數字式電能計量系統及檢定裝置設計

周蒙 薛廣達 沈傳鵬

國網山東鄆城縣供電公司 山東鄆城 274700

摘要：隨著人們對電能使用量的逐漸增多，對電能表的設計要求也越來越高。在使用過程中，需要對電能表檢定裝置系統按照規程進行檢修調試，并且按照電能表有關計量檢定的規程，對電能表檢定裝置系統進行合理的設計，以在使用中發揮良好的作用。本文首先說明了現有數字化變電站計量系統，然后闡述了數字化變電站獨立計量系統，最后探討了數字式電能計量系統檢定裝置設計。

關鍵詞：數字式；電能計量系統；檢定裝置；在線監測

一、現有數字化變電站計量系統

現有的各個廠家設計的，正在運行的數字化變電站計量系統構架都是使用的是電子式電壓、電流互感器+光纖傳輸系統+合并單元輸出信號采樣+數字化電表的模式，其結構示意圖如下圖所示。

圖 現有計量系統的結構示意圖

互感器數據輸出到合并單元，數據通過處理后，再重采樣后分發到保護、計量、測量設備。合并單元作為數據樞紐，具有改變數據的可能，交換機作為分發設備也具有改變原始數據的可能，而這些都是計量系統要求數據具有唯一性所不能允許的。

二、數字化變電站獨立計量系統

（一）與現有計量系統的對比

雖然國內很多專家學者和不少設備廠商積極研究于數字化變電站，對于計量系統仍無明顯進展，目前還是停留在電子式互感器、合并單元和電能表的模式。沒有對計量系統的嚴肅性有充分的認識和重視。合并單元在系統中的設計，對于保護設備是必不可少的，但同時又兼顧了采集計量數據功能，且大多數合并單元可隨意調整角比差，同時合并單元的運行異常或者檢修又嚴重影響電能量的采集。沒有考慮這個環節對于計量獨立性的影響，實際就沒有保證計量的法律法規需求。

相比較于現有的數字化變電站的計量系統，考慮到對計量領域的嚴肅性，對數據要求的準確性等因素，本設計提出了計量專用采集單元 + 數據集中器采樣模式。本設計既滿足電能采集的獨立性又可提高電能采集的準確性，做到電能采集與保護分離，方便計量單位對數字化變電站的電能量核算和維護。

（二）獨立計量系統的設計

本設計提供一種基于電子式互感器的數字化變電站的獨立計量系統。包括電子式電壓互感器，電子式電流互感器，它們把電力系統的電流電壓轉換為數字信號，通過光纖傳輸到計量專用數據同步分幀器，再由數據同步分幀器通過光纖傳輸到數字化電表，由電表完成電能的計量。

這是一種基于電子式互感器的計量專用數據同步分幀器。包括信號輸入（NO2、NO5、NO8），接入一個間隔的電流電壓輸入，最多 9 個通道；開關輸入（NO3、NO6、NO9），接收開關位置輸入接點，滿足變電站運行方式改變的輸入；處理器（NO4、NO7、NO10），接收信號輸入模塊的信號，重新同步，數據打包，變成 IEC-61850 標準格式，轉發到電表。

數據同步分幀器實現的計量系統，建立了從互感器到電表之間的獨立鏈路的物理設備。從而改變了現有數字化電站計量系統的數據鏈拓撲結構。電子式互感器感應到電力網絡上的電流和電壓后，使用專用采集單元就地處理數據采樣，完成角比差校正的功能，然后直接經光纜傳送到專用數據同步分幀器，最后送至電表。

由此實現數據不再通過合并單元，數據鏈獨立，保持計量數據的封閉性，唯一性和數字化。數據同步分幀器的設計，滿足多個間隔的電流電壓數據采集，同時實現每個間隔的硬件獨立，易于維護。可以精確同步幾個數據源的數據，提高了計量精度。

