CN109782111A - 一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，包括如下步骤：建立电能计量系统接线错误特征数据库，数据库中的每类接线错误特征对应一个相应的错误特征代码；获取测量数据；将数据库和获取的测量数据输入至主机；数据处理，由主机对获取的测量数据的数值进行数据处理，并生成特征序列；分析诊断结果，将特征序列与数据库进行比对，在数据库中筛选出与特征序列相匹配的错误特征代码，从而得出诊断接线错误的类别；本发明实现了对电能计量系统接线错误特征的自动诊断，确保了诊断结果的准确性，并大大提高了诊断效率，有效避免了人工诊断时对检修人员的理论知识水平要求较高及人工诊断出现较高误诊率的问题。

Description

一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法

技术领域

本发明涉及电能计量检测技术领域，尤其是一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法。

背景技术

电能计量系统在对三相三线制线路进行电能计量时，往往会出现接错线的现象，从而导致计量系统出现相序错误、失压、失流、电压互感器的极性反接及计量元件的电压与电流不匹配等故障，这些故障的出现严重影响到电能计量系统的正常工作。

当前，主要由检修人员以人工排查的方式来诊断电能计量系统的错误接线。然而，接线错误的形式多种多样，因接线错误而表现的故障特征也是种类繁多，复杂的故障特征大大增大了人工排查故障的难度，并严重影响到排查故障的效率；并且，由于不同接线错误而表现的故障特征不同，这就对检修人员的理论知识水平提出了较高的要求，然而现有的检修人员实践经验少，且理论知识水平普遍有待提高，这也不是通过短期的几次培训就可实地处理多种接线故障，并人工排查故障的过程中很容易出现诊断错误，误诊率较高。

因而，针对上述问题，提供一种能够对电能计量系统中出现的多种复杂的接线错误进行自动并且准确诊断的方法就显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的就是要解决当前人工排查电能计量系统的错误接线时，对检修人员的理论水平要求高，并且人工排查故障存在难度大，排查效率低下、并且误诊率较高的问题，为此提供一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法。

本发明的具体方案是：一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，包括如下步骤：

建立电能计量系统接线错误特征数据库，数据库中的每类接线错误特征对应一个相应的错误特征代码；

获取测量数据，包括待测的三相电路的三个相间电压、至少两相相电流和每个相间电压相对于相电流的夹角以及根据工作负荷对外表现的容性或感性而设定的功率因数角φ的范围；

输入数据，将获取的测量数据输入至主机，其中数据库只需预先一次输入至主机即可；

数据处理，由主机对获取的测量数据的数值进行数据归一化分类处理，剔除错误数据，以得到分类处理后归一化的电压值和电流值，并以此计算出电压相位关系、电流相位关系及安装在三相电路上的两个计量元件的电压、电流相位关系；将处理得到的电压值、电流值、电压相位关系、电流相位关系和两个计量元件的电压、电流相位关系组合成特征序列；

分析诊断结果，将特征序列与数据库进行比对，在数据库中筛选出与特征序列相匹配的错误特征代码，从而得出诊断接线错误的类别。

本发明中所述数据库中还设有与每类接线错误特征对应的有功更正系数或无功更正系数，通过诊断出的接线错误的类别及其相应的有功更正系数或无功更正系数，实现对电能的追补。

本发明中所述数据库中的电能计量系统接线错误特征包括相序错误、失压、失流、电压互感器的极性反接及计量元件的电压与电流不匹配。

本发明中在工作负荷对外表现的容性、感性等不同负荷性质时，分析系统可灵活设定对应的从-90°到+90°的最小功率因数角φ及其60°的分辨范围，满足实际检查分析工作的需要。

本发明中在进行数据处理的步骤中，包括对相间电压的电压值和相电流的电流值进行数据归一化分类处理；

在对相间电压的电压值进行分类处理时，从数组（0，50，100，173）中查找并分类出与检测数据对应匹配的准确的电压值，其中数组（0，50，100，173）中的每个点值对应表征一类接线错误特征；

