變電站110kV及以上母線電量不平衡量的分析

陳建熹 林仲碩 謝一奮 劉駒 許愷

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局 廣東 汕頭 515041）

引言

在電能計量領域中，變電站電能計量是一個重要的組成部分，對分析供電單位的供電量，線損電量具有很重要的支持作用。監測變電站日母線電量不平衡大小，是一種常用的輔助運維人員日常分析變電站電能計量準確性的手段。因此，利用歷史母線電量不平衡量的大小，實現對計量準確性的輔助分析，對提高計量運維人員的工作效率，具有很好的輔助作用。

1 變電站母線電量不平衡率的構成與特征

1.1 變電站母線電量不平衡率的構成

變電站母線電量不平衡的計算方法為公式1：

通過該公式可以看出，母線電量不平衡率與輸入、輸出母線的電量有關，當某一電能計量裝置出現異常時，就會使得母線電量不平衡率發生異常增大或減少，從而可以輔助判斷電能計量裝置的準確性。按照當前對母線電量不平衡率的要求，標準為：±1%以內視為合格，超過這個范圍，則視為不合格。

1.2 變電站電能計量裝置的組成及其特征

變電站電能計量裝置包括：電能表、電壓互感器、電流互感器等三個主要設備。根據DLT 448-2016 《電能計量裝置技術管理規程》中的規定，一般的，變電站電能計量裝置采用0.2S級電流互感器。對電能表來說，當前安裝的電能表，表碼的精確度等級為小數點后兩位。

對于10kV饋線，同一變電站內的10kV饋線可能采用兩種或以上不同變比的電流互感器；而對于110kV及以上線路，電流互感器的變比一般相同且相對較大；根據某供電局安裝的電能計量裝置統計結果顯示，110kV及以上電能計量裝置，采用600/5以上變比的電流互感器，即綜合倍率最小為13200，因此電能表即便走碼較小，乘上綜合倍率后電量依然很大。

2 變電站母線電量日不平衡的構成分析

2.1 變電站母線電量日不平衡量的構成分析

變電站母線電量日不平衡量的構成可以分為以下幾類：

（1）母線合理線損：在變電站的日常運行中，由于母線本身電阻的存在，形成母線線損；

（2）電能表表碼的精確度造成的影響：由于當前采用的電能表表碼的精確度為小數點后兩位，所以在零點時，如果電能表所計電量不滿0.01時，則會造成當日有部分電量未計入，形成了變電站母線電量日不平衡量；

電能量采集終端采集順序造成的影響：

（1）當前計算變電站母線不平衡電量時，采用的表碼為電能量采集終端采集的實時表碼；由于電能量采集終端采集順序的先后，以及表碼信息在通信線路上的先后到達，采集回來的各電能表的實時表碼有些微的先后差異；這種采集時間的非同時性也形成了變電站母線電量日不平衡量的一部分；

（2）旁路代供的影響：對于存在有旁路母線的變電站而言，當變電站的線路、主變檢修時，則會使用旁路母線代供電能。當變電站母線電量日不平衡模型中不存在旁路母線的電能表所計電量時，則會形成將其計入變電站母線日不平衡量中；

（3）電能計量裝置異常：當線路、主變電能計量裝置出現異常時，則不能準確計量電能量，造成不平衡[1]；

2.2 110kV及以上母線日不平衡量的特征

對于變電站母線不平衡量，根據歷史數據分析可得，110kV及以上母線日不平衡量在數值上呈現更多的統一性，在正常情況下，大部分時間集中在某幾個數值上。

以某220kV變電站為例，下面中圖1為該變電站自2017年以來110kV母線日不平衡電量數值分布柱狀圖，其數值分布的方差為116.4，說明其數值分布集中性較高，具有較好的敏感性。

3 母線電量日不平衡量與日不平衡率的對比

3.1 數值分散性的對比

根據2.2節中的論述，以及歷史數據的總結分析可以得出：110kV及以上母線電量日不平衡量具有相對集中的特點。同時，在日常生產活動中，輸入、輸出母線的日電量與當日的用電負荷、電網潮流有關，分散性相對較高。因此，根據1.1節中的公式1的計算方式，可以推斷出，母線電量日不平衡率的分散性也相對較高。

