電能計量系統的發展及其對智能電網建設的啟示

張艷　許麗

摘要：電能計量經過了機械電表時代、電子電表時代、數字電表時代等發展階段。信息技術、計算機技術的介入，開啟了電能計量系統的時代。目前，電能計量系統又朝著智能化方向發展。電能計量系統的智能化也給電能計量人員、計量儀器、計量數據管理提出了挑戰。

關鍵詞：電能計量系統；發展；建設；啟示

1890年，弗拉里發明了感應式電能表。這是世界公認最早的電能計量裝置，至今已有一百多年的歷史。經過多個階段的發展，電能表的測量精度、使用壽命、操作便利性、設備安全性都取得了長足的進步。在電力市場迅速發展的今天，如何保證電力計量的準確、公開、公平，是電力計量管理最核心的問題，也是提供優質電力服務首先要解決的問題。電能計量裝置是電能計量信息的來源，是電力計量系統最核心的組成部分。回顧電能計量系統的發展對提高我國電力服務的質量，完善電力計量系統是至關重要的。

一、電能計量系統的發展史

（一）機械電能表時代

在電力市場發展的早期，電能計量并未以一個完備系統的形式出現。最早的電能計量只是簡單通過機械式電能表來實現。弗拉里發明的感應式電能表是根據電磁感應原理設計的。這種電能表由兩個線圈和一個帶有刻度的活動圓盤組成。交變電流通過線圈時，會在圓盤上感應產生渦流。渦流預交變磁場相互作用產生電磁力，電磁力帶動圓盤轉動，從而產生扭矩。在這種扭矩的作用下，帶有刻度的圓盤就記錄下了電能量。

從設備生產的角度來看，機械電能表的生產成本低，制造技術簡單。從消費者的角度來看，機械電能表成本低廉，機械耐用性高，抗磁場、耐高溫，對使用環境要求較低。所以這類電能表在發明之后就因低廉的價格和成熟耐用的特點迅速普及。在上世紀六七十年代以前，我國使用的基本都是感應式電能表。

（二）電子式電能表時代

日本是世界上最早使用模擬電子技術改進電能表的國家。機械電能表雖然有廉價、耐用的特點，但其計量的精度會隨著機械磨損、周圍環境等的影響而不斷下降。為了達到準確計量的目的，人們將電子電路引入到電能計量中，于是就出現了模擬電子電能表。

模擬電子電能表的制造成本比機械電表更高，制造技術更復雜。但隨著上世紀八十年代電子元器件技術的飛速發展，電子式電能表的制造成本逐漸降低，制造技術也不斷普及。從此以后，電能計量也從單一記錄電量發展到記錄電壓、電流、功率等多種參數。

（三）數字式電能表時代

到上世紀九十年代前，電能表以提高計量準確度為主要發展方向。主要的方法是借助大規模集成電路技術、采用時分割乘法器方案。伴隨著計算機技術的發展，數字采樣技術被引入到電能表設計中。電能表的計量精度和計量內容都取得的更大的進步。數字式電能表的核心是電能計量芯片，常見的計量芯片有三種：模擬式計量芯片、數字式計量芯片、數模混合式計量芯片。從芯片技術和計量方案上看，數字式計量芯片的計量精度最高、穩定性也最高，模擬計量芯片的計量精度、穩定性均最差。但在實際應用過程中，根據適用場合，三種計量芯片的電能表都有一定的市場。

目前，我國最普及的電能表為數字式電能表，這種電能表具有計量精度高、計量穩定性好、可高倍過載、功能拓展性佳、環境適用性強等優勢。隨著數字式電能表的制造成本逐漸降低，這種電能表也在逐步替代機械式電能表成為市場上最主流的產品。

（四）電能計量系統時代

隨著社會經濟與社會的發展，電力行業的工作方式和人民生活方式產生了巨大的變化。這些變化為電力的輸送、計量提出了更高的要求。尤其是電能輸送的質量監控已經和數量計量一樣重要。伴隨著管理信息系統的發展，電能計量系統逐漸流行。