在对相电流的电流值进行数据归一化分类处理时，电流值的归一化分类范围为(0，K1)∪(K1,K2)∪(K2,+∞),其中K1∈（0.03,0.1），K2取值为1.2或6；当相电流的电流值归属于(0，K1)时，表示相电流不可用于数据分析，当相电流的电流值归属于(K1,K2)时，表示相电流可以用于数据分析，当相电流的电流值归属于(K2,+∞)时，表示相电流的电流值异常，分析系统给出报警，提示测量或供电出现故障。

本发明中在进行数据处理的步骤中，包括对获取的测量数据中相间电压相对于相电流的夹角进行取整数处理，将大于360°或小于0°的夹角规化为0°至360°以内的夹角；

在进行数据处理的步骤中，还包括对测量数据中的涉及到的各个夹角进行数据处理，并在数据处理时采用测量误差分析，所述夹角的分析区间为(φ_min，φ_min+W)，其中φ_min表示设置的功率因数角的最小值，W表示分析间隔，W=60°-2σ，σ表示测量误差值，σ的范围为0.5°～1°。

本发明中在进行数据处理的步骤中，包括对任意两个相间电压之间的夹角和任意两相相电流之间的夹角进行数据归一化分类处理，以获取电压相序和电流相序；

在对任意两个相间电压之间的夹角进行分类处理时，先计算任意两个相间电压相对于同一相相电流的夹角值A，再从数组（30，60，120，180,240,300,330）中查找并分类出与夹角值A对应匹配的准确电压夹角值，其中数组（30，60，120，180,240,300,330）中的每个点值对应表征一类接线错误特征；

在对任意两相相电流之间的夹角进行分类处理时，先计算任意两相相电流相对于同一个相间电压的夹角值B，再从数组（0，60，120，180,240,300）中查询并分类出与夹角值B相对应的准确电流夹角值，其中数组（0，60，120，180,240,300）中的每个点值对应表征一类接线错误特征；

在出现因任意一个相间电压或任意一相相电流值为零而无法测定任意两个相间电压之间的夹角或任意两相相电流之间的夹角时，设定接线错误特征代号为F。

本发明中在进行数据处理的步骤中，包括对安装在三相线路上的两个计量元件的功率夹角进行数据归一化分类处理，两个计量元件分别为安装在第一相线路上的第一计量元件和第三相线路上的第二计量元件；

在对每个计量元件的功率夹角进行分类处理时，均先计算其中一相线路的相电流与对应该相线路的相间电压的夹角值C，然后从数组（30-φ，30+φ，90+φ，150+φ,150-φ,90-φ）中查找并分类出与夹角值C对应匹配的准确功率夹角值，以判断计量元件是否属于无极性反接，或者从数组（φ，60+φ，120+φ，180+φ,120-φ,60-φ）中查找并分类出与夹角值C对应匹配的准确功率夹角值，以判断计量元件是否属于有极性反接；

当出现因相间电压或相电流的值为零而不可测量功率夹角时，则设定接线错误特征代号为F。

本发明中所述特征序列的组合顺序依次为经过数据归一化分类处理后得到的相间电压、相电流、电压相序、电流相序、第一计量元件的功率夹角和第二计量元件的功率夹角。

与人工排查电能计量系统的错误接线的方式相比，本发明实现了故障特征结果的自动诊断，在实际操作中只需检修人员获取测量数据，然后由主机对测量数据进行数据处理以生成特征序列，并将特征序列与接线错误特征数据库进行比对，以得出诊断结果，从而确保了诊断结果的准确性，并大大提高了诊断效率，有效避免了人工诊断时对检修人员的理论知识水平要求较高及人工诊断出现较高误诊率的问题。

具体实施方式

本实施例以对三相三线制电能计量系统中出现的错误接线的分析和诊断为例进行具体说明，其中三相线路分别标记序号为1、2、3。

本发明提出了一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，包括如下步骤：

建立电能计量系统接线错误特征数据库，数据库中的每类接线错误特征对应一个相应的错误特征代码；

获取测量数据，包括待测的三相线路的三个相间电压U12、U32和U13，两相相电流I1和I3，每个相间电压相对于相电流的夹角U12^I1、U32^I1和U12^I1，以及根据工作负荷对外表现的容性或感性而设定的功率因数角φ的范围；

