電能表遠程在線檢測系統提高寬溫溫度特性方法

李勇，楊富堂

（1.陜西電力科學研究院，陜西西安710054;2.渭南供電局陜西渭南714000）

在電能計量和電能計量裝置校驗中，所使用的計量電表和校驗工具都有相應的準確性要求，對準確性來說，環境溫度的變化，是造成其變化的主要因素之一，由于一般低精度計量電表和校驗工具受環境溫度變化的影響不會達到其標稱準確度的量級，因此在實際應用中往往不被人們重視，所引起的誤差也常常予以忽視[1-2]。而對于0.05級或以上等級的校驗工具或電能校驗標準來講，環境溫度的變化會直接影響到檢測或校驗的結果，因此有必要特別強調。現場電能表在線檢測時環境溫度引起的測量誤差變化問題應該引起所有人的重視。綜上所述，實現高精度檢測工具和校驗標準的寬溫范圍內準確性的穩定性是很有必要的。本文就研發750 kV變電站關口電能表遠程在線檢測系統中寬溫環境下所遇到的問題及解決方法做一介紹。

1 750 kV變電站關口電能表遠程在線檢測系統簡介

750 kV變電站關口電能表遠程在線檢測系統分為主站和分站2個部分，主站設在電能計量中心辦公室，分站安裝在750 kV變電站各保護小室。所有分站與主站的聯系通過專用光纖，并經過通信專用通道聯入計量中心主站，完成整個檢測過程。系統檢測圖見圖1。

2 系統標準

在電能計量裝置遠程在線檢測系統中，工控機為其控制核心，系統內部的SZBMC01型多通道現場標準電能表為其比對標準。工控機通過控制SZBMC01數字測量部分切換，可分時對所有關口的計量主副電能表進行校驗檢測。因此，系統內的比對標準、即SZBMC01多通道現場標準電能表是保證該檢測系統指標準確性的核心。SZBMC01多通道現場標準電能表原理圖如圖2所示。

圖2 多通道現場標準電能表原理框圖

雖然變電站環境條件相對較好，有室內空調對室內溫度進行調控，但是現場溫度有±5℃的變化也很正常，因此，在本系統設計時，考慮到其他應用場合的極端情況，我們對該系統的工作環境溫度提出了0～43℃的寬溫設想，爭取控制該系統在寬溫區間內的溫度系數，使其≤ 2×10-6，即使在極端情況下，環境溫度在43℃時，其內部比對標準累計變化≤4×10-5，小于0.05等級的1/10，這樣，由環境溫度變化所引起的系統檢測誤差就可以忽略不計了。

一般使用溫度補償的方法自動修正寬溫范圍的整機指標或局部指標，溫度補償方法主要包含硬件方法和軟件方法，硬件方法最常用的手段有局部恒溫槽和元件加減平衡等，此類方法的優點是補償直接、見效快，便于整機綜合指標的提高，缺點是增加了電路的設計難度，在器件選擇、整機調試等方面顯得十分麻煩，尤其不適于定型產品的批量化生產。軟件方法對元器件的篩選要求不高，利用了批量產品和局部元器件的指標共性，使用數學函數擬合了整機或局部的溫度特性，并實時測量環境溫度，通過改變函數的溫度變量來實現對具體對象的溫度補償。優點是生產方便、便于實現產品的批量化，缺點是前期測量實驗和軟件編制工作量大，對CPU的數據處理能力要求較高。本設計方案依據計算機仿真原理，采用軟件補償方法，儀器內部設置有溫度測量模塊。以下分別就電壓電流幅度補償和單相的四相限綜合電能誤差補償兩方面給以介紹。

3 寬溫幅度數據

在完成了SZBMC01多通道現場標準電能表產品樣機的常溫功能驗證和室溫指標校準工作以后，需要對該標準表樣機進行寬溫指標測量。所使用的設備有：HS-408高低溫試驗箱進行寬溫試驗、XL-803三相功率測試源、BB3100三相標準電能表（準確度0.01級）。溫度箱設定溫度5.0～45.0℃，室內溫度23.0±1 ℃。實驗數據見表1、表2（以A相為例）。

表1 A相電壓V

表2 A相電流A

4 幅度補償及結果

根據原始實驗測量數據，設測量值為y，溫度數值為變量x，使用數學函數擬合工具，找到相符合的逼近函數。

1）電壓函數。電壓趨勢函數為指數函數y=ax-33+b,其中a由電壓測量網絡的溫度特性決定，a=1.1，b為電壓基準值。

2）電流函數。電流趨勢也為指數函數，y=ax-53+b,其中a由電流測量網絡的溫度特性決定，a=1.1，b為電流基準值。

3）測量值及函數曲線見圖3（以A相為例）

4）溫度補償。從數據表格及變化曲線可以看到，量程內信號幅值變化率相同，既50%以下信號與額定信號的變化率相同，只是準確性變差些。在這個寬溫范圍內，測量數據隨溫度變化而發生非線性變化，其變化原因可能與系統使用的AD基準、采樣電容及放大器等器件的綜合特性有關。

在函數表達式中，指數部分就是測量系統的溫度變化部分，在測量系統的數據處理中，根據實時溫度值，原始測量值減去指數函數值，就實現了測量系統的溫度補償。

5）補償后幅度測量結果。數據處理程序加入補償功能后，測量數據見表3、表4。

從補償后數據測量結果看，電壓額定量程時誤差均控制在0.003%以下，50%量程時最大誤差約0.01%。電流在額定5%時誤差略大于0.01%。

圖3 各測量點量程函數曲線

表3 A相電壓補償結果V

表4 A相電流補償結果A

其他相電壓電流補償后測量結果與A相基本相同，本文不再詳述。

5 寬溫電能補償

一般在高精度標準表設計中，由于電壓電流通道所使用的電路有所差異，其電路網絡的溫度特性也會不同，這樣就造成每相電壓電流的角差會隨溫度變化而發生非線性變化，因此，也要考慮對每相的相角進行溫度補償。

在SZBMC01多通道現場標準電能表內部三相電壓和三相電流6個通道中，取樣放大及AD轉換使用相同結構電路及原理，6個通道的溫度一致性較好，相位差基本為固定值，這樣，由于6通道設計的原因，就不用對相角進行溫度補償了。

6 結語

電能表遠程在線檢測系統在數據處理軟件中加入溫度補償以后，其整機穩定性指標得到了很大的提高，在標準測試源測試時，其額定狀態下標準偏差估計值≤0.000 5%，功率穩定度≤0.005%，8小時變差≤0.005%，開機自熱≤0.002%，在寬溫環境下，其準確性也得到了保障。SZBMC01多通道現場標準電能表一次性通過了相關部門的型式實驗和檢測，并取得中華人民共和國制造計量器具許可證，得到了0.05級計量準確度認證。

[1] 陰存貞,吳國偉,李煒東,等.多功能電能表自動追補電量功能的開發與應用[J].電網與清潔能源,2010,26(2):46-50.

[2] 莊重,唐寅生.分功率因數電能表掛網試運行分析[J].南方電網技術,2008,2(5):71-72.