电能计量装置远程在线检测系统的设计与实现

０引言目前，随着我国电力体制改革的不断深入，电力系统的运营和管理正在步入商业化和法制化的轨道。

电力系统是由发电、供电和用电等环节等组成的一个有机整体，由于电能量具有不可存储的特点，电能计量成为贸易结算的唯一依据，准确、可靠的电能量值测量是贸易结算、经营管理和领导决策的重要依据。

为了适应电力供应的新形势，满足电力工业发展的需要，以“公平、公正、公开”为原则，规范和加强电能计量装置的管理势在必行［１］。

电能计量是电力部门营销工作的重要组成部分，其现代化管理水平的提高将直接影响到电力企业的经济效益和长久发展。

因此，为顺应电力企业发展和管理方面的需要，特别是为顺应我国无人值守变电站快速建设与发展的需要，我们研制开发了电能计量装置远程自动检测系统。

该系统可广泛应用于电力系统网、省及地（市）、县各级供电企业和发电企业的发电厂和变电站（以下简称厂站端），实现对厂站端ＣＴ、ＰＴ二次计量回路中电能计量装置的远程自动在线检测，以及其它电网运行参数的实时采集和远程传送。

电能计量装置远程在线检测系统的设计与实现陈卓娅１，秦楠２，赵富海３，潘辉１，冯雷３（１．河南电力试验研究院，郑州４５００５２；２．河南省电力公司，郑州４５００５２；３．中国电子科技集团公司第二十七研究所，郑州４５００１５）摘要：介绍了电能计量装置现场测试在电力企业计量管理中的重要性，以及应用该在线检测系统进行远程检测的必要性和现实意义。

描述了系统实现远程在线检测的原理，详细论述了一个分站装置对多路被检电能计量装置进行“多路选一”检测等关键技术部分的设计方法。

最后根据用户实际应用效果和产品鉴定情况，证明系统运行稳定可靠、测量数据准确、真实、有效，具有很强的推广和应用价值。

关键词：电能计量装置；远程检测；多路选一切换选择；ＣＴ、ＰＴ二次计量回路；远程通信中图分类号：ＴＭ９３３文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－１３９０（２００８）０６－００２７－０４ＣＨＥＮＺｈｕｏ－ｙａ１，ＱＩＮＮａｎ２，ＺＨＡＯＦｕ－ｈａｉ３，ＰＡＮＨｕｉ１，ＦＥＮＧＬｅｉ３（１．ＨｅｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ．２．ＨｅｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ．３．Ｔｈｅ２７ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００１５，Ｃｈｉｎａ．）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｆｉｅｌｄｔｅｓｔｆｏｒｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｉｎｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇｍａｎａｇｅ－ｍｅｎｔｏｆａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉ－ｃａｎｃｅｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｆｏｒｒｅｍｏｔｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｏｒｒｅｍｏｔｅａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｄｅｓｉｇｎａｐｐｒｏａｃｈｅｓｏｆｓｏｍｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓ“ｍｕｌｔｉ－ｔｏ－１”ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｏｎｅｓｕｂ－ｓｔａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｒｓ’ａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｔｉｓｅｒｅｐｏｒｔ，ｉｔｈａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｅｓｓｔｅａｄｉｌｙ，ｒｅｌｉａｂｌｙ，ａｎｄｔｈｅｍｅａ－ｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａａｒｅａｃｃｕｒａｔｅ，ｒｅａｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｈａｓｇｒｅａｔｖａｌｕｅｔｏｅｘｐａｎｄａｎｄｕｓｅ，ａｎｄｗｉｌｌｈａｖｅａｂｒｉｇｈｔｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｒｅｍｏｔｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉ－ｔｏ－１ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＣＴ／ＰＴｓｅｃｏｎｄａｒｙｍｅｔｅｒｉｎｇｌｏｏｐ，ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆｒｅｍｏｔｅｏｎ－ｌｉｎｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ２７－－１系统工作原理及其功能１．１系统组成及各部分功能（１）标准电能表：精度等级优于０．０５级。

本部分主要完成以下功能：（ａ）实时在线检测每只运行中的三相电能表误差；（ｂ）查找三相三线有功电能表的错误接线种类；（ｃ）实时在线测量ＣＴ、ＰＴ二次计量回路中的其它电参数；（ｄ）带有多种通信接口。

（２）转换单元：包括电流切换模块、电压切换模块、电能脉冲切换模块以及控制模块。

该部分主要完成信号的多路选一控制选择功能，然后将某一组被选中的检测信号向标准表单元进行传送。

（３）监控单元：包括一台嵌入式工控机及应用软件。

主要通过其自身带有的多通信接口实现与标准表部分的数据传输、存储及其与主站系统的远程通信。

（４）远程通信：可以是ＧＳＭ／ＧＰＲＳ无线信道，也可以是光纤信道或ＰＳＴＮ信道。

该部分是联通分站装置和主站系统而进行数据传输的通道和媒介。

（５）主站微机系统：主要由一台带有远程通信接口的高性能微机和一套远程检测应用软件等部分组成。

主要实现以下功能：（ａ）数据处理、浏览及查询对抄收的电能计量装置的检测数据进行处理，可浏览查看，并按电力部门标准格式打印输出。

（ｂ）误差统计及分析分别对每只电能表的误差进行统计分析，生成误差曲线图并显示。

１．２系统工作原理框图系统工作原理框图如图１所示。

从图１系统工作原理框图来看，系统显示的基本配置为：多路转换器完成ｍ路（ｍ＝１，２・・・）三相电流、ｎ路（ｎ＝１，２・・・）三相电压、ｍ路电能脉冲的“多路选一”切换。

