电能计量装置健康度的综合评估与趋势预测方法

电能计量装置健康度的综合评估与趋势预测方法

史国强

（鄂尔多斯电业局伊金霍洛供电分局计量班内蒙古鄂尔多斯017200）

摘要：在现代化的电力计量中，需要抛弃原来的固定周期现场检验模式，设计一种基于在线监测信息的电能计量装置动态检验模式。目前已有多项关于电能计量装置状态评估方法的研究。在此基础上，本文提出一种电能计量装置总体健康度的评价和预测方法，根据监测信息对计量装置的健康度进行趋势预测。对电能计量装置健康度进行预测，可以提前安排现场检修计划，统筹人力资源，对于电力计量工作的开展具有重要的实用价值。

关键词：电能计量装置；健康度；综合评估；趋势预测

1电能计量与电能计量装置

对于电能这种生活中必不可少又特殊的无形商品，如何销售和结算非常重要。这就需要电能计量来实现对于电能的单位统一和量值准确可靠的测量。电能计量是通过电能计量装置实现的，对于电力企业而言，通过电能计量装置测量发电量、厂用电量、供电量以及售电量等，为电力企业制定生产计划、供电计划，搞好经济核算，合理计收电费等提供依据；对于工农业用电部门而言，通过电能计量装置有助于加强经营管理，考核单位产品耗电量，制定电力消耗定额，有利于开展节约用电，提高经济效益；对于家庭用户而言，随着人民生活的不断提高，居民用电量与日俱增，电能表己逐渐成为千家万户不可缺少的电气仪表。总而言之，电能计量管理直接关系到国家的财政收入、电力企业的最终经济效益和用户电费的合理负担。电能计量装置是用于测量、记录发电量、供（互供）电量、厂用电量、线损电量和用户用电量的计量器具。电能计量装置是指由电能表（有功、无功电能表，最大需量表，复费率电能表等）、计量用互感器（包括电压互感器和电流互感器）及二次连接线导线构成的总体，其中电能表是电能计量装置中的核心单元。在电力系统中，为了安全生产、保证电能质量以及做好经济核算工作，装设了各种各样的测量表计，随时检测所需要的各种参数。电能表就是专门用来测量电能累积值的表计，我们生活中最常见的电能表就是家庭用户使用的单相电能表。在高电压、大电流系统中，一般的测量表计不能直接接入被测电路进行测量，需要先通过电压互感器和电流互感器变换成低电压、小电流后再进行测量，这样的系统常见于工业动力用户中。

2健康度评价概述

随着现代智能制造业的快速发展，设备(如工业机器人)的结构、功能和运行环境也越来越复杂，负担的生产任务和经济可承受性要求也越来越高。传统的事后维护和定期维护方法由于缺乏对设备健康状态的及时了解和掌握，而使维护管理缺乏可理解性、针对性和科学性。因此，探索和研究可靠的设备健康状态评估方法，对于现代制造业具有十分重要的意义。目前，健康状态评估的主要方法可以概括为模型法、层次分析法、模糊评判法、贝叶斯网络法、统计回归法等。模型法建模过程比较复杂，模型的验证困难，且随着模型参数的变化要对模型随时进行修正，因此限制了它的应用范围。层次分析法在确定各层结构以及评估指标实际上需要融合大量的专家知识，因此也限制了它的应用范围，尤其是对复杂系统其适用性较低。模糊评断法在设计隶属度函数的过程实际上也需要融合大量的专家知识。贝叶斯网络法中贝叶斯网络的建造是一个复杂的任务，需要知识工程师和领域专家的参与以确定其结构、节点间的互相关系、先验概率等，在工程实际中可能是反复交叉进行而不断完善的一个复杂过程。在多模式背景下，设备的正常运行状态可能不再是单一状态，而很可能是一种复杂的多样化状态，在这种情况下进行健康状态评估比单模式情况下显得更加复杂和困难，尤其是从采集到的数据中自动地确定潜在的模式个数这个问题，目前还没有有效的解决方法。

