基于电力计量装置的电压异常检测系统结构设计

国网江苏电力有限公司无锡供电分公司马山供电所 堵敏义

1 引言

电力计算是电网运行的重要部分，电力计算将对电网的数据值实现误差衡量，对电力的准确性有较大影响。电能计算的装置运行状态需要考量在电压异常形态下监测的标准。所有电力计量设备必须通过检验才可投入使用，且在电力系统中，电力校验装置需要更新换代，迈向高集成化、高自动化方向。随装置功能复杂性提高，装置内部的供电系统也更为精密。为了实现装置的运行稳定，需要对电压异常检测系统进行优化，使其具备智能化、信息化的优势。在电压出现异常时，能够进行提示诊断，报告给上机值班人员及时处理。

2 电力计量问题分析

考量电力计量问题，随着社会快速发展，各行业对于电力资源的需求越来越高。电力计量装置要避免“窃电”行为以及供电不稳定等问题，对电力计量的现状进行研究，保障电力计量装置安全、稳定运行[1]。作为目前电力企业最关心的问题，电力计量中经常出现的数据模糊问题要得到重视。将工作重心由经济效益改为电力供给平衡，电力计量装置出现的各种异常问题要更新传统的计量监测方式。从实践角度，这一活动需要人工操作。主要以“查表”以及“稽查”两方面为主，抄表是对电表计量情况、装置运行情况等进行检查，对电表出现卡盘、自走、卡字等问题进行记录。而稽查是要根据我国现行的标准以及要求进行，要完成专门情况、专门问题的分析归类，对电能计量监测活动形成一种补充[2]。

3 电力计量装置数据值异常原因

3.1 电力系统影响

电力系统本身的运行问题是功率测量装置异常的主要原因之一。例如，当电力系统运行时，不可避免地会产生电力谐波。如果不能消除功率的谐波，将导致功率测量装置的误差增加，影响功率测量装置的精度。测量功率的装置应根据主波设计，要对范围内小频带完成性能计量。当出现电力谐波时，电力计量装置有可能会出现一定的偏差[3]。受此谐波影响，电能表的数据会出现卡字等问题。这些问题有大有小，需要酌情分析处理。

3.2 电力计量装置自身故障

电力计量装置自身出现故障，为电能表故障、互感器故障、测量柜故障等。当电力计量装置出现质量问题或选型不合格等，会使电力计量装置不能正常运行，电力综合误差值增大，从而导致电力计量的准确性受到严重影响[4]。

3.3 人为因素影响

受人为因素影响，电力计量装置的准确性以及可靠性会降低。例如，人为因素是指部分不法分子使用非法渠道，如窃电等手段改变计量装置的数据，从而达到降低缴纳电费的目的。这种行为对电力企业造成了较大的经济损失，也会对电力企业的未来发展造成不良影响。目前，窃电行为已上升至窃电反侦察阶段。电力企业很难对窃电行为进行精准查询，这就无意中加大了窃电现象。窃电方法较多，包含了扩差法、无表法等。对窃电行为进行监督，人为控制是最重要的方法，要坚决打击人为窃电行为，保证电力计量装置的正常运行[5]。

4 检测系统构架设计

检测系统架构的设计非常重要，电源异常状态检测系统包括主电源模块、主战、软件控制终端、测压模块、显示模块、报警模块等。在电能表的计量装置内，可以通过既定的减定电压，测量模块运动的状态是否符合要求，判定检测系统电压是否异常。检测后的数据通过LAN上传到主站，对数据进行精准的分析，包含时间以及各电力标准阈值等。当超出设置的标准阈值，其异常状态电荷被系统捕捉，随后进行记录。系统设计固定模块，通过UPS模式供电。当出现停电现象后，UPS 依然能够为系统持续的进行电力供给，使检定装置的工作不会中断。若出现意外中断，也能够及时地上报检测信息。主站是核心处理单元，可以对电厂的各项数据进行分析，实现异常数据记录，并现场报警，通知值班人员。在系统设计上，显示模块为旋转液晶显示屏，可滑动形式分析室外数据的验证情况，使用户能够灵活及时地感知现场检测信息，接收故障指示。通过单片机控制声光芯片，对各模块进行硬件、软件部分的测量。

目前，用于测量和校准功率的设备组成相当复杂。设备内部有一个数字控制电源模块，一个用于检查ER控制单元功能的模块等。每个电压类别包括220V 的三相交流电压和5V、12V、24V、36V 等电压。在实际应用中，应进行定时检测，所有的检测应用系统要根据电力计量装置不同工作状态进行测定。必要时，可转换为数字信号，并通过现场局域网输出到主站。来自测试数据的所有信息都存储在中心位置，并将主分析中的失败与预先计划的计划进行比较。当电压测量模块检测到的电压规则库不同时，给予预警，员工可以根据报警状态完成故障排除，使功率测量设备能够正常地工作。在构造中，电压测量模块可以提供电流功率等信息，分析所有的信息端口，并根据数据指示得出过压过载等异常情况，优化现场供电线路。