将现场接入的电流、电压和脉冲信号进行分组，我们定义为：在ｍ个ＣＴ回路中，每个回路的两进两出电流，即Ｉａｍｉ入和Ｉａｍｏ出、Ｉｃｍｉ入和Ｉｃｍｏ出，称为一路电流；按照ｎ个电压等级的不同，某一等级的三相三线制电压Ｕａｎ、Ｕｂｎ、Ｕｃｎ，称为一路电压；在ｍ只三相电能中，某一只三相电能表发出的电能脉冲Ｍｍ（ｍ＝１，２・・・）称为一路脉冲；把同时选中的某１路电压、１路电流和１路脉冲称为１组信号。

由控制板从ｍ组信号中切换出一组信号进入标准电能表，再由标准电能表测量出被测电能表的运行误差和电能计量装置的其它电参数［２］。

最后将测量结果通过远程通信通道送往主站计算机，再由主站计算机进行处理、运算，完成系统各种功能。

２系统远程检测方案设计本系统在地域和功能上分为主站、分站两部分。

两部分通过远程通信信道既相互联系，又相互作用，构成一系统整体。

２．１电能表检测原理设计运行于发电厂、变电站的电能表多为电子式三相多功能电能表，本设计将上述三相电能表作为被测表，分站检测装置（含标准电能表单元）作为三相电能表的检测标准设备。

分站检测装置对三相电能表进行检测时，采用精度高、可靠性好的电能比较法。

此法对检测有功电能表计量误差和无功电能表计量误差都适用［３］。

在被检电能表转Ｎ转后，分站检测装置中的工控机单元可从标准表单元的ＲＳ２３２通信口中读出实测电能值。

由于每次检测中标准表仅发出一次电能值（电能表转Ｎ转后）［４］，所以工控机将把整个检测过程中实时检测电能值的出现与否可作为一次检测结束的标志。

２．２多路切换原理设计本系统是用一台标准的分站检测装置分别同多个被检测的电能表实现比对，得出每个电能表的相对误差。

因此就需要设计出“多路选一”切换控制电路，多路三相电能表的电压、电流输出信号经“多路选一”［５］后向分站检测装置标准表单元传送。

为了满足有关规程中“在电压切换时保证各回路间电压不短路，在电流切换时保证各电流回路不开路”的安全要求，本设计着重对安全性设计进行了论证和考虑，并设计出相应保护电路以确保该项指标的实现。

（１）电流切换原理设计为了确保电流切换时不开路，将每只三相三线电能表的电流信号都接入一组电流互感器，此组电流互感器中每一只互感器的二次侧经电阻钳位后作为标２８－－准表的电流信号输入，且确保它即使开路也是安全的，因为此时向标准表输入的信号为低幅值（小于８Ｖ）的电压信号，所以可不用继电器，而用模拟电子开关切换即可满足要求［６］，于是该系统的体积得以减小，可靠性得以提高。

电流切换原理如图２所示。

（２）电压切换原理设计由于现场安装的三相电能表通过电压互感器接入不同的二次回路中，而且又因各回路的电压相别不同，所以各电压回路间是严禁短路的。

因此，分站装置对各路三相电能表及其所在的二次计量回路进行电压切换时，必须准确无误地切换至所选三相电能表的相应电压回路。

一般情况下，电压回路电流很小（小于１Ａ），选用切换继电器时其触点电流大于１Ａ就足以满足要求。

设计时应将继电器连接设计为一种互锁方式，即任何一个或几个继电器由于某种原因而产生误动作时，也不会使不同电压回路间短路，这样就确保了电压回路的安全切换。

此外，由于电压回路为工频交流电，电压峰值可达３００Ｖ左右，所以在峰值点实施电压切换时，继电器触点常有电弧产生，既影响继电器寿命，又会产生干扰信号，最终会影响系统稳定性，此时采取“灭弧”措施就显得尤为必要。

所以，设计时采用了零电压切换方法，有效地消除了继电器触点产生电弧的可能性。

（３）电能脉冲切换原理设计电能脉冲信号切换原理示意图，如图３所示。

电能脉冲代表电能表对电能的累计情况，每只电能表因电网负荷大小变化的不同，电能脉冲输出的频率也不同。

多功能电能表脉冲是经光电隔离后输出，每一个电能脉冲可能因夹带前、后沿抖动而产生干扰信号，必须将它滤除，否则会严重影响测量精度。

目前有很多成熟的去抖动电路和滤波电路（如ＲＣ、施密特电路等）可有效地改善电能脉冲信号质量，使满足技术指标要求。

目前现场运行的多功能电能表，由于兼有有功测试端口和无功测试端口两种脉冲输出接口，且同时有脉冲输出，因此本方案将电能脉冲的总路数设计为：ｍ×２＝２ｍ路，这样既缩小了系统体积，也降低了系统成本。

所以在脉冲选择时，就可以分别选择电能表的有功脉冲和无功脉冲。

将光电隔离的输出端调制成ＴＴＬ电平就可直接连接于多路数据选择器接口。

此外，由于电流切换时，选择的是８选１电子开关，系统控制信号有：三路片选信号和三路地址信号，因此脉冲选择时为使输入的电流信号和脉冲信号能同时选中某一三相电能表，则要求脉冲信号切换的布局、片选和地址应确保与电流信号的切换相一致。

２．３被检测电能表误差曲线的统计被检电能表误差曲线的统计可分为按负荷率统计和按日期统计两种。