電能計量系統主要有電能表、互感器、通信網絡、信息分析單元以及配套的管理系統組成。電能計量系統是以現代數字通訊技術、計算機技術、電能計量技術為支撐的新型電能計量方式。系統打破了單一的以電能表計量的方式，提高了電能計量的效率，為電能供應過程的監控提供了支持。

早期的電能計量系統主要實現電能數據的采集，之后系統功能逐漸豐富。例如最常見的兩大功能：日常檢查、反竊電。用電檢查工作是供電企業日常用電管理的重要手段，包括反偷查漏、線損異常分析、專項用電檢查、客戶事故調查、錯峰用電管理、重要用戶保供電等。在部署電能計量系統之前，上述工作都需要到客戶現場才能進行。現場工作對工作人員的數量、安全保障等要求都很高。需要用檢人員在用電站、開關站、用戶端之間往返，工作過程漫長，工作效率低。特別是在事故調查和線損異常等工作中，人工方式的準確性、時效性比計算機系統低。在采用了計量系統后，工作人員可以借助系統實施采集信息，了解電網運行狀況。以線損分析為例，通過系統數據的支持，工作人員可以更準確定位，提高了用電檢查的效率和質量。電能計量系統對制約竊電行為起到了一定的作用。用檢人員可以利用系統的報警功能和計量點數據查詢功能，排查用戶違章使用、竊電等行為。

經過多年的發展，目前電能計量信息系統的主要功能有以下幾個方面：1、實時傳送電能使用數據，實現嗲能耐線損的快速統計。同時，結合系統的分析功能，還能實現準確的線損分析報告。2、根據系統提供的信息，對存在電能故障的客戶組織人員進行檢查，根據故障的形式追補電費。3、利用系統的統計分析功能，分析用電的高峰、平均用電量、平均故障率等用電行為，為客戶事故調查、錯峰用電、重要客戶供電保障提供支持。

二、對智能電網建設的啟示

電能計量系統經過了機械、電子、數字、系統等幾個時代。早期電能計量系統的發展以電能表的發展為主要發展動力。可以說，電能表技術推動了電能計量的發展。但隨著信息技術、計算機技術的介入，電能信息系統成為了電能計量技術發展的核心動力。

近年來，電能計量系統朝著電能計量的數字化、智能化、系統化、網絡化發展。電能計量智能化的核心思想就是基于電子信息技術、網絡通信技術和現代管理思想，構建起一套以數字信號傳輸、高度信息化、操控智能化為特點的智能化系統，實現從數據采集到數據分析存儲，再到信息反饋的全過程數字化和自動化。發展智能電網需要從計量人員、計量儀器、計量方式等多個方面入手。

（一）注重電力計量人員的培訓

隨著電力計量手段的不斷升級，電力計量工作逐漸從簡單的體力勞動為主轉向利用信息管理系統管理。電力計量系統越新，對電力計量人員的信息素養、業務素養要求就越高。電力計量人員的素質提升需要通過專業培訓來實現。同時，業務培訓過程中培養他們的安全意識也是對電力計量人員的保護。

（二）加強計量儀器的管理

計量儀器是電力計量系統的信息源，電力計量的準確性、時效性很大程度上取決于計量儀器的質量。電力企業應當不斷規范相關儀器的質檢、安裝流程，以確保智能互感器、智能電表等能夠正常運行。

（三）深度挖掘計量信息

傳統的人力管理方式下，電能計量信息都以紙筆形式保存。數據的統計、匯總工作耗時耗力，數據利用率低。電能計量信息系統時代，通過規范化數據管理和數據分析，可以為供電服務提供參考，為提高供電質量提供支持。

（四）不斷更新電能計量方式

社會經濟不斷發展，信息技術的不斷更新，電能計量方式也要與時代和技術要求相適應。電能監測的方法主要有專項檢測、定期巡查和在線監測。雖然在線監測逐漸成為電能計量的主流方式，但隨著時代的變遷，供電企業必須不斷更新和引進最新設備及應用才能推動電力行業的現代化。

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