智能電能表EMC潛動試驗研究

尹 博，劉 莉，王佳晗,李菥然，趙 影

(1.沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168;3.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

智能電能表EMC潛動試驗研究

尹 博1，劉 莉1，王佳晗2,李菥然2，趙 影3

(1.沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168;3.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

通過對國家、企業(yè)的技術(shù)標準、規(guī)范中智能電能表潛動試驗方法的分析，結(jié)合智能電能表實際安裝環(huán)境，找出現(xiàn)有試驗方法存在的弊端，完善了智能電能表潛動試驗的方法,在實驗室搭建電磁兼容潛動試驗環(huán)境下，對單相智能電能表進行潛動試驗。通過兩種試驗結(jié)果對比分析，驗證了電磁環(huán)境對智能電能表潛動性能具有一定影響。

智能電能表；電磁兼容EMC；潛動

智能電能表作為衡量電能量的設(shè)備，其準確與否直接關(guān)系到千家萬戶的利益，其中智能電能表的潛動性能尤為受到普通百姓的關(guān)注。智能電能表的潛動性能是指用戶無負載時不計量電能的能力，起動性能是指用戶負載達到設(shè)定限值時正確計量電能的能力。因此智能電能表的潛動和起動是衡量計量性能的重要指標，是智能電能表能否正確計量電能的關(guān)鍵。隨著電網(wǎng)電力電子設(shè)備的應(yīng)用以及配用電網(wǎng)負載日趨多樣化，導致電網(wǎng)電磁環(huán)境更加復雜，這些都對智能電能表在復雜電磁環(huán)境下的計量性能提出更高要求。近期在實際運行中頻繁出現(xiàn)智能電能表潛動現(xiàn)象，造成多計量電量問題，由于智能電能表的用戶數(shù)量龐大，造成錯記電費的金額相當可觀。日常管理中會出現(xiàn)用戶以此為依據(jù)要求退補電量等問題，引起諸多麻煩，也會將用戶引入智能電能表“多計電量”的誤區(qū)，對電網(wǎng)企業(yè)和用電用戶帶來嚴重影響。因此針對實際用電環(huán)境開展智能電能表潛動性能研究至關(guān)重要。本文在實驗室搭建了各種電磁兼容干擾環(huán)境，針對應(yīng)用最為廣泛的單相智能電能表進行潛動試驗，通過試驗結(jié)果分析引起智能電能表潛動原因，并提出有針對性的防護建議。

1 實驗室環(huán)境潛動試驗的局限性

1.1 潛動試驗要求

根據(jù)JJG596—2012《電子式交流電能表檢定規(guī)程》：潛動要求電流回路無電流，電壓回路加115%Un時，在起動電流下產(chǎn)生1個脈沖的10倍時間內(nèi)，電能表輸出應(yīng)不多于1個脈沖[1]。潛動的目的是保證在用戶無負荷(即用戶不用電)情況下，電能表不累計電能量，電能表的潛動性能決定于起動閾值設(shè)定的合理性，既要保證無負載時不起動，又要保證在微小負荷下起動計量。

1.2 智能電能表的電磁兼容性

電磁兼容性是指設(shè)備、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。包括以下兩個方面：設(shè)備、系統(tǒng)在預定的電磁環(huán)境中運行時，可按規(guī)定的安全裕度實現(xiàn)設(shè)計的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級；設(shè)備、系統(tǒng)在預定的電磁環(huán)境中正常工作且不會給環(huán)境(或其它設(shè)備)帶來不可接受的“電磁干擾”[2]。現(xiàn)有情況下的智能電能表均在不同程度的電磁干擾環(huán)境中工作，因此智能電能表在電磁兼容性環(huán)境下計量性能尤為重要。

智能電能表實際用電環(huán)境可能存在的電磁騷擾源包括以下幾類。

a.靜電場：人體接觸智能電能表的金屬端子及人體操作臨近智能電能表的電氣設(shè)備引起的靜電對于智能電能表的影響[3]。

b.電快速瞬變脈沖群：電網(wǎng)中切斷感性負載及繼電器觸點彈跳對智能電能表的影響[4]。

c.浪涌沖擊：雷擊對于電網(wǎng)的二次線路產(chǎn)生的影響,進而影響到智能電能表[5]。

d.射頻磁場：智能電能表周圍的電氣和電子設(shè)備工作時發(fā)出的高頻信號對智能電能表產(chǎn)生的影響。

e.工頻磁場：智能電能表周圍的導體中流過的工頻電流或極少量附近其它裝置所產(chǎn)生的工頻磁場，影響智能電能表[6]。

1.3 實驗室環(huán)境智能電能表檢定的弊端

目前潛動試驗均在實驗室參比條件下進行，能夠在一定程度上驗證起動閾值設(shè)定的合理性。但由于實際安裝地點位置的差別，智能電能表可能處于不同的電磁騷擾源的影響下，加上不同個體電磁兼容性的優(yōu)劣可能會導致智能電能表潛動。其中尤以工頻磁場對智能電能表的影響最為常見。普通居民小區(qū)的智能電能表安裝位置附近均有樓宇匯流母線，母線流過的工頻電流在周圍空間產(chǎn)生工頻磁場，不同費率時段負載電流不同，當量值達到一定程度時可能影響智能電能表的潛動性能。

