格的线路线损成因，提供可行的解决方案；

2.将运维人员的故障分析经验转化成系统的智能经验库，根据系统故障的不同反馈，进行故障自动判别；

3.在电能量采集系统数据采集可靠的前提下，对线损不合理的线路进行分析原因，系统自动智能研判，生成线损不合理分析报表，直接给出不合理原因，指导运维人员进行缺陷处理，达到提高公司线损管理水平，提升线损合格率满足考核要求的目标。

附图说明

图1是本发明故障诊断方法的流程方框图；

图2是本发明母线不平衡率异常分析流程图；

图3是本发明母线不平衡率异常分析平台数据架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在供电系统的现有运行管理中，线损分析结果的正确取决于供售数据的准确可靠，供电测数据由电能量采集系统通过网络远程采集变电站出线电度表中数据，其中物理接线和网络节点众多，不可避免会有故障例如接线松动，网络中断或表电表本身故障导致数据采集中断，致使线损计算缺少数据，结果不准确。以往处理此类故障完全依赖运维人员的长年工作经验的积累利用工具分析出故障原因，不具有普遍性和推广性。

如前所述，变电站母线输入电量、输出电量之间的差值称为不平衡电量，不平衡电量与输入电量的比值称为母线不平衡率。

母线不平衡率异常不仅反映着变电站设备的异常运行状况，也反映了站内计量装置的实时性和准确性。

引起母线不平衡率异常的问题主要集中在采集异常、台账变比错误、计量回路接线问题三大方面。但在实际排查中由于电度表数量多、接线复杂，逐一排查问题难度较大。

母线不平衡率计算数据来源于电能采集系统，即采集10kV母线的主变开关输入电量和各个出线的输出电量，计算变电站整体的母线不平衡率。但当母线不平衡率超标时，故障往往出现在某一条或几条出线表计回路，因此，需要获取变电站的母线拓扑关系对各段母线的输入输出电量进行分析，从而缩小故障范围进实现精确的故障定位。

SCADA系统不仅可以通过厂站名称查询其运行状态，而且具备操作实时更新的功能，通过画面数据传输可以提取最准确的变电站拓扑关系进行母线不平衡率分析。

在SCADA的采集系统中，电流为母线电压的实时数据，电流取自保护回路，而电采系统的电流取自计量回路；不同源的电量数据比对可以快速准确地发现计量回路故障。同时，SCADA提供实时电流曲线、日电流曲线、周电流曲线、月电流曲线，并自动计算均值；而电采系统的母线平衡报表仅采用日计算、月计算两种规则，通过电量计算公式，SCADA可为异常分析提供完备的比对数据支持。

如图1至图2中所示，本发明的技术方案提供了一种变电站电量采集故障的智能研判方法，包括变电站电量的采集和统计，其发明点在于：

1)当变电站的母线不平衡率计算结果出现超标，查询对应变电站的SCADA系统图形，得到电站的母线—线路的拓扑关系；

2)根据变电站运行拓扑结构，针对独立运行的母线段，分别计算主变进线电量、出线电量，并计算各段母线的不平衡率，误差较大的判断为故障母线；

3)对已经判断出的故障母线，为判断其故障表计，通过SCADA系统导出计算日的该段母线进线和出线的日平均电流值，并根据电量计算公式，计算当日电量。将SCADA电量与电采系统电量相比对，有效辨识计量回路的异常情况；

4)针对确定的故障表计回路进一步分析，判断其可能的故障类型；

5)针对台账错误，分析其故障前后的电量变化规律，并建立故障类型关系表；

6)以SCADA电量作为参考电量，电采电量作为实际电量，根据实际电量和参考电量的比值，在故障类型表中查找最接近的数值，与之对应的故障类型即为判断出的故障结果。

本发明技术方案所述的智能研判方法，集成电能采集系统和SCADA系统，在排查环节中，SCADA系统为电能采集系统提供实时的网架结构信息，电能采集系统提供母线电量不平衡率的计算数据；当母线不平衡率出现异常需要进行比对分析时，SCADA接口将提供异常电站的电流、电压信息。

