10kV高压电能表发展现状和未来方向分析

10kV高压电能表发展现状和未来方向分析作者：孟翔等

来源：《华中电力》2014年第03期

摘要：本文就10kV高压电能表的起源和在国内的发展过程进行了总结，并对国内高压表生产厂家采用的三种技术方案进行了分析，阐述了方案的优缺点。通过市场容量、应用环境和用户需求的分析，指出高压表发展的关键在于产品可靠性指标是否能满足配电网使用要求。同时指出高压表发展的两大方向：1、高压电能计量计费领域；2、结合高压开关后形成的智能型开关在配网监测和故障“自愈”方面的应用。

关键词：高压电能表技术方案发展方向市场分析

一、产生的背景

目前我国的配电网采用的高压电力计量箱和电能计量柜对电力公司与大用户之间的电量结算。这类高压计量装置基本上都按照DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的要求采用二元件法计量三相三线高压电能，使用的高压计量装置都是由二台电压互感器和二台电流互感器以及一台三相三线电能表组成，即“电流互感器+电压互感器+电能表”的组合共同完成电能量计量，虽然电流互感器、电压互感器和电能表都有相应的国家计量检定规程，但是组合在一起时装置整体的准确度无法进行计量检定和校准，所以就整体而言它不可能有准确度等级。

根据国际电工委员会（IEC）关于电能表和电能表检验装置规定的基本原则：“所有仪表和测量装置的误差都必须进行实际的测量，未经测量，仅是以其他测量中计算出来的和引用电压、电流和功率因数组合的误差，不能作为评价装置基本误差的依据”。但由于技术原因，至今没有一种设备能够对电能计量柜实施整体的计量校准和检定，成为电能计量领域长期以来存在的一个重要空白。对于贸易结算而言，用不确定度作为计量器具的误差并结算电费的做法影响到电力市场的公平与公正性。

二、发展历程

高压直接计量技术的原理最早是德国物理技术研究院（PTB）在1973年提出的，但没有进行实用化研究。近几年，ABB等国外公司推出了10kV非传统互感器的高压电能表。

清华大学分别于2001年和2004年研制了基于DSP的高压电能表和采用光纤电流互感器的高压电能表，但没有实现产业化。

全国电工仪器仪表标准化技术委员会2004年组建了高压电能表标准起草工作组，着手编写高压电能表行业和国家标准。

2004年多家科技企业相继开展电子式高压电能表的产业化研究，各个企业采用的方案也不尽相同，陆续有样机问世。但由于用户在标准以及使用管理问题上存在一定疑问，一直没有形成批量应用。

2012年中国计量科学院“高压电能计量标准及量值溯源传递关键技术研究”项目通过专家组鉴定。该课题主要针对高压电能计量标准、现场校准（传递标准）和高压电能的量值溯源等问题展开研究，成功研制了10kV/1000A高压电能计量标准装置和新型三相四线虚地式10kV高压电能计量现场校准装置。解决了高压电能计量设备按实际电网参数进行的室内检定和对工作在高压实际环境状态下电能测量设备的在线整体检定、校准问题。填补了国际上高压电能计量领域长期以来无法实现整体计量校准和量值溯源这一空白。

2013年由全国电工仪器仪表标准化技术委员会组织，在杭州成功召开了高压电能表国家标准的第一次工作组会议，同年11月在珠海召开了第二次工作组会议。标委会专家对高压电能表标准中涉及的技术条款达成一致意见，高压电能表标准进入报批阶段。同时，高压电能表检定规程编制工作启动。至此，两部与高压电能表密切相关的法规落地，高压电能表技术和产业化发展进入快车道。

三、技术优势

随着国家新能源战略的展开，智能电网大建设已上升为“十二五”国家战略，智能电网的核心之一是要求电网对终端设备的运行做到信息的双向交流并实现可测控，而传统的高压计量装置是根本无法实现的，所以产品的创新升级势在必行。电子式高压电能表与传统高压计量装置相比有着很多优势。

