智能高壓電能表原理及應用淺析

四川能投水電集團永安電力公司 蔣成永

建設堅強智能電網，是國家電網公司的目標，也是電力企業的發展方向。所謂智能，就是在電源側（也就是供電方）充分發揮微電子技術和計算機、互聯網、物聯網技術等現代先進技術的應用優勢，在電網的計量、測量、控制實現智能化，最大限度減少人的實際現場操作，準確、可靠、穩定地實現連續供電，實現企業的最大效益而減少人力成本。

高壓電能表屬于智能電能表，是直接接入10kV高壓線路的新型電子式電能表，融合了電子式互感器技術、高壓取樣、電子雙向計量、光纖通信、無線通信等多項尖端科技。除了實現配電線路的準確計量，優化線損管理外，還能大量減少銅材、鐵材的使用，有效降低表計本身的鐵耗、銅耗及自身功耗，并降低線路因鐵芯互感器（感性負載）接入引發的安全事故率。另外，由于計量單元處于高壓側，常規低壓竊電手段難以實施，因此該表具有卓越的防竊電性能。同時，在功能上完全滿足國家電網公司有關智能電能表的最新功能規范要求，可以無縫接入現有電能信息采集系統，其0.2S級的整體電能計量準確度，將高壓電能計量準確水平提高到一個新的檔次。其0.2級電壓、電流、功率等瞬時電量的計量準確度，使得高壓電能表可以在配網線路監測等領域拓展出更多的應用，其通信模塊可現場帶電更換功能，使得系統維護工作變得簡單易行，其-40℃～60℃的極限工作溫度范圍，使得產品能夠適應嚴酷的戶外工作環境，同時，安裝和運輸非常方便。

國外對高壓表的研究從最早的1973年德國PTB研究院開始，國內最早為2001年。現在，高壓表計量標準裝置、現場校準裝置也相繼研制成功，國家檢定規程也即將出臺，可正式替代傳統高壓計量裝置作為大用戶貿易結算使用。國網、南網公司近年也紛紛推動高壓表的試點項目。

圖1 高壓表發展歷程

一、高壓表的結構原理

目前，高壓表主要分電子式互感器和弱輸出電磁式組合式互感器方式兩種。由于電子式互感器的穩定性和可靠性遠不如電磁式組合互感器，所以目前主流的產品結構為弱輸出電磁式組合式互感器內嵌電子計量模塊的方式。

圖2 高壓表外形

原理說明：高壓表工作時，高壓側的電壓、電流經過高壓互感器后，變成兩組相互隔離的三相弱輸出電壓、電流采樣信號。兩組獨立的采樣通道的采樣信號通過濾波處理后分別送入兩個獨立的三相計量芯片進行單獨計量。高壓表默認采樣通道1為主計量通道，當檢測到通道1計量故障時，馬上切換到計量通道2上進行數據讀取，實現雙通道熱備份計量。

圖中32位嵌入式ARM處理器用于分時計費和處理各種輸入輸出數據，通過串行接口將專用電能芯片的數據讀出，并根據預先設定的時段完成分時有功電能計量和最大需量計量功能，根據需要保存各項數據，完成zigbee及RS485的通訊傳輸、運行參數的監測等，并記錄存儲各種用電數據。

圖3 高壓表原理框圖

二、高壓表的應用

高壓表作為一種可以直接接入10kV配電網實現高壓電能量計量的三相多功能電能表，在10kV配網線路上應用廣泛。

1、可用于專變用戶電能計量計費，線路線損考核電能計量，聯絡線電能計量等戶外計量場合。

2、安裝在計量柜、環網柜、進線柜等柜體內，用于專變用戶電能計量計費，或者為環網柜、進線柜增加環網電能計量功能。

三、高壓表如何接入現有的計量系統

1、對于無安裝大用戶終端的場合，可安裝顯示終端，通過顯示終端的GPRS等無線通道接入現有主站。

2、對于已經安裝大用戶終端的場合，可安裝通信轉換終端，轉換終端將ZigBee無線數據轉換為RS485數據，RS485數據接入原大用戶終端即可接入現有系統。

四、高壓表的檢定

高壓表檢定裝置的主要原理一種是通過隔離升壓、升流器把低壓三相功率源的電壓電流升到10kV和相應的電流值，再通過標準的10kV電壓、電流互感器把信號接到三相多功能標準表上，通過比對高壓表和標準表的脈沖數據來測量誤差。另一種是傳感整體檢定技術，對高壓表直接施加10kV電壓，整體校驗裝置直接測量出高壓電能計量裝置的誤差。目前，高壓表的檢定規程和國家標準已經出臺，其使用已經不存在非技術障礙。

圖5 高壓計量表接入示意圖

五、高壓表的經濟效益及特點

1、工作在高壓側，安裝在用戶進線的分界處，使電能計量設備資產的歸屬與管理區域明確化。

2、體積小，重量輕，運行功耗小(整體功耗低于5W)，節省原材料。

3、可以整體檢定誤差，具有準確度等級，最高精度可達0.2S級，符合計量法公平、公正、公開的原則。

4、無二次線輸出，接線簡單方便，竊電無處下手。

5、高壓表替換現有的高壓計量裝置進行貿易計算，將每年節省互感器的耗能6億千瓦時（以10 kV互感器的平均功耗62瓦計算），消除每年200億千瓦時的貿易誤差（以每年4萬億千瓦時發電量計算），同時為國家有關部門和電網公司提供準確的電能數據，為提高能源輸送效率做出很大的貢獻。

6、據統計，目前10kV線路平均線損在6%左右，每年損失將近400億，把高壓表應用于10kV線路防竊電監測和精細線損管理，可使線路線損降低到理論線損值，每年可減少數百億損失。