T-203A多功能電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀在現(xiàn)場運(yùn)行電能表中的應(yīng)用

黃照千

（宣威市供電有限責(zé)任公司，云南 宣威 655400）

電能表現(xiàn)場檢驗(yàn)儀是一種適用于對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行電能表進(jìn)行檢驗(yàn)的儀器設(shè)備，可以用來確定表計(jì)的運(yùn)行狀況、接線方式等?，F(xiàn)場校驗(yàn)儀的工作環(huán)境和使用特性確定了它的發(fā)展:外出作業(yè)要求體積更小、重量盡可能輕，現(xiàn)場沒有操作臺(tái)面使得大多數(shù)情況下是放置于地面工作，測量數(shù)據(jù)要求能夠可靠地存儲(chǔ)并能方便地進(jìn)行交換:需要測量電能誤差，就要求它首先是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電能表，而且要方便現(xiàn)場操作，精度要高、功能要多、智能化程度要高；要進(jìn)行接線檢查，就要求它能進(jìn)行向量分析，顯示向量圖、接線圖，識(shí)別線路相別，所以電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀是標(biāo)準(zhǔn)電能表與向量分析軟件的結(jié)合。

1 硬件工作原理

T-203A多功能電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀的原理框圖如圖1所示。被測電壓經(jīng)由精密電阻和繼電器組成的可編程分壓電路變換成幅度合適的小電壓信號(hào)，經(jīng)緩沖放大后送到高精度的A/D器件，以適當(dāng)?shù)牟蓸铀俾蕦⑺矔r(shí)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)流。被測電流經(jīng)內(nèi)置的高精度電子補(bǔ)償式互感器(直接接入式測量)或電子補(bǔ)償式鉗形互感器(鉗表測量)將被測電流變換成幅度合適的小電流信號(hào)，由精密電阻取樣轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送到高精度的A/D器件，以適當(dāng)?shù)牟蓸铀俾蕦⑺矔r(shí)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)流。被測電壓、電流的數(shù)字信號(hào)在傳送給FPGA邏輯電路時(shí)使用了光電耦合器，實(shí)現(xiàn)了被測電路與測試系統(tǒng)地的電氣隔離，保證了測試的安全和測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

圖1 多功能電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀原理框圖

由數(shù)字信號(hào)處理器DSP和FPGA組成高速的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，對(duì)被測電壓、電流的數(shù)字信號(hào)流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析計(jì)算，得出電壓、電流、波形失真度、諧波含量、有功功率／電能、無功功率／電能、視在功率、相位、功率因數(shù)、頻率等所需要的電參量。輔助電源由AC/DC電源模塊、鋰電池組及充電電路組成。AC/DC電源模塊為系統(tǒng)和充電電路供電，充電電路負(fù)責(zé)對(duì)鋰電池組充電.系統(tǒng)供電可在AC/DC電源模塊和鋰電池組間自動(dòng)切換。

下面對(duì)用T-203校驗(yàn)儀對(duì)多功能電能表某些項(xiàng)目的檢定原理和方法作一介紹。

2 對(duì)多功能電能表的現(xiàn)場授時(shí)

2.1 授時(shí)原理

授時(shí)部分的硬件由主機(jī)、GPS接收模塊(已嵌入主機(jī)中)、多功能表、通訊電纜四部分組成。主機(jī)首先將接收到的GPS衛(wèi)星時(shí)鐘報(bào)文轉(zhuǎn)換成時(shí)鐘數(shù)據(jù)格式，然后通過通訊電纜傳送至多功能電能表。

由于多功能表種類繁多，通訊規(guī)約不統(tǒng)一，通訊參數(shù)也不盡相同，有些多功能表在通訊過程中甚至還需要軟件密碼和硬件開關(guān)相配合使用，為了適應(yīng)不同的規(guī)約，T-203校驗(yàn)儀在程序上單獨(dú)設(shè)計(jì)了一個(gè)可隨時(shí)添加的通訊模塊 (如DLT/645協(xié)議等)，針對(duì)不同表的規(guī)約可以隨時(shí)添加。

圖2 最大需量的滑差示意圖

2.2 授時(shí)操作方法

連接多功能電能表的485接口和T-203儀的通訊接口，通過操作進(jìn)入授時(shí)畫面，在該畫面下顯示GPS衛(wèi)星時(shí)間、多功能電能表的時(shí)間和二者的時(shí)間誤差。按“授時(shí)”軟鍵后，提示操作者進(jìn)行安全認(rèn)證，口令輸入正確后，開始向多功能電能表進(jìn)行授時(shí)。在授時(shí)過程中，操作者依據(jù)畫面提示使被測試電能表處于編程狀態(tài)。

3 日計(jì)時(shí)誤差測試

3.1 測試原理

T-203校驗(yàn)儀內(nèi)部有一個(gè)高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源，依據(jù)被檢表的基頻輸出脈沖，自動(dòng)設(shè)置不同的檢測方案，該方案由FPGA完成，以保證在0.5Hz～1MHz之間的測量精度。將測得的被檢表的頻率與設(shè)定頻率進(jìn)行比較.計(jì)算得出基頻誤差和日計(jì)時(shí)誤差。系統(tǒng)將根據(jù)判定條件，確定被檢表的日計(jì)時(shí)誤差是否合格 (根據(jù)“JJG596-99規(guī)程”中的要求，日計(jì)時(shí)誤差不能大于O.5秒/天)。

