《电子技术应用》

电能表现场检验数据挖掘研究

2017年电子技术应用第4期 作者:甄昊涵,沈 华
2017/5/15 14:39:00

甄昊涵,沈  华

(国网上海市电力公司电力科学研究院,上海200051)


    摘  要: 近年来,随着电力用户信息采集系统功能应用不断完善,对用电信息大数据挖掘更加深入。电能表现场检验数据是获取电能表运行状态的重要手段之一,其数据覆盖范围广、周期性强,能够较为准确地反映出电能表误差、用户负荷、运行环境等。因此,有必要将电能表现场检验数据纳入电力大数据挖掘来源。初步探讨了电能表现场检验数据的大数据挖掘策略,有利于更加准确地分析电能表运行状态和用户用电行为,充分发挥现场检验在电能表运维管理工作中的作用。

    关键词: 电能表;现场检验;数据挖掘

    中图分类号: TM932    

    文献标识码: A

    DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.04.020


    中文引用格式: 甄昊涵,沈华. 电能表现场检验数据挖掘研究[J].电子技术应用,2017,43(4):76-78,82.

    英文引用格式: Zhen Haohan,Shen Hua. The research of electric energy meter inspection data mining[J].Application of Electronic Technique,2017,43(4):76-78,82.

0 引言

    《电能计量装置技术管理规程》依据用电量或变压器容量将电力用户分为5类,并对I~Ш类电力用户制定3~12个月的电能表现场检验周期[1]。通过电能表现场检验,可获得电能表现场详细运行情况,包括电能表外观情况、运行误差、运行环境以及用户负荷等。近年来,随着社会发展,I~Ш类电力用户数量大大增加。现场检验任务量增加的同时,现场检验获得的检验数据量也呈现井喷之势[2-4]

    目前,现场检验重点关注计量故障和电能表误差超差。现场检验数据主要作为判断单个电能表是否运行正常的依据,缺乏对海量数据整体和深入的挖掘分析。而近年来,电力大数据挖掘越来越受各方关注,分析方法更加成熟,应用也越来越广泛。随着全国范围内规格统一的电子式电能表的推广,以及现场检验信息化、数字化,检验数据更加真实可靠、全面丰富、规范统一,为检验数据深度挖掘、分析及应用奠定了良好基础[5-7]

1 电能表现场检验数据类型分析

    《电能计量装置技术管理规程》中电能表现场检验主要针对电能表运行误差展开,包括:一般检查、电能表接线检查、与电能表相连的电压互感器二次导线电压降测量、电能表工作误差校准、核对计时误差、检查分时计度(多费率)电能表计度器读数的组合误差、检查数据处理单元与电能测量单元计度器的读数相对误差、检查预付费电能表电量计量误差。可获得电能表运行情况相关的数据,包括电能表时钟数据、外观情况、运行环境、用户负荷等。现场检验数据大致可以划分为数值类和非数值类。这些检验数据都从现场采集而来,可靠性高。并且,检验数据获取的周期固定,具有较高的分析价值[1,8-10]

1.1 数值类数据

    现场检验中数据多为数值形式,除电能表计量误差γ外,现场检验还可通过对比时钟获得时钟误差Δt,通过获取分时电量数值获得计度器误差δ,通过电压U、电流I瞬时值获得用户瞬时负荷p,并且能够记录检验时间点的用户电度数。以上数据可在现场检验中一次性获取,可方便地进行存储、处理和分析。

1.2 非数值类数据

    电能表外观情况、运行环境等难以用数值衡量的,可以用非数值的方式进行表述。为了保持数据客观性,在获取数据时按照统一标准进行详细的归类,如表1所示。

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    通过对数据的整理,尤其是梳理非数值数据,可以将现场检验数据规范化,保持数据准确性和客观性,进而为数据分析和挖掘做好准备。

2 电能表现场检验数据挖掘

    电能表现场检验数据不仅包含电能表自身运行信息,还蕴含与之相关的用户用电信息。各项检验数据之间不是独立的,而是存在着潜在的联系并相互影响,并且这种联系和影响是多维的、非线性的。因此,有必要从现场检验的数据作为切入口,对数据进行充分的挖掘分析,探索电能表有关的数据内在联系,并用于分析和预测电能表运行中可能出现的各种现象和情况。

2.1 电能表运行可靠性预测

    电能表作为电能计量器具,严格来说在运行过程中不允许发生过程维修的情况,但受各种因素的影响,实际运行过程中电能表难以避免地出现各种故障。大部分故障的发生不是偶然的,而是各种因素综合作用的结果。目前对运行中的电能表运行参数还难以做到实时监测,因此,对运行情况的掌握主要依据现场检验数据。在现场检验数据中挖掘电能表运行状态,对电能表进行可靠性评价。下面以电能表运行误差超差和失压、失流两种最常见的故障为例进行分析。

2.1.1 电能表运行误差

    运行中的电能表本身故障出现概率较高的是误差超差。影响电能表误差的因素除了产品自身质量和运行时间外,还包括用户负荷、温度和湿度等环境因素。从现有现场检验数据中可以对电能表运行误差进行初步分析。