3电能计量装置健康度评价方法

以百分制对整个计量装置的健康度进行评价。计量装置健康度评价需要考虑三方面的因素，分别是计量装置状态、配置方式以及运行工况。电能计量装置包含电能表、电流互感器、电压互感器以及二次回路四个部分，分别对组成计量装置的各部分进行以上三方面的评分，并进行加权综合得到电能计量装置三个维度的评分。最后将三项评分进行加权综合，得到最终的健康度评分。对电能计量装置状态的检验需要结合计量生产调度平台、营销业务应用和前端监测采集器提供的信息。状态检验包括对计量装置的基础状态、检测指标、运行环境以及家族缺陷的评价。装置的状态评分可以表示为：

（1）

式中，gS、gC、gP和gD分别为对电能表、电流互感器、电压互感器以及二次回路四个部分的评分；ωS、ωC、ωP和ωD为组成计量装置的四个部分的评分权重值，且有：

（2）

计量装置的配置方式考虑装置在配置过程中可能产生的错误，对装置的配置方式、型号匹配度以及封闭性能等进行评价。装置的配置评分可以表示为：

（3）

计量装置的运行工况是对电能表、电流互感器和电压互感器的运行负荷、运行磁场等方面进行的评价。运行工况可以表示为：

（4）

g、k和r这三个分值也采用百分制方式表述，对这三个分值加权综合之后，即为计量装置健康度的整体评分：

（5）

式中，g为计量装置的状态检验评分；k为配置方式评分；r为运行工况评分；ωG、ωK和ωR分别为状态检验、配置方式和运行工况三部分评分的权值。计量装置评价方法设计的重点是确定各个权重参数，采用序关系分析法，通过确定各因素的序关系和相邻因素重要性的比值来计算各部分的评分。首先对电能计量装置的四个组成部分进行重要性排序。在本设计中，令电能表、电流互感器、电压互感器以及二次回路四部分的重要性依次降低，且令它们的重要性比值向量为η1＝[1.9,1.7,1.5,1]。将η1带入权值系数计算公式即可得到四个组成部分的评分权重值ωS、ωC、ωP和ωD。将这四个权重值代入式（1）、式（3）和式（4）即可分别得到计量装置状态、配置方式以及运行工况这三个维度的评分。

4电能计量装置健康度预测方法

电能计量装置健康度的综合评价为其运行状态预报和故障预警提供了一定的借鉴，即先通过对同一批次的电能计量装置进行全覆盖的健康度评定，然后依据评定分值大小排序来制定动态检修计划，代替之前的固定周期检修模式，一定程度上提高了电能计量装置运行检修的针对性。简言之，健康度评定分值较高的电能计量装置，说明其运行稳定，可跳过下一周期的现场检验；健康度评定分值较低的电能计量装置，则需立刻或者尽快进行现场检验，及时排除风险。但是，电能计量装置健康度评定分值的境界值，一般按照管理约定或者专家经验而确定，缺乏定量分析手段；另一方面，受限于实际的人员、设备等电能计量装置运维投入，如果检测临界分值偏高导致在同一时间需要现场检修的电能计量装置过多，则会造成人力资源和检验装置方面的紧张。另外，一般对于不同批次不同类型的电能计量装置，根据其重要程度不同以及产生故障后的危害大小，也应当采取不同的健康度分值标准和检验力度。为此，针对海量电能计量装置检修针对性不够强而任务重的困境，为有效地进行精准的电能计量装置在线运维检测，提出了一种基于灰色模型理论的电能计量装置健康度趋势预测方法。际上影响电能计量装置健康度的机理复杂多变，一般通过影响因素直接分析进行健康度预测难度较大，为此，本文基于同一批次电能计量装置健康度评定分值作为输入样品数据，通过灰色GM(1,1)模型对电能计量装置健康度进行趋势预测。

参考文献

[1]林伟斌,陈垒,肖勇,等.电能表现场校验技术研发应用现状及其发展趋势(上)[J].电测与仪表,2016(12):1-6,41.

[2]国家电力公司发输电运营部组.DL/T448—2000《电能计量装置技术管理规程》学习读本[M].北京:中国电力出版社,2001.