具体的，本发明的技术方案中，首先获取变电站母线拓扑关系，根据SCADA数据比对分析故障位置，然后根据数据比例关系分析故障类型，在现场排查前进行精准的故障定位和故障定型，缩小排查范围，提升排查的效率；另外还利用数据还原进行故障结果验证，提升判断结果的准确性。

1、母线-线路拓扑关系判定：

当变电站的母线不平衡率计算结果出现超标，查询对应变电站的SCADA系统图形，可得到电站的母线-线路的拓扑关系。

2、定位故障母线段：

根据变电站运行拓扑结构，针对独立运行的母线段，分别计算主变进线电量、出线电量，并计算各段母线的不平衡率，误差较大的判断为故障母线。

3、定位故障表计回路：

对已经判断出的故障母线，为判断其故障表计，通过SCADA系统导出计算日的该段母线进线和出线的日平均电流值，并根据电量计算公式，计算当日电量。将SCADA电量与电采系统电量相比对，可以实时有效辨识计量回路的异常情况。

4、确定故障类型：

确定故障表计后，为进一步缩小故障查找范围，可针对确定的故障表计回路进一步分析，判断其可能的故障类型。

在文献“变电站电能表二次回路故障辨识方法”(《电测与仪表》,夏澍,徐英成,王思麒等.2017,54(11):99 105.)中，较为完整地总结了三相三线制和三相四线制接线的计量回路出现不同故障时的电量变化规律。在此基础上，针对另一类常见的台账错误，分析其故障前后的电量变化规律，并建立故障类型关系表，具体故障关系表可参照上述文献中所述，在此不再叙述。

台账信息错误引起的母线不平衡率不合理主要在于电度表变比录入错误导致倍率异常，从而在母线平衡计算时出现数据偏差。某条出线电流互感器实际变比为K

以SCADA电量作为参考电量，电采电量作为实际电量，根据实际电量和参考电量的比值，在故障类型表中查找最接近的数值，与之对应的故障类型即为判断出的故障结果。

5、验证判断结果：

为验证判断结果准确性，按照判断出的故障类型，选择对应的故障电量关系式还原电量重新计算母平，若合理则判断正确，不合理表明判断有误，需采集下一日数据重新分析。

在图3中，本发明的技术方案所涉及到的分析平台主要分为计算和排查两大功能，计算功能仍采用电能采集系统的原有计算规约。在排查环节中，SCADA系统为电能采集系统提供实时的网架结构信息，电能采集系统提供母线电量不平衡率的计算数据；当母线不平衡率出现异常需要进行比对分析时，SCADA接口将提供异常电站的电流、电压信息。

在系统数据接通前，SCADA系统每5分钟采集一次数据，可查询实时电流曲线、日电流曲线、周电流曲线和月电流曲线。电能采集系统也实时采集数据，但在计算母线不平衡率时采取日计算和月计算两种规约，因此，在分析功能中，SCADA上传的数据也采用日数据规约，上传日电流曲线和日电流平均值，实现不同系统数据规约的统一。

进一步的，本发明的技术方案变电站电量采集故障的智能研判功能的实现步骤如下：

(1)母线-线路拓扑关系判定：

假定当前运行状态下，变电站有X段独立运行的母线，(若两段母线有连接共同带负荷则视为一段)将运行中的进线、出线按照所属母线分成X个集合。设第x类母线所涉及的进线的集合为J

(2)故障定位：

对于同属第x段母线的进线和出线，正常运行时其电量应相等。通过SCADA系统得到的母线-线路拓扑关系，对母线平衡报表中第x段母线的进线和出线，将其电量对应赋值给J

故障定位判定逻辑为：若某段母线不平衡率超出[-1％，1％]，判定为故障母线段。

为进一步精确故障位置，在故障定位中设置SCADA电量和电采电量比对环节，提取判定为故障母线段的计量点名称(进线及出线名称)，查询其电采电量作为实际电量；在SCADA系统传送的日平均电流数据库中，通过母线不平衡率计算日期和计量点名称两种规则查询SCADA日电流平均值，根据式(2)计算SCADA日电量作为参考电量。通过式(3)计算电采电量(实际数据)和SCADA电量(参考数据)的偏差率。