目前JJG596—2012《電子式交流電能表檢定規(guī)程》和Q/GDW1364—2013《單相智能電能表技術(shù)規(guī)范》中并沒有針對電磁環(huán)境下智能電能表潛動性能的要求和試驗，因此無法確保智能電能表在電磁環(huán)境下的潛動性能。本文在實驗室環(huán)境下研究智能電能表在各種電磁干擾下的潛動性能，根據(jù)研究結(jié)論在檢驗環(huán)節(jié)增加對應(yīng)的檢驗項，以降低智能電能表潛動現(xiàn)象發(fā)生的概率。

2 電磁兼容環(huán)境下的潛動試驗方法及數(shù)據(jù)分析

選取幾組典型的電磁環(huán)境進行試驗，其中工頻磁場對電能表潛動的影響最為常見，因此本文主要對工頻磁場干擾因素進行研究。

2.1 參比條件下的潛動試驗

在靜電屏蔽室(避免正常環(huán)境中存在電磁干擾)中，參比溫度23±2 ℃，相對濕度60±15 ℃的環(huán)境下，對單相智能電能表進行潛動試驗。分別選取10個不同廠家的單相智能電能表，依據(jù)Q/GDW364—2009規(guī)范制造的2009版單相智能電能表[7]和依據(jù)Q/GDW1364—2013規(guī)范制造的2013版單相智能電能表[8]分為兩大類，各廠家每類選取5種不同型號的智能電能表各2只，共200只智能電能表進行試驗。將單相智能電能表與智能電能表檢定裝置相連，其中智能電能表處于正常工作條件，儀表電壓線路通以參比電壓，電流線路無電流(開路)，觀察智能電能表輸出應(yīng)不多于1個脈沖，即為試驗合格，潛動性能良好。重復試驗10次，試驗結(jié)果顯示所有廠家的智能所有電能表均符合要求，沒有出現(xiàn)智能電能表潛動現(xiàn)象。

2.2 工頻磁場下的潛動試驗

在靜電屏蔽室中布置符合GBT17626.8—2006《電磁兼容試驗和測量技術(shù)工頻磁場抗擾度試驗》要求的工頻磁場環(huán)境，選取與參比條件下的潛動試驗相同的智能電能表，測量其潛動性能。

將試驗裝置和智能電能表按標準進行布置，如圖1所示。

圖1 智能電能表工頻磁場潛動試驗布置

其中智能電能表處于正常工作條件，與智能電能表檢定裝置相連，電壓電流和輔助線路用去耦網(wǎng)絡(luò)進行隔離，可靠保護智能電能表檢定裝置，其中儀表電壓線路輔助線路通以參比電壓，電流線路無電流(開路)，如圖2所示。

經(jīng)過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實際居民樓住戶約為40戶，按照每100 m2預留8 kW容量計算，即每戶流過的最大電流為

其中，按照居民用電要求，功率因數(shù)取0.9,則流過匯流線的總電流為

I總=40I=1 600(A)

取智能電能表距離匯流線約為1 m，則該處磁場強度為

由于實際應(yīng)用中居民樓面積可能與上述計算面積有出入，所以實際居民用戶單相智能電能表所處工頻磁場強度，分別取0.3 mT和0.5 mT。單相智能電能表在不同工頻場強的環(huán)境下進行潛動試驗，重復試驗10次，對試驗結(jié)果匯總和整理,如表1、表2所示。

表1 0.3 mT工頻磁場下智能電能表潛動性能

表2 0.5 mT工頻磁場下智能電能表潛動性能

2.3 其他環(huán)境下的潛動試驗

同上述試驗樣本選取方法，各選擇200只單相智能電能表進行靜電場下潛動試驗和浪涌環(huán)境下潛動試驗，重復10次。同樣少數(shù)廠家在2009版單相智能電能表中出現(xiàn)潛動現(xiàn)象，2013版單相智能電能表中極少出現(xiàn)潛動現(xiàn)象。

