高压电能表计量在线效验技术

高压电能表计量在线效验技术
摘要利用高压电能表作为“整体标准”来监测实际工况对计量装置准确度影响，不仅施工简单，而且其整体误差准确反映了实际计量结果与标准计量结果的偏差，而不是通过误差公式理论推算所得。

同时，高压电能表也起到了“副表”的作用，在计量装置损坏或故障时，高压电能表记录的数据可作为追补电量的依据。

关键词电能计量；整体标准；在线校验
1 通过高精度互感器对电能计量系统进行校验的三种方法
1.1 人工增加测试点方法
1）需要对实际负荷的峰谷状态进行记录，再根据计量点运行工况确定测试点。

在测试比差、角差前测试互感器的实际二次负载。

2）用负载箱模拟实际负载进行上述一次负载点的比差、角差测试。

电能表校验与二次压降测量同时进行，并实时记录电压、电流和功率因数等运行参数。

3）用公式推出综合误差。

人工增加测试点的问题是测试工作量较大。

人为因素会影响测试结果。

1.2 “低压在线监测”方法
该系统监测的对象包含了电能表、电压互感器及其二次回路、电流互感器及其二次回路，然后经过无线通信方式实现远程控制和数据传输。

该系统对电能表误差的测试方法采取常用的标准表比较法，对电压互感器二次回路压降的校验方法是测试互感器二次回路始端和末端的电压差值，对电压互感器二次实际负荷的在线测试方法是通过在电压二次回路中串联一只灵敏度较高的穿心式电流互感器来测量二次电流，再从监测电路中取得电压来监测。

对电流互感器二次实际负荷的在线测试方法也与电压互感器类似。

“低压在线监测”方法存在的问题：1）接线复杂，需要分别对计量装置的各环节放置监测装置。

2）监测装置工作在变压器低压侧，无法监测电压互感器和电流互感器的误差变化。

如果要测量互感器的误差。

只有当系统停电时，携带互感器检测设备到现场。

而互感器检测设备由非常沉重的升压器、升流器和标准器等组成，携带不方便，且需要与各有关方面协调停电时间。

另外，停电测量时仍然无法准确获得互感器真实运行状态下的测量误差。

1.3 高精度互感器校验方法
采用的方法是通过高精度的互感器来对电能计量装置进行校验。

其电流互感器采用两个双级电流互感器串联方式，由于双级电流互感器的精度可达0.001级，因此，其电流采样的误差很小。

而其电压采样是基于电流比较仪的电容分压器，精度也可达0.005级，加上其他转换电路及信号处理电路误差，其测量电能的综
合误差可控制在0.03%以内。

因此，该方法可对所有传统高压电能计量装置进行在线校验。

此方法的问题是成本过高，需要采用激光为高压侧电子线路供电，不利于在配电网中
推广。

2 电能计量“整体标准”研究
2.1 电能计量“整体标准”的概念
传统的计量检定标准设备里，没有一个“整体标准”作为电能计量装置的比对标准。

高压电能表的出现使研制电能计量装置“整体标准”成为可能。

高压电能表是紧凑型、高低压一体化的电能计量装置，通过特殊设计使中间环节的误差可以忽略不计。

高压电能表的输入为一次侧电压、电流，输出为测量后的电能脉冲或数据。

其准确度等级可以直接定义，通过更高一级标准校准。

2.2 将高压电能表作为“整体标准”设计
为了使“高压电能表”可整体校准，必须将互感器环节与电能计量环节设计成一整体。

图1为用于10 kV配电网的高压电能表。

10 kV配电网通常采用的是中性点不接地系统.普遍采用两元件法来进行电能计量。

其中，电压传感器取样利用电容分压器，电流传感，取样采用低功耗电流互感器，再通过高压单相直接电能计量模块将传感器信号计算成电能数据。

电子线路整体悬浮于高压一次侧供电线路。

在合理的误差设计方案下，高压电能表作为高压一次侧直接计量的设备，其整体计量准确度通过高压电能计量装置校验系统检定．定义为0.2S级。

2.3 “整体标准”的误差分析
由于高压电能表将高、低压作为一体化，避免了互感器由于二次回路压降引起的误差，也不存在实际负荷变化而带来的误差影响，因此，其在出厂前检测的误差限值就是其在线计量的误差大小，不会因为现场条件的变化而影响其误差。

而常规高压电能计量装置，电压互感器准确度为0.2级，电流互感器的准确度为0.2S级，低压电能表准确度为0.5S级，加上二次压降及二次负荷的影响，其综合误差限值仅能控制在0.75%以内。

因此，用准确度为0.2S级的高压电能表能够作为在线校验的装置监测常规高压电能计量装置的实际运行。

高压电能表的外形及对外接口示意图见图2。

3 电能计量装置在线校验系统
3.1 在线校验系统构成
图3为一种用高压电能表做标准的电能计量装置在线校验系统原理图。

该系
统由高压电能表和低压校验终端共同构成。

其中，高压电能表在高压侧直接进行高压电量信息采集和电能计量：低压校验终端读取被校计量系统的误差数据，并负责计算、存储、显示和通信。

低压校验终端的作用是：显示高压电能表的有功电量、无功电量、瞬时电压、瞬时电流等数据：读取被校电压、电能计量装置的电能脉冲或数据：比较被校电能计量装置与高压电能表之间的误差，计算计量装置的整体误差；记录在不同负荷点下电能计量装置的整体误差：按照设定的测试方案，记录不同时间段高压电能计量装置的误差曲线。

3.2 低压校验终端方案
低压校验终端方案是以高压电能表为“整体标准”，通过对脉冲的采集得到被校表输出的脉冲累计值和标准表输出的脉冲累计值，然后根据被校表和标准表各自的脉冲累计值，推算出各自对应的电能值，并根据公式（1）得出被校电能表的基本误差er。

100% （1）
其中，W0标准表累计的电能值，被认为是实际的电能值；W1为被校表累计的电能值。

在线校验方法最核心也是最重要的问题就是脉冲数的准确采集以及脉冲数采集到多少时开始测算电能误差。

基于电路逻辑功能的合理控制和改进的考虑，本方案采用的是一片CPLD完成脉冲数的采集累加，使电能脉冲的采集与终端的显示通信功能各自独立，减少了两种功能的相互干扰，降低了单片机的硬件开销，能更好地实现脉冲数的准确采集和显示通信功能的正常运行。

具体实施方法是：当有脉冲输入时（从I/O引脚输入）。

首先判断是否为干扰脉冲，如果不是则计数值累加1，并将累加值存放在片内RAM中，同时单片机通过定时器．定时从CPLD的片内RAM中将累加值取出，与原有的累计值进行叠加。

4 结束语
这种方法的局限性在于无法定位是计量装置哪个环节出了问题，因为它只反映整体比对的结果。

由于在线校验终端记录了大量运行中的误差比对数据，可弥补常规现场检测仪器无法检测在线误差的问题。

结合在线校验终端记录的数据，在计量装置改造时辅助常规的现场检测仪器，即可定位问题环节。

参考文献
[1]王乐仁.配电网中的互感器及其未来[J].环球表计,2005,3:14-15.
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