W

考虑保护回路和计量回路的数据误差，在判定故障线路时设置两种判定逻辑：一是若某线路偏差率超出[-8％，8％]，判定为故障线路；二是当所有线路的偏差率都在[-8％，8％]内，偏差率最大的判定为故障线路。

(3)确定故障类型：

确定具体的故障线路后，首先根据电采系统中电表属性的接线方式，即三相三线制或三相四线制选择故障类型判定表，然后根据式(4)的数值查询最接近的故障电量关系，表中对应的故障类型就是初步判定的故障类型结果。

λ

故障定型判定逻辑为：|λ

(4)验证判断结果：

对于判断得到的故障位置及对应的故障类型，通过电量还原的方法验证判断结果的准确性。还原电量如式(5)所示。

将W

若Δ

实施例：

1、提取详细的母线平衡报表：

根据某站日母线平衡计算列表，母线不平衡率为1.31％，超过[-1％～1％]的合理范围，从电采系统中提取其详细的母线平衡报表，如表1所示。

表1 某站日母线平衡报表

2、故障定位：

根据SCADA拓扑图形，该站为二主变四分段运行方式，母线-线路的拓扑关系如表2所示。

表2 母线-线路拓扑关系表

按照拓扑关系计算各段母线的输入电量和输出电量，如表3所示。根据表3可明显得知，该站不平衡量出现在10千伏一(1)段母线。

表3 各母线不平衡率计算

确定某条母线出现不平衡率异常后，通过SCADA系统查询存在异常的母线进线和出线的平均电流值和母线电压，计算SCADA电量并与母线平衡报表中的计量电量逐一对比，如表4所示。

表4 10千伏一(1)段母线电量比对

结果显示电量偏差较大的值出现在里50、里18，这2条出线与SCADA电量的偏差量恰好接近该站总不平衡量，因此初步判定50、里18存在异常。

3、故障定型：

异常表计确定后，根据母线平衡报表中查询到的电量与SCADA系统中电量的比值，确定可能存在的故障类型。该站电度表采用三相四线制表，里50母线平衡报表中电量为SCADA系统中电量的1/3，通过遍历故障电量关系表可判断异常原因是缺两相电流或电压、单相电流二次极性接反；里18故障后电量为0，而SCADA中电量为6250，判断异常原因可能为缺三相电流或电压、电流或电压相序错误(ACB、BAC或CBA)。

4、故障结果检验：

将里50的电量还原成故障电量的3倍，将里18电量还原为SCADA电量，,重新计算不平衡率为-0.56％，在合理范围内，故障结果判断准确。

最后工作人员前往该站对2条线路进行故障消缺，利用钳形电流表证实里50故障为A相电流二次极性接反，里18为三相失流，实际排查结果验证了上述分析结果的正确性。

5、多个案例效果验证：

为验证方法适用性，对多个站内母平不合理的情况进行故障排查，结果如表5所示。

表5 多个变电站母线不平衡率排查情况

由表5可知，该方法普遍适用于站内母线不平衡率异常排查，可快速准确地判断引起母平超标的异常原因，有效提升排查工作效率。

针对变电站母线不平衡率异常排查数据利用率低、现场排查效果差的现状，本发明的技术方案提出了变电站电量采集故障的智能研判方法，并提出了异常分析的实现流程。

本发明的技术方案利用多来源电力数据的关系挖掘，通过故障电量比对和故障电量数值关系，利用SCADA系统和电能采集系统的关联数据通信，实现变电站电量采集故障的智能研判。该方法能够快速准确地辨识引起母线电量不平衡的异常原因，对提升母线不平衡率合理率以及其排查效率具有广泛实施意义。

本发明可广泛用于供电系统的运行管理领域。