输入数据，将获取的测量数据输入至主机，其中数据库只需预先一次输入至主机即可，不需每次对数据检测分析时另行输入；

数据处理，由主机对获取的测量数据的数值进行数据归一化分类处理，剔除错误数据，以得到分类处理后归一化的电压值和电流值，并以此计算出电压相位关系、电流相位关系及安装在三相电路上的两个计量元件的电压、电流相位关系；将处理得到的电压值、电流值、电压相位关系、电流相位关系和两个计量元件的电压、电流相位关系组合成特征序列；

分析诊断结果，将特征序列与数据库进行比对，在数据库中筛选出与特征序列相匹配的错误特征代码，从而得出诊断接线错误的类别。

本实施例中所述数据库中还设有与每类接线错误特征对应的有功更正系数或无功更正系数，通过诊断出的接线错误的类别及其相应的有功更正系数或无功更正系数，实现对电能的追补。

本实施例中所述数据库中的电能计量系统接线错误特征包括相序错误、失压、失流、电压互感器的极性反接及计量元件的电压与电流不匹配。

本实施例中在工作负荷对外表现的容性、感性等不同负荷性质时，分析系统可灵活设定对应的从-90°到+90°的最小功率因数角φ及其60°的分辨范围，满足实际检查分析工作的需要。

本实施例中在进行数据处理的步骤中，包括对相间电压的电压值和相电流的电流值进行数据归一化分类处理；

在对相间电压的电压值进行分类处理时，从数组（0，50，100，173）中查找并分类出与检测数据对应匹配的准确的电压值，其中数组（0，50，100，173）中的每个点值对应表征一类接线错误特征，在数组中0V和50V均表示失压，100V表示正常电压，173V表示过压。

如果实际检测得到的电压处于0～20V范围内，则该检测电压归属于0V；如果实际检测得到的电压处于30～70V范围内，则该检测电压归属于50V；如果实际检测得到的电压处于80～120V范围内，则该检测电压归属于100V；如果实际检测得到的电压处于153V以上，则该检测电压归属于173V。

在对相电流的电流值进行数据归一化分类处理时，电流值的归一化分类范围为(0，K1)∪(K1,K2)∪(K2,+∞),其中K1∈（0.03,0.1），K2取值为1.2或6；当相电流的电流值归属于(0，K1)时，表示相电流不可用于数据分析，当相电流的电流值归属于(K1,K2)时，表示相电流可以用于数据分析，当相电流的电流值归属于(K2,+∞)时，表示相电流的电流值异常，分析系统给出报警，提示测量或供电出现故障。

本实施例中在进行数据处理的步骤中，包括对获取的测量数据中相间电压相对于相电流的夹角进行取整数处理，将大于360°或小于0°的夹角规化为0°至360°以内的夹角；

在进行数据处理的步骤中，还包括对测量数据中的涉及到的各个夹角进行数据处理，并在数据处理时采用测量误差分析，所述夹角的分析区间为(φ_min，φ_min+W)，其中φ_min表示设置的功率因数角的最小值，W表示分析间隔，W=60°-2σ，σ表示测量误差值，σ的范围为0.5°～1°。

本实施例中在进行数据处理的步骤中，包括对任意两个相间电压之间的夹角和任意两相相电流之间的夹角进行数据归一化分类处理，以获取电压相序和电流相序；

在对任意两个相间电压之间的夹角进行分类处理时，先计算任意两个相间电压相对于同一相相电流的夹角值A，即U12^I3-U32^I3或U12^I1-U32^I1；然后再从数组（30，60，120，180,240,300,330）中查找并分类出与夹角值A对应匹配的准确电压夹角值，其中数组（30，60，120，180,240,300,330）中的每个点值对应表征一类接线错误特征，并且用U12^I3-U32^I3或U12^I1-U32^I1建立两组询值是为了避免某相电流测量值为零时不能测定夹角而互为备用；

在对任意两相相电流之间的夹角进行分类处理时，先计算任意两相相电流相对于同一个相间电压的夹角值B，即U32^I3-U32^I1或U12^I3-U12^I1；

然后再从数组（0，60，120，180,240,300）中查询并分类出与夹角值B相对应的准确电流夹角值，其中数组（0，60，120，180,240,300）中的每个点值对应表征一类接线错误特征，并且用U32^I3-U32^I1或U12^I3-U12^I1建立两组询值是为了避免某个相间电压的测量值为零时不能测定夹角而互为备用；