三、數字式電能計量系統檢定裝置設計

（一）裝置運行狀態的實時在線監測系統的設計與應用

1、設計電能量平衡監視系統

設置實時在線監測系統可實現現場及遠程計量裝置誤差數據的監測及校驗，結合電量數據建立數學模型，利用相關的插值算法對上網計量點進行監視。電能計量裝置校驗系統可以大大降低監督管理人員的勞動強度，不斷增加電能計量裝置檢測的準確性。采用電能計量裝置遠程校驗系統，能完全避免現場出現各種問題的可能性，遠方監控人員能夠實現遠程和現場電壓互感器二次回路壓降測試。遠程和現場計量裝置也可以用來判定被測電能表的誤差。對于多塊電能表的設計，通過繼電器可以控制切換測試線路，然后將監控和校驗數據顯示在本地顯示設備中或上傳至上層的數據中心。控制服務器可以單獨配置數據冗余備份，隨時接受上層客戶端發出的測試或查詢指令，準確地為客戶端提供各項操作信息，并依據計劃自動發出測試指令。

2.設計計量點視頻監控點

采用計量點視頻可判斷電能表運行環境變化圖像識別監控，從而實現對電能計量裝置的自動化管理模式，推動電能表檢定裝置系統朝著智能化、集約化、科學化的方向發展。

（二）電能計量裝置狀態管理系統的設計及應用

電能計量裝置狀態管理系統選用數據庫管理系統作為開發工具，采用可重用組件技術實現了對電能計量裝置的自動化，實現了在線監測及維護，該系統具有大容量、可采用多用途的大型電能計量分析裝置與計量中心生產調度平臺的鏈接，有效促進了電能計量裝置的高效運行。

（三）電能表自動化檢定系統設計途徑

1.系統的組成

電能表自動檢定是系統發展的必然趨勢。其價值主要在于對整個電力裝置系統進行管理和控制，并將檢定信息上報到傳輸層，在做好自動檢定工作的同時，還可以實現分揀自動化操作。對于在系統構建或者運行過程中出現的各種接線錯誤可以進行準確判斷，還可以滿足系統正常運行狀態的檢測，如果再借助高性能嵌入式芯片的效能，甚至可以對于系統電流運行情況進行動態分析，在此基礎上實現互感器接線的有效性和正確性，也可以識別互感器二次端子與電能表之間連接的正確性。電磁式電流互感器不僅體積與質量增大，而且也給電壓的測量帶來很大的便利。

2.設計方法

電能表自動化檢定系統采用模塊化設計，一般來講主要由以下幾個部分組成：其一，輸送單元；其二，接拆線單元；其三，準確度檢定單元；其四，通電檢查單元。軟件運行的前提是具備健全的檢定系統，實現了對整個運行系統全過程、智能化的檢定。以電能表自動化檢定流水線系統為例，傳統檢定模式下系統由2×18表位的耐壓單元、外觀檢測單元以及編程加密單元組成的；而智能檢定模式下系統由檢定單元，耐壓單元、外觀檢測單元，編程加密單元各2套組成。系統試運行期間，使用檢定設備，對于電能表檢定工作運行狀態進行分析，一般會從性能比和效率兩個角度入手，結果是智能化電能表檢定時間短，檢定裝置檢定效率提高120%，人員使用減少80%，每年可隨著電能計量的再深化，其產生的經濟效益將更大。

3.電能表自動化檢定系統改進

電能表自動化檢定系統是為適應單相電能表自動化檢定特殊性而設計的產品，其系統運行具有穩定性和可靠性高。電能表自動化檢定系統編程鍵在保證單相電能表安全的前提下，需要確保電能表編程課進入允許編程狀態或無法編程狀態，此時的編程功能始終處于編程允許狀態。電能表在參數設置密鑰后，在紅外的幫助下，以編程的方式實現對于開關的控制，也就是說可以在不考慮電能表運行狀態的前提下，實現對于電能表的編程操作，均能產生編程數據記錄，有效降低了自動化檢定系統的建設成本。

結語

綜上，電能表檢定裝置系統能有效提高了計量管理水平，不斷增強計量工作的管控力和影響力，確保電能表檢定裝置系統在實際中得到有效利用。

參考文獻：

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