    (1)电能表制造水平

    不同厂家、型号以及不同批次的电能表由于制造水平不同,运行误差往往具有较大差异。以2015年现场检验数据为例,选取5批次运行时间相近的0.2 s级电能表现场检验误差进行对比,分析其平均绝对值及标准差,结果如图1所示。不同批次电能表误差的大小以及分散程度都有所差异,可依据误差平均绝对值和标准差将不同批次的电能表划分为A、B两类(以0.05%为限),表征电能表制造水平对误差的影响。

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    (2)电能表运行时间

    随着电能表运行时间增加,电能表运行误差超差率明显增加。图2为3批次电能表不同运行时间的误差超差率。从图中可以看到,轮换周期到期且未能及时更换的产品3超差率达到0.71‰,远超过其他批次产品。依据运行误差超差率将运行时间超过5年的产品3划分为B类(以0.5‰为限)。

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    (3)用户维护情况

    以2016年第一季度现场检验中发现的10起电能表运行误差超差情况进行分析。10用户涵盖工商业与行政事业单位,且用户配电设施维护得当。因此,从已有现场检验数据分析,电能表运行误差与用户维护情况等外部环境因素相关性较小。

    基于现有的检验数据,电能表运行误差主要与产品批次(制造水平差异)和运行时间有关,分析结果可对电能表运行性能进行预测。按照以上A、B类的划分,在现场检验中应关注双B类电能表运行误差,若对应批次已到轮换期,应加快轮换,以减少电能表现场运行误差超差的情况。

2.1.2 电能表失压失流

    现场检验中由于电压、电流互感器熔丝熔断引起的失压、失流是最常发生的影响计量准确性的故障之一,导致熔丝熔断的因素较多,不仅与熔丝自身质量有关,还与运行环境等外部因素都有一定关系。一般认为,雷击是造成熔丝熔断或损坏的重要原因之一。熔丝熔断后失压仪及电能表可记录故障发生时间。以某区域2014年和2015年现场检验发现的熔丝熔断故障数据为例,8~11月是故障高发期,约为其他月份的2倍,如图3所示。7~9月份为该区域雷电高发月份,部分熔丝遭受雷击后未直接熔断,仍可在损坏的情况下继续运行一段时间,因此,10~11月仍是熔丝熔断导致的电能表失压、失流故障高发期。

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    针对高压熔丝熔断导致的电能表失压、失流故障的季节性特点,应采取有效的预防措施以及排查手段,如在雷雨季节之前开展高压熔丝检查等工作。另外,随着用电信息采集系统功能的不断完善,可通过在线方式进行故障排查并及时修复,减少故障引起的计量差错。

    综上所述,分析现场检验数据可以提取各类电能表现场故障的特征,对电能表运行稳定性预测具有重要意义。同时,随着新型设备不断入网运行,各类运行状态也在发生变化,依据实时更新的现场检验数据,可以更好地追踪各类状态量的变化,并制定更加完善的检验策略。

2.2 用户用电行为分析

    随着用电信息采集系统的建立,对用户用电数据的采集更加全面和完善,是目前电力大数据分析的重要数据来源。但现场检验获得的数据除了电压、电流、功率等,还包含许多现场检验特有的非电数据,这些数据可以对用户用电行为进行更加全面的描述。

2.2.1 用户设备维护情况

    根据现场检验数据,不同性质电力用户设备维护程度差异较大。表2所示为某区域不同性质用户计量装置维护情况,维护情况以表1为分类依据。

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    根据用户电力设备外观情况以及所处运行环境,可以判断用户电力设备维护情况。大型工业、政府机关、学校、银行、医院等有严格的电力设备管理制度,配电环境更良好,且配电人员更加固定和专业,能及时发现设备故障。而小型工业、商业物业等电力用户配备的工程人员专业程度整体偏低,对电力设备维护不够到位。

    针对用户设备维护情况的差异,电网企业应制定差异化措施引导用户维护用电设备,减少设备故障。

2.2.2 大数据分析外围数据获取

    随着用电信息采集系统的建立和应用的完善,对用户用电行为的分析可扩展至全样本的大数据分析。用电信息采集系统采集的实时信息包括用户电压、电流、功率、冻结电量,以及固有的用户用电性质、用户地址信息等。通过以上的全样本数据挖掘,可以对用户行为进行分析和预测。

    而现场检验获取的检验数据中包含的信息是不可替代的,如用户地理环境信息、集中区域用户性质、用户四季温度等,能对用电信息采集系统数据进行补充。用电信息采集系统的地址信息仅为单一的地址,缺乏相关地理环境信息,如用电地址靠海、临河等,同时地址信息发生错误时,现场检验可即时进行纠正。用电信息系统在进行数据分析时,每一个电力用户作为单独数据进行处理,缺乏整体性,而现场检验可以按照集中区域的相同性质用户进行划分及分类处理,如大型工业区用户、商业街用户、高新科技园等。通过用电信息采集系统与现场检验相结合,用户用电数据将更加完善和全面,对数据的挖掘更细致和深入。

3 结论

    电能表现场检验能够获取用户计量设备电类数据和非电数据,具有数据渠道唯一性的优势,且数据具有全覆盖的特点,并有一定的实时性。通过对现场检验数据的挖掘,可对电能表运行状态进行初步可靠性预测,在数据中挖掘用户用电行为。结合用电信息采集系统,现场检验数据可发挥出其独特优势,在大数据分析中提供有效信息,使得数据挖掘更加深入。

参考文献

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