在出现因任意一个相间电压或任意一相相电流值为零而无法测定任意两个相间电压之间的夹角或任意两相相电流之间的夹角时，设定接线错误特征代号为F。

本实施例中在进行数据处理的步骤中，包括对安装在三相线路上的两个计量元件的功率夹角进行数据归一化分类处理，两个计量元件分别为安装在第一相线路上的第一计量元件和第三相线路上的第二计量元件；

在对每个计量元件的功率夹角进行分类处理时，均先计算其中一相线路的相电流与对应该相线路的相间电压的夹角值C，即U12^I1或U32^I3，然后从数组（30-φ，30+φ，90+φ，150+φ,150-φ,90-φ）中查找并分类出与夹角值C对应匹配的准确功率夹角值，以判断计量元件（电压互感器）是否属于无极性反接，或者从数组（φ，60+φ，120+φ，180+φ,120-φ,60-φ）中查找并分类出与夹角值C对应匹配的准确功率夹角值，以判断计量元件（电压互感器）是否属于有极性反接；

当出现因相间电压或相电流的值为零而不可测量功率夹角时，则设定接线错误特征代号为F。

本实施例中所述特征序列的组合顺序依次为经过数据归一化分类处理后得到的相间电压、相电流、电压相序、电流相序、第一计量元件的电压、电流相位关系、第二计量元件的电压、电流相位关系。

基于上述方法，在实际工作中遇到的典型接线方式及其对应的诊断结果依次如下七个图表所示，在图表中PT表示电压互感器，CT表示电流互感器，相序对应的数值从左往右对应指的是U12^U32与I1^I3，第一元件角度与第二元件角度对应指的是第一计量元件与第二计量元件的功率夹角，其中第一、二计量元件分别为两个功率表。

(1)参见下表1，该表显示本发明在电能计量系统接线正确，并且负载对外表现为感性时的诊断结果。

表1

(2)参见下表2，该表显示本发明在电能计量系统接线正确，并且负载对外表现为容性时的诊断结果。

表2

(3)参见下表3，该表显示本发明在电能计量系统的接线出现第一相失流现象的诊断结果。

表3

(4)参见下表4，该表显示本发明在电能计量系统的接线出现第一计量元件与第二计量元件的电流接反，并且第二计量元件的电流出现反极性时的诊断结果。

表4

(5)参见下表5，该表显示本发明在电能计量系统的接线出现三相电压表现为逆相序，并出现第一计量元件与第二计量元件的电流接反时的诊断结果。

表5

(6)参见表6，该表显示本发明在电能计量系统的接线出现三相电压表现为逆相序，并出现第一计量元件与第二计量元件的电流接反，以及第二计量元件的电流出现反极性时的诊断结果。

表6

(7)参见表7，该表显示本发明在电能计量系统的接线出现第二相线路出现断线失压时的诊断结果。

Claims (9)

1.一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是，包括如下步骤：

建立电能计量系统接线错误特征数据库，数据库中的每类接线错误特征对应一个相应的错误特征代码；

获取测量数据，包括待测的三相电路的三个相间电压、至少两相相电流和每个相间电压相对于相电流的夹角以及根据工作负荷对外表现的容性或感性而设定的功率因数角φ的范围；

输入数据，将获取的测量数据输入至主机；

数据处理，由主机对获取的测量数据的数值进行数据归一化分类处理，剔除错误数据，以得到分类处理后归一化的电压值和电流值，并以此计算出电压相位关系、电流相位关系及安装在三相电路上的两个计量元件的电压、电流相位关系；将处理得到的电压值、电流值、电压相位关系、电流相位关系和两个计量元件的电压、电流相位关系组合成特征序列；

分析诊断结果，将特征序列与数据库进行比对，在数据库中筛选出与特征序列相匹配的错误特征代码，从而得出诊断接线错误的类别。

2.根据权利要求1所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：所述数据库中还设有与每类接线错误特征对应的有功更正系数或无功更正系数，通过诊断出的接线错误的类别及其相应的有功更正系数或无功更正系数，实现对电能的追补。