2.4 參比條件下與工頻磁場下潛動試驗對比分析

a.按規(guī)范要求的參比環(huán)境下的潛動試驗中，所有智能電能表均未發(fā)生潛動現(xiàn)象。在一定強度(0.3 mT)工頻磁場環(huán)境下進行試驗，智能電能表開始出現(xiàn)潛動現(xiàn)象，進一步增大磁場，智能電能表出現(xiàn)潛動現(xiàn)象的次數(shù)隨之增加。說明電磁環(huán)境對智能電能表潛動性能具有一定影響，經(jīng)過對智能電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元器件的深入研究發(fā)現(xiàn)，電磁環(huán)境會對智能電能表內(nèi)部元器件的性能和PCB板電路特性產(chǎn)生影響，導致智能電能表潛動[9]。因此PCB板布置電路優(yōu)化設(shè)計和元器件的選擇尤為重要，合理的布局和提升元器件質(zhì)量可有效提高智能電能表抗電磁干擾性能[10]。

b.按規(guī)范要求的參比環(huán)境下的潛動試驗中，所有的智能電能表均未發(fā)生潛動現(xiàn)象。在0.3 mT工頻磁場，2個版本的智能電能表開始出現(xiàn)分化，2009版開始出現(xiàn)潛動現(xiàn)象而2013版并無潛動現(xiàn)象出現(xiàn)。進一步增大磁場(0.5 mT)后，2013版也出現(xiàn)潛動現(xiàn)象，但是2009版出現(xiàn)的潛動次數(shù)明顯高于2013版的次數(shù)。通過對2009版智能電能表和2013版智能電能表調(diào)研發(fā)現(xiàn)，2013版的單相智能電能表設(shè)計和制造考慮到工頻磁場對電能表潛動性能的影響，但不能保證所有智能電能表不受工頻磁場影響，所以應(yīng)盡量避免智能電能表處于工頻磁場的環(huán)境下。在普通居民用戶樓房中，大電流導體周圍會出現(xiàn)不同強度的工頻磁場。基于以上數(shù)據(jù)分析，建議工程設(shè)計和施工時要考慮智能電能表的入戶安裝位置，應(yīng)遠離大電流導體，以免給用戶造成不必要的經(jīng)濟損失[11]。

3 結(jié)束語

本文提出了EMC電磁兼容條件的潛動試驗方法，完善了原有的智能電能表潛動試驗方法。通過兩者試驗結(jié)果的對比分析，驗證了EMC電磁兼容環(huán)境對智能電能表潛動性能具有一定影響。為提高智能電能表檢驗的可靠性，建議在智能電能表出廠檢驗和后續(xù)檢驗中完善原有潛動試驗，即增加EMC電磁兼容潛動試驗。同時為避免在實際應(yīng)用中出現(xiàn)潛動現(xiàn)象，建議各個施工方要考慮工頻大電流對智能電能表潛動性能的影響，盡量將安裝智能電能表的位置遠離樓內(nèi)的大電流導體，以減小智能電能表附近的工頻磁場，減少工頻磁場對智能電能表工作時的干擾。此外還要注意其他電磁環(huán)境對智能電能表的影響，以免造成不必要的損失。

[1] 電子式交流電能表檢定規(guī)程:JJG596—2012[S].

[2] 朱 凌，劉振波，馮守超.智能電能表的標準、政策和發(fā)展[J].東北電力技術(shù)，2012，33(2)：46-48.

[3] 電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗：GB/T17626.2—2006[S].

[4] 電磁兼容試驗和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗：GB/T17626.4—2006[S].

[5] 電磁兼容試驗和測量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗：GB/T17626.5—2006[S].

[6] 電磁兼容試驗和測量技術(shù)工頻磁場抗擾度試驗：GB/T17626.8—2006[S].

[7] 單相智能電能表技術(shù)規(guī)范：Q/GDW 364—2009[S].

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Research on EMC the False Actuation Performance of the Intelligent Electric Energy Meter

YIN Bo1，LIU Li1，WANG Jiahan2, LI Xiran2, ZHAO Ying3

(1.School of Electrical Engineering，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang， Liaoning 110136，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Metrological Center，Shenyang，Liaoning 110168，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid East Inner Mongolia Electric Power Co.,Ltd., Hohhot，Inner Mongolia 010020，China)

In this paper, through analysis of the intelligent electric energy meter test method for false actuation test on specification, combining with actual installation environment, the defects and unreasonable of the existing test methods is found out, an electromagnetic compatibility environment of false actuation test in the laboratory is built, false actuation tests of all kinds of single phase intelligent electric energy meter is studied. The results shows the new methods and new requirements have a certain influence.

the intelligent electric energy meter；electromagnetic compatibility EMC； false actuation

TM933.4

A

1004-7913(2017)02-0034-04

2016-10-28)

尹 博(1990)， 男，在讀碩士，從事電能計量工作和相關(guān)研究。