3.2 操作方法

進(jìn)入日計(jì)時(shí)誤差測試畫面后.必須輸入被試多功能電能表的標(biāo)定時(shí)鐘頻率，儀器默認(rèn)為1000Hz，輸入后自動(dòng)開始測量.在顯示畫面依次顯示實(shí)測頻率、基頻誤差、日計(jì)時(shí)誤差和測試結(jié)論。

前提條件:被測多功能電能表的輸出端子部分應(yīng)該有電能表內(nèi)部時(shí)鐘輸出引腳，如無此輸出，試驗(yàn)將無法進(jìn)行。

3.3 日計(jì)時(shí)誤差主要技術(shù)指標(biāo)

頻率測量準(zhǔn)確度:±0.2x10-6；日誤差準(zhǔn)確度:≤10ms；頻率測量范圍:0.5Hz～1MHz。

4 需量示值誤差測試

4.1 測試原理

圖2所示為最大需量的滑差示意圖。t0為需量周期,實(shí)線與虛線之間的距離為滑差間隔時(shí)間。在t0周期內(nèi)，讀取內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)表的電能值，并根據(jù)時(shí)間計(jì)算得到該周期內(nèi)的平均功率，經(jīng)過一個(gè)滑差間隔時(shí)間再讀一個(gè)需量周期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)表的電能值，并轉(zhuǎn)換為功率值，同時(shí)比較這兩個(gè)值的大小,大的數(shù)值將被記錄，以便用來與下一個(gè)周期產(chǎn)生的數(shù)值進(jìn)行比較，而后再進(jìn)入下一個(gè)周期，再比較數(shù)值的大小，依此類推，直到整個(gè)滑動(dòng)時(shí)窗結(jié)束，這樣將得到一個(gè)在這個(gè)滑動(dòng)時(shí)窗中最大的標(biāo)準(zhǔn)表功率值，再與從被校驗(yàn)表中讀到的最大需量數(shù)值相比較，按照公式計(jì)算誤差值。

4.2 測試步驟

第一步:一進(jìn)入需量測試畫面，首先自動(dòng)讀取并顯示被校表的需量周期和滑差時(shí)間，同時(shí)把它們作為T-203校驗(yàn)儀的需量周期和滑差時(shí)間。也可以修改這兩個(gè)參數(shù)，如選擇需量周期=15min(分)，滑差時(shí)間=1min(分)。修改后一定要寫入到被校表中，以使二者同步；第二步:按‘開始測試’軟鍵，連續(xù)測試17分鐘后按‘停止測試’；第三步:測試停止后，儀器自動(dòng)讀取多功能電能表的需量值，并與標(biāo)準(zhǔn)表數(shù)據(jù)比較，按照公式計(jì)算得出誤差.判斷被檢表是否合格，最大需量示值誤差為:式中P為被檢表需量示值(kW)；Po為加在標(biāo)準(zhǔn)表上的實(shí)際功率，即標(biāo)準(zhǔn)功率表示值(kW)；γb電能表在試驗(yàn)負(fù)荷點(diǎn)的誤差。

5 抄讀多功能電能表的底度、費(fèi)率時(shí)段

“抄讀底度”試驗(yàn)的主要作用是將多功能電能表的正向有功、無功及反向有功、無功所對(duì)應(yīng)的峰、平、谷、總、尖峰的電量值、最大需量值、費(fèi)率時(shí)段、電網(wǎng)狀態(tài)等讀出,并記錄保存。

點(diǎn)擊按鈕“抄讀表”軟鍵，系統(tǒng)首先讀取表計(jì)地址,成功后再讀取表計(jì)內(nèi)部的數(shù)據(jù)。讀取的數(shù)據(jù)項(xiàng)如下(電能的單位為kWh):

正、反向有功總電能、尖電能、峰電能、平平電能、谷電能；正、反向無功總電能、尖電能、峰電能、平平電能、谷電能；正、反向有功最大需量；時(shí)段、費(fèi)率、斷相次數(shù)、相斷相時(shí)間等。

6 小結(jié)

用16位高速A/D采樣，經(jīng)雙DSP高速數(shù)據(jù)運(yùn)算，提高了測量準(zhǔn)確度；用FPGA作為輔助邏輯控制電路.實(shí)現(xiàn)了四象限無功測量、電能脈沖轉(zhuǎn)換、多功能表授時(shí)、需量測量、485通訊等功能，使整機(jī)體積小(一本書大小)，重量輕。系統(tǒng)誤差采用軟件進(jìn)行修正，減少了元器件對(duì)誤差的影響，提高了設(shè)備長期穩(wěn)定性，能現(xiàn)場檢驗(yàn)各種電子式、感應(yīng)式，單相、三相三線、三相四線有功、無功電能表、復(fù)費(fèi)率及多功能電能表，能按照《電能計(jì)量裝置現(xiàn)場檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書》在現(xiàn)場規(guī)范檢驗(yàn)測試工作。經(jīng)現(xiàn)場使用，效果優(yōu)良。

[1]孫方漢.電能計(jì)量裝置及其正誤接線[M].中國水利水電出版社，2004.

[2]白忠敏.電能計(jì)量柜設(shè)計(jì)安裝使用手冊(cè)[M].河南科學(xué)技術(shù)出版社，1995.