5 关键技术设计

5.1 电压测量模块设计

电压测量模块的设计应与用于采集检测系统的终端相结合，在方案的设计中，电压测量模块由电压为220V的采样装置和低压采样装置、放大装置、A/D 转换单元等组成。所有收集的数据将电信号输入放大电源，然后信息被放大。电压电路采集的信号经信息放大后，输出给A/D 转换单元，对产生的数字信号进行计算处理，由主站指挥部填写接收报告，实现远程控制。设计电压测量模块时，所有串行电源的输入电压为5V或12V，输入功率不应超过100W。A/D 转换器的参数包括“动态参数”和“静态参数”，设计用于通过3 个和16 个并行通道。例如，在第3和第16通道上，可以对ADC进行详细分析。为保证满量精度，可求解最小输入模拟电压位置10mV，精度能够保持在0.05%～0.08% 范围内。

5.2 计算单元设计

计算单元设计采用STM芯片完成电压的计算以及电流信号的获取，例如将其设计参数固定为32位，采用三个ADC以及对应的数据接口，完成芯片对接交流。接口类型包含但不限于CN、12S、UART 等，这些接口允许您计算功率和功率因数，还允许您设计多个直流电压测量和网络通信选项。高精度变压器用于完成绝缘采集，安全性极高。同时，有较高的测量精准度。在电压采样放大电路上，总线的所有电压通过取电阻转换为电流信号，电流通过隔离式电压接收器和变压器输出。操作后，其成为电压值，然后传输到A/D 转换单元以实现信号转换。采样电阻值幅度为360K，组织可支持0～380V的测量范围。

在本文的研究中，所有的电流采样电路220V电流采集，使用高精度电流互感器实现电气隔离。220V母线电流在经过互感器转换后，能够成为小电流，实现输出。转换为电压信号，实现音频信号衔接。在测量中，扩大已有的测量范围。例如，使其扩展至1000∶1 实现高精度电流互感。初始电流可以设置为5A，第2 次电流转换设置为5mA。将电流缩小至1000 倍，通过调节保障，能够得到0～3V 电压信号，满足常规转换单元的量程需求。电压采样的实时性要求不高，因此使用压实。在研究中，模拟开关是一个8 通道模拟多路复用选择器，并带有三个数字选择端口。在采集时，可以进行依次操作。A/D 转换单元通过一个通道集中输出，购买后切换到另一个通道。使用3.3V 参考基准，最小分辨率可以设计为1mA,可测量对应的外部输出信号。以DMA 方式进行连续采集，保证应用电路设计合理。LAN8702 显示在低功耗以太网PHY芯片上，支持自动协商机制以及主网络连接协议，保障自动翻转功能。且芯片性价比较高，应用简单，能够实现低成本的网络通信方案。保持所有通信协议的合理应用，并在此基础上减少RAM 字节占用比例。

5.3 电压测量模块指标

在设计中，包含220V 采样，能够支持电压测量范围，可以将其设置为0～380V。可以保证三相相电压以及线电压的采集，采集精度优于0.1V，采集精度大于0.1V。在设计上，直流电压采样可以支持直流电压采样范围以及采样精度，最高可支持20路电压采集，有较高的精准性。

5.4 试验结果分析

在试验结果分析上，要结合本文的研究方案进行试验论证。在后续，可以自动检测系统中的某一功能单元进行检定。针对三相电能检定装置，包含功能检测模块，A 相、B 相、C 相均保持220V。而功能检测模块1～24V，功能检定模块1～24V。为了保存电压采集模块的性能，在后续可以将检定模块输入正常电压进行测试，完成人工分析。在本次试验中，电压异常采集系统所保障采集到的数据电流相位能够对已有的电压进行指示，得出异常反馈并进行记录。在客户端完成数据采集，随后根据试验结果，评价电压采集模块的性能指标以及技术方案的故障正确率，得出正常的试验数据。A、B、C相220V 电压电流以1～24V 以及运动控制模块1～24V为测量，其运行状态正准确。功能检测模块2～24V电压以及运动模块2～24V，电压偏低且部分电压出现接线错误的问题，但均能指出，检测正确率高达100%。

通过实际数据表明，当电力计量装置明显出现异常信号，需要工作人员提高警惕。其异常原因与运行状态以及环境等有密切关联，必须进行记录，实现参数分析。若参数已混乱，就要考量在各种因素影响下计量综合误差是否不断增加。计量电压、回路电压、互感器等是否产生异常现象。

电压高低不稳定，电压无法显示三相电压混乱、是否能够指示电流以及电压回路异常变化、是否能够引起负荷功率等参数的改变。这些问题都需要以相应的指示信号为例，结合现场实际情况进行分析。如当自检装置在运行时，出现不可控问题后，会自动发出对应的预警信号。当计量柜异常打开时，继电器也会进行记录并实现报警。对于电流异常性检测，要考虑电流突变超过规定限额电能表部分电流回路检测软件，若无断路器，分闸就要进行对应方法的测量认定。主要包含功率运输异常特征以及突变检测分析值等，当检测信号异常时或出现变位现象时，信号可以在检测时分析正确的异常数据变化，从宏观状态异常检测角度出发，把握计量异常原因。

6 结语

结合本文的设计思路，所有电力计量装置电压异常状态减轻，系统都能够对电压电流进行采样分析，随后保障电压采集以及电路信号的数据换算精准。帮助用户获取电力计量工作状态，以便能够对电压异常故障情况进行分析，减少电力计量装置的故障率，提高装置工作稳定性以及可靠性。此外，异常的数据能够实现远距离的传输，保障数据的交互共享。高级管理人员可实行现场检测，更广泛地掌握数据，分析情况。因此，该电压异常检测系统有极高的应用价值以及实际意义。