同樣的，以2.2節中所述變電站的數據為例，做該站110kV母線電量日不平衡率數值分布柱狀圖（圖2），可以看出，除0%占比較高（共出現384次，占比34.8%）外，其他數值出現頻率較低，分散度較高[2]。

該站110kV母線日不平衡率的數值分布方差為20.9，明顯相對分散。

3.2 作為異常信號的對比

在電能計量領域，母線電量日不平衡量和變電站母線電量日不平衡率這兩個指標，都可以作為異常信號，輔助判斷變電站是否發生計量異常。

在日常工作中，對變電站母線電量日不平衡率的閾值為±1%，在此標準下，根據該變電站的數據，共有435個點不符合該標準，占總數29.8%，誤報率較高，造成該站母線電量日不平衡率偏差的原因主要為2.1節中2、3點所述。

相對的，對該站母線電量日不平衡量的數值分布，采用某數值的出現次數占總數據量的比率作為輔助判斷是否發生計量異常的依據，并將閾值設定為±1%。在該種判斷標準下，共有33個點不符合標準，占總數2.2%，與實際運行中的異常發生次數相對接近。

因此，變電站母線電量日不平衡量相比變電站母線電量日不平衡率作為輔助判斷指標，更具合理性[3]。

4 母線電量日不平衡量的數學模型分析

4.1 數學模型的基礎假設

假設上述章節中所采用的變電站的母線日不平衡量均由2.1節中第2點引起，對其進行數學建模，再將結果與實際分布情況進行對比，可驗證理論的合理性。

已知該變電站110kV母線上，共有7條線路，其中所有線路的電壓互感器均為110000/100，有三條線路的電流互感器變比為400/1，四條線路的電流互感器變比為800/1。每只電能表在每日均有-0.01、0、0.01三種可能，假設這三種可能性均為1/3，以此進行建模計算。

4.2 對變量的分組

根據上述該站線路電流互感器的描述，可知，在電能表的電量為0.01時，有3條線路的實際電量為4400 kWh，有4條線路的實際電量為8800 kWh，因此可以以此進行分組分組[4]。

4.3 總概率分布

通過4.2節中的討論，歸納總結出各個數值的分布情況，如下圖所示：

4.4 理論模型與實際數值的對比

將2.2節中的數值分布數量轉化為數值分布百分比，與4.3節中的理論模型相對比，做出圖5

總結圖5中的數值分布，可見：

（1）實際母線電量不平衡量集中程度更高，且更加集中在數值0周圍；

（2）實際母線電量不平衡量在數值較大的末尾段，存在一系列數值量較大的點，且數量較少；

（3）理論模型和實際母線電量不平衡量分布都符合正態分布的規律，且峰值集中在數值0周圍，說明2.2節中的原因分析2具有一定的可信度；

對此，回顧4.1節中的假設，可以發現理論模型與實際分布產生差異的原因，可以歸結于以下幾點：

（1）在4.1節中，模型假設每個電能表每日產生{-0.01,0,0.01}的差值的概率均相同，都為1/3；而在實際生產中，產生{-0.01,0,0.01}三個差值的概率并不相同，由實際分布可知，在實際生產中，0差值的概率更高，因此最終的分布比率也更集中與數值0上；

（2）根據4.3節中表八，各個母線日不平衡量數值之間不是連續的，而是離散分布的，而由于離散分布的存在，導致了理論模型并不嚴格符合正態分布的要求，但根據4.2節中對各個數值的概率計算，可見該種概率計算接近于二項分布模型，而當樣本數量巨大時，二項分布模型又可近似于正態分布模型，因此，仍可以采用正態分布曲線估算數值的分布情況；

（3）在實際母線不平衡量分布中，在數值量大的尾部有數量較少的點，這些數值并不符合模型的預測，在實際生產過程中也屬于異常的數值點，屬于2.2節中分析4、5的情形[5]。

5 結語

本文分析了變電站母線日不平衡量的產生原因，對比了變電站母線日不平衡量與日不平衡率作為異常信號的性能對比，表現了變電站母線日不平衡量作為異常的指標具有更好的準確性。最后，以2.1節中的原因分析2作為根據，按照每個電能表每日產生{-0.01,0,0.01}的差值的概率均相同的假設進行數學建模，得到一個理論變電站母線日不平衡量分布的模型，并與實際日不平衡量的分布情況進行對比，說明了2.1節中的原因分析2具有一定可信度，以及變電站母線日不平衡量符合正態分布的模型。