新型高壓電能表原理及應用

摘 要：高壓電能計量裝置是連接發、供、用三方用于貿易結算的計量器具，應用量大面廣，對其安全性、可靠性與準確性都有很高的要求。本文介紹了高壓電能表的結構、原理、試驗方法以及應用現狀等。

關鍵詞： 高壓電能表；計量裝置；結構；原理；試驗方法

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A

高壓電能計量裝置是連接發、供、用三方用于貿易結算的計量器具，應用量大面廣，對其安全性、可靠性與準確性都有很高的要求。目前， 我國配電網主要采用中性點絕緣系統供電，計量點一般設置在產權分界處，對于高壓供電的客戶原則上都采用高供高計的計量方式。現有高壓電能計量裝置由高壓電壓互感器、高壓電流互感器、電能表以及與之相連接的二次回路構成，在運行中存在諸多缺陷。高壓電能表打破了傳統的高壓計量方法，是電磁式高壓電能計量裝置的替代產品。高壓電能表是互感器技術、高電壓技術、多功能表技術相互融合為一體的新型技術成果，是高壓絕緣技術和電子線路的創新應用。高壓電能表是一種直接接入6kV～35kV高壓電力線路測量有功電能與無功電能的儀表，結構上除了與高壓電力線路連接的端子外，沒有與其它電氣回路連接的端子。它具有提高安全運行系數、減少電網故障幾率、節能節材、提高計量精度等級、杜絕竊電現象、減少全壽命周期維護費用、無線顯示數據、無線抄收等優點，是業內專家認定的國際、國內實現高壓電能計量新跨越的高新產品，具有很高的推廣價值。

1高壓電能計量現狀

目前，高供高計電能計量方式是由電磁式高壓電壓互感器、電流互感器將高壓電壓變換成標準的低電壓（100V或100/ V），將高壓大電流變換成標準的低壓小電流（5A或1A），通過二次回路與電能表連接實現計量功能。

現有的計量方式存在的弊端主要有：

1）故障隱患多。一個計量點的高壓側至少需要有4-6臺互感器提供電流、電壓信號，存在多個故障隱患點。特別是電壓互感器，受系統中電磁諧振、高次諧波、操作過電壓等因素的影響，保險熔斷以至燒毀爆炸現象時有發生。

2）高耗能。每臺互感器帶有30VA-80VA 的固定負荷并存在8W 以上的自身損耗。每個10kV 電壓等級計量點每年耗電1121kWh-2523kWh，損耗電費661元至1489元（電費按大工業電價0.59元/kWh）。

3） 體積大、費用高。計量裝置中，多臺互感器之間即要留有安全距離，又要用銅排進行外部聯接，占地面積大，成本高，每個計量點至少耗資8000 元-15000 元。

4）電能表內部的錳銅分流電阻耗能高，運行中因負荷的變化溫度時高時低，易出現接觸不良，\"燒表尾\"現象時有發生。

5）電量不能直讀，需要乘互感器的倍率，給管理工作帶來不便。

6）綜合誤差大。電能計量裝置的誤差由多臺互感器、電能表、多根連接導線電阻、接觸電阻等因素引起，并且后續安裝過程中人為的不確定因素同樣會引起誤差。設備之間的不匹配、互感器負載特性差、電能表啟動電流大等也會導致計量誤差。

7）難以防竊電。計量回路外部連接外露線多，易發生竊電現象。為了防止竊電，需另外增加防竊電設施及人力管理。

2高壓電能表的結構、原理與特點

電力系統自動化程度的提高，給弱輸出信號的高壓電流、電壓、轉換設備帶來發展空間。高壓電能表利用弱輸出電流、電壓的非傳統互感器替代傳統的電磁式電流、電磁式電壓互感器，與電能計量模塊進行統一的整體設計，實現高壓電能計量。

高壓電能表原理如圖1所示，電能計量單元原理如圖2所示。由高壓電流傳感器組成的高壓電流取樣回路采集正比于高壓側電流I 的微電流信號i（mA級）。由高壓電壓傳感器組成的高壓電壓取樣回路采集正比于高壓側電壓的V 的微電壓信號u（mV級）。采集到的電壓信號u 和電流信號i 經過處理后，送入電能計量單元。乘法器完成電壓和電流瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內平均功率成正比的直流電壓U。該直流電壓U 再被電壓/頻率變換器變換成相應的脈沖序列，經過分頻、計數，顯示出相應的電量。計量裝置的工作電源由電容取流電路提供。電能計量單元與傳感器的一體化設計，改變了電能表的傳統連結方式，把傳感器輸出的電流、電壓信號，按照計量模塊輸入要求，直接處理成可直接應用的弱信號，減少了標準電壓信號的二次轉換，取消了標準電流信號接口的錳銅分流電阻。它即可以在高壓側實現計量，通過無線、光纖、紅外等方式把數據傳送到低壓側，又可以采用傳感器把高壓側的電流、電壓信號用毫安、毫伏級的弱信號傳送到低壓側。考慮到高壓電能計量作為計量器具的嚴肅性，為使用戶放心用電，高壓傳感器式電能表，保留了傳統的電流、電壓、電能信號的讀取方式。圖3 給出了新型高壓電能表的外形圖。