3.根据权利要求1或2所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：所述数据库中的电能计量系统接线错误特征包括相序错误、失压、失流、电压互感器的极性反接及计量元件的电压与电流不匹配。

4.根据权利要求1所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：根据实际负荷性质的不同，对应设定从-90°到+90°的最小功率因数角φ及其60°的分辨范围，以满足实际检查分析工作的需要。

5.根据权利要求1所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：在进行数据处理的步骤中，包括对相间电压的电压值和相电流的电流值进行数据归一化分类处理；

在对相间电压的电压值进行分类处理时，从数组（0，50，100，173）中查找并分类出与检测数据对应匹配的准确的电压值，其中数组（0，50，100，173）中的每个点值对应表征一类接线错误特征；

在对相电流的电流值进行数据归一化分类处理时，电流值的归一化分类范围为(0，K1)∪(K1,K2)∪(K2,+∞),其中K1∈（0.03,0.1），K2取值为1.2或6；当相电流的电流值归属于(0，K1)时，表示相电流不可用于数据分析，当相电流的电流值归属于(K1,K2)时，表示相电流可以用于数据分析，当相电流的电流值归属于(K2,+∞)时，表示相电流的电流值异常。

6.根据权利要求1所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：在进行数据处理的步骤中，包括对获取的测量数据中相间电压相对于相电流的夹角进行取整数处理，并将大于360°或小于0°的夹角规化为0°至360°以内的夹角；

在进行数据处理的步骤中，还包括对测量数据中的涉及到的各个夹角进行数据处理，并在数据处理时采用测量误差分析，所述夹角的分析区间为(φ_min，φ_min+W)，其中φ_min表示设置的功率因数角的最小值，W表示分析间隔，W=60°-2σ，σ表示测量误差值，σ的范围为0.5°～1°。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：在进行数据处理的步骤中，包括对任意两个相间电压之间的夹角和任意两相相电流之间的夹角进行数据归一化分类处理，以获取电压相序和电流相序；

在对任意两个相间电压之间的夹角进行分类处理时，先计算任意两个相间电压相对于同一相相电流的夹角值A，再从数组（30，60，120，180,240,300,330）中查找并分类出与夹角值A对应匹配的准确电压夹角值，其中数组（30，60，120，180,240,300,330）中的每个点值对应表征一类接线错误特征；

在对任意两相相电流之间的夹角进行分类处理时，先计算任意两相相电流相对于同一个相间电压的夹角值B，再从数组（0，60，120，180,240,300）中查询并分类出与夹角值B相对应的准确电流夹角值，其中数组（0，60，120，180,240,300）中的每个点值对应表征一类接线错误特征；

在出现因任意一个相间电压或任意一相相电流值为零而无法测定任意两个相间电压之间的夹角或任意两相相电流之间的夹角时，设定接线错误特征代号为F。

8.根据权利要求7所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：在进行数据处理的步骤中，包括对安装在三相线路上的两个计量元件的功率夹角进行数据归一化分类处理，两个计量元件分别为安装在第一相线路上的第一计量元件和第三相线路上的第二计量元件；

在对每个计量元件的功率夹角进行分类处理时，均先计算其中一相线路的相电流与对应该相线路的相间电压的夹角值C，然后从数组（30-φ，30+φ，90+φ，150+φ,150-φ,90-φ）中查找并分类出与夹角值C对应匹配的准确功率夹角值，以判断计量元件是否属于无极性反接，或者从数组（φ，60+φ，120+φ，180+φ,120-φ,60-φ）中查找并分类出与夹角值C对应匹配的准确功率夹角值，以判断计量元件是否属于有极性反接；

当出现因相间电压或相电流的值为零而不可测量功率夹角时，则设定接线错误特征代号为F。

9.根据权利要求8所述的一种三相三线制的电能计量系统错误接线分析方法，其特征是：所述特征序列的组合顺序依次为经过数据归一化分类处理后得到的相间电压、相电流、电压相序、电流相序、第一计量元件的功率夹角和第二计量元件的功率夹角。