四、技术方案分析

得益于一批企业的坚持不懈，高压电能表历经10余年的发展，近年来多个企业相继开发出电子式高压电能表产品并进行了产业化研究，各个企业采用的方案也不尽相同，存在技术难点也被逐步攻克，技术的成熟度开始展现。

目前国内企业采用的高压表技术分为三类，主要区别在于电压降压方式：互感器降压型、电容降压型、电阻降压型。国家标准没有对这三种技术加以限制，原则上采用任何一种技术制造的高压表都是可以的。

（1）互感器型：电磁式互感器降压，技术稳定可靠，有着长期运行经验，其失效率大约在0.1%左右。缺点是重量较其它两种方案大。

（2）电容型：分“金属化膜电容”和“复合膜电容”两种流派。

“金属化膜电容”优势在于可以将重量和体积做到最小，但从原理上无法解决绝缘材料固有缺陷造成的失效。需要用复杂的老化工艺来控制电容的失效比率在允许范围内。

“复合膜电容”技术衍生于用于110kV电压等级以上的CVT电压互感器。优点在于技术成熟，但生产工艺复杂，重量和体积不能做到最小。

（3）电阻型：优势在于可以将重量和体积做到最小，对电阻的要求很高，要求其要有很小的温漂，很高的耐压强度能够抵抗电网过压，接近18倍的功率余量在电网过压时确保电阻不烧毁。由于电阻本身无法提供电子单元工作所需的电源，所以电阻型的高压表需要提供额外的电源。

五、市场分析

根据我国电网的安装设计规范，大约每300kVA用电负荷配用一台10kV高压电能计量装置，10kV直接接入式高压电能表是针对专变用户用电计量的产品，这类用户据国家电网和南方电网相关数据统计总量在300万户以上，以十年为一个设备更换周期，全国每年的需求量为30万台。配电网使用的高压电能计量装置在国外也有很大市场，我国产品的性能价格比有相当大的优势，因此高压电能表的市场容量极为广阔。

国内积极参与高压电能表研制的企业分为两种类型：传统电能表企业和互感器企业。传统电能表企业在电子部分的设计能力非常强，但对高压设备可靠性的认识比较模糊，而高压表作为高压设备其年失效率要求大致为0.1%，远远高于传统低压侧的电能表年失效率1%的指标。若在设计中不采取必要的手段，其生产的高压表的可靠性将不能满足配网使用要求。互感器企业在高压绝缘设计上有着丰富的经验，但电子单元设计仍需要时间的积累。这两种情况都会造成产品可靠性低的问题，而作为一种新型的高压设备用户在可靠性上的疑虑是最大的，如果在高压表的使用中因为失效率高导致用户对高压表技术产生排斥，将会对高压表的市场推广造成极大的阻碍。鉴于国内企业低端杀入能力强大的事实，上述问题不得不引起重视，这需要企业充分理解高压直接计量技术，谋定而后动。

六、发展方向

从设计上高压电能表已经具备智能处理单元，在此基础上除了具备电能计量功能外，完全可以实现五大国标规定的电能质量分析功能，双向远程通讯等智能功能，满足智能电网对终端设备的智能化要求。

从用户需求分析，高压电能表的一大发展方向是电能计量计费。目前部分地区的供电企业仍然面对高线损率的困境，由于高压表具有防窃电的特性，因此这些地区将高压表应用于计量计费以解决高线损问题有着非常高的热情。同时，如果进一步与无功补偿装置接口、与消谐装置接口可以解决供电部门提高供电质量的管理需求。

高压电能表的另一大发展方向是与高压负荷开关结合，这种结合将产生新概念的产品：智能化的环网柜、智能化的分支柜和智能化的断路器等产品。由于供电企业管理模式，我国配电网呈现一个特点：“两头强，中间弱”。“两头强”即作为送电端的变电站自动化系统建设完善，