新型高壓電能表克服了傳統計量方式的諸多弊端，具有安全可靠、計量準確、防止竊電、節能節材等優點。新型高壓電能表主要具有以下特點：

1）計量精度高。現有的電力系統計量裝置由電能表、互感器及二次連接導線組成， 整個高壓電能計量裝置沒有自己的準確度等級。若電壓、電流互感器均按0.2級配置，電能表按0.5S級配置，二次回路壓降以0.2%為標準，那么整套電能計量裝置的綜合誤差控制范圍超過1%。而新型高壓電能表整體計量精度達到有功0.5S級和無功2級。

2）安全性能好。避免了傳統電磁式電壓的鐵磁諧振事故隱患，且整體式高壓端安置的結構有效防止竊電行為，并從源頭上避免了內絕緣故障的產生。

3）能耗低。新型高壓電能表的年運行功耗約50千瓦時，大大節約的電能計量裝置本身的損耗。

4）資源節約。傳統的高壓電力計量裝置重量在60kg 以上， 主要為銅、鐵和絕緣材料； 而高壓電能表的整體重量在10kg 左右， 大大減少了銅、鐵等金屬材料和絕緣材料的消耗，且具有體積小，安裝方便的優點。

5）高信息化。全面兼容國家電網公司的智能電表技術規范，可內置GPRS通訊功能和費控功能。

3高壓電能表的校驗

高壓電能表在線路上的連接和傳統電能表在低壓線路的連接相似，只要把高壓接線端子接入電網，電能表就能正常工作。高壓電能表的檢定方法也和低壓線路的電能表相似，不同的是要在高壓校表臺上檢定。高壓電能表目前多采用標準功率源進行整體檢定的方式進行，從高壓電能整體計量裝置標準回路，以及被測高壓電能計量裝置的高壓側施加三相高壓電壓、高壓大電流，將高壓電能整體檢測裝置的標準回路與被測高壓電能計量裝置的電流回路串聯、電壓回路并聯，施加規定的一次電壓、一次電流。將在高壓電能整體計量裝置的標準回路，及被測高壓電能計量裝置中產生的標準電能與被測電能直接進行比較，測量出高壓電能計量裝置的相對誤差，通過計算機數據處理直接打印出誤差值。

4. 高壓電能表的應用

高壓電能表具有小型化、智能化、信息化等優點，現已廣泛應用于10kV和35kV配電網中。高壓電能表已經過全性能的驗證試驗，其準確度等級已達到0.5S級。目前高壓電能表已在山東、湖北、重慶等省大量掛網運行，其可靠性和抗干擾能力已得到有效驗證。隨著高壓電能表國家標準的頒布，高壓電能表將逐步取代傳統高壓計量裝置，成為高壓計量的主流產品。

1） 高壓電能表的防竊電應用

高壓電能表采用了一體化設計，電壓、電流信號取樣和電能計量全部在高壓側完成，不良用戶無法實施竊電和破壞表計，確保了電量數據的安全。對于嫌疑用戶可在高壓進線側配置高壓電能表，作為專變大用戶的副表使用，用于實時監控可疑竊電用戶。

2）高壓電能表在配電網聯絡點的應用

城市配電線路主要以環網供電方式為主，由于互倒線路多，實行有效的分臺區分饋線考核管理就必須在各饋線互倒點加裝雙向計量裝置，以此核定互供電量。但這些節點主要存在于多回路桿上、緊湊型環網柜內、開閉所開關柜內，傳統高壓電能計量裝置的實施十分困難，成本高、施工周期長，難以實現配電網全網覆蓋智能化采集的工作目標。高壓電能表因其體積小、安裝方便、信息化程度高、部署靈活的優點可方便現場實施。

結語

高壓電能表結構緊湊， 體積小巧， 重量輕便， 制造工藝簡化，不會產生鐵磁諧振，具有安全、可靠、節能、節材、計量準確、防竊電性能好等優點。同時， 高壓電能表作為一個新型高壓計量產品， 在計量準確度和絕緣性能指標等方面， 能夠達到高壓計量產品的技術要求。高壓電能表的推廣應用將對提高供電高質量與經濟效益產生積極的作用。

參考文獻

[1]王樂仁.高壓電能表的原理與應用.