交流電能表現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行考核評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)

朱淑媛,劉漢勇

（1.東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.沈陽(yáng)電力機(jī)械總廠(chǎng),遼寧 沈陽(yáng) 110026）

目前,隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展,電能表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化。電能表種類(lèi)已達(dá)上百種,年生產(chǎn)能力在2億臺(tái)左右。據(jù)中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)目前電能表的生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到了上千家,但擁有過(guò)硬核心技術(shù)的較少,簡(jiǎn)單改進(jìn)、拼裝、小規(guī)模生產(chǎn)的廠(chǎng)家居多。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,特別是芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,電能計(jì)量產(chǎn)品更是百花齊放,不同型號(hào)、不同功能、不同級(jí)別的電能表面市,且外形尺寸、安裝方式各不相同,尤其是三相電能表。如：相同產(chǎn)品,制造商不同,型號(hào)就不同;稍有改進(jìn),又有新型號(hào);規(guī)格等級(jí)的不同組合。另外,目前電能表除了基本的計(jì)量功能外,還增添了很多管理功能,如最大需量、預(yù)付費(fèi)、防竊電、負(fù)荷控制、綜合監(jiān)測(cè)和各種方式的通信功能等,造成產(chǎn)品功能雖多,精品極少。

針對(duì)目前市場(chǎng)的多元化局面,如何對(duì)不同廠(chǎng)家電能表的性能進(jìn)行綜合評(píng)估、測(cè)試、選用及輪換成為一個(gè)急待解決的問(wèn)題。

雖然現(xiàn)有的電能表標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可以在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的各項(xiàng)基本功能指標(biāo)的考核,但是由于測(cè)試環(huán)境與電能表運(yùn)行安裝使用環(huán)境的差異,如電能表運(yùn)行在復(fù)雜電磁環(huán)境中的性能指標(biāo)、工作穩(wěn)定性、長(zhǎng)時(shí)間的電能累計(jì)準(zhǔn)確性等一些直接和電費(fèi)計(jì)量相關(guān)的功能都無(wú)法準(zhǔn)確檢定,對(duì)電能表的長(zhǎng)期工作可靠性更是難以考核。

1 系統(tǒng)概述

交流電能表運(yùn)行考核、評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元（分站）和終端管理系統(tǒng)（主站）兩大部分組成,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元安裝在變電站內(nèi)運(yùn)行,終端管理系統(tǒng)安裝在辦公室內(nèi),兩部分通過(guò)電話(huà)專(zhuān)線(xiàn)PSTN、GPRS或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

1.1 系統(tǒng)分站

系統(tǒng)分站（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元）主要分為試驗(yàn)柜、工控機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)功率電能表、誤差計(jì)算及時(shí)鐘接收模塊、分站通信MODEM、溫、濕度控制機(jī)、數(shù)據(jù)采集攝像頭、UPS不間斷供電電源幾大模塊,被試驗(yàn)電能表安裝在試驗(yàn)柜中,所有電能表的電流回路串聯(lián)連接,電壓回路并聯(lián)連接,電壓信號(hào)和電流信號(hào)可取自變電站TV和TA的二次回路。

系統(tǒng)能同時(shí)采集試驗(yàn)電能表和標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能量脈沖輸出信號(hào),并通過(guò)誤差計(jì)算模塊內(nèi)的20路誤差計(jì)算器對(duì)各試驗(yàn)電能表同時(shí)進(jìn)行誤差測(cè)試。

通過(guò)RS485、RS232等接口采集試驗(yàn)電能表和標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能累計(jì)總和、各費(fèi)率電能量值,電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等電測(cè)參數(shù),各類(lèi)事件記錄,各負(fù)荷曲線(xiàn)等數(shù)據(jù),可根據(jù)采集數(shù)據(jù)通過(guò)分站軟件自動(dòng)判斷電能表是否存在故障和異常情況。

通過(guò)誤差計(jì)算及時(shí)鐘接收模塊接收GPS時(shí)鐘,并可對(duì)電能表和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端對(duì)時(shí)。

通過(guò)RS485接口與分站試驗(yàn)柜內(nèi)安裝的溫、濕度控制機(jī)進(jìn)行通信,采集2組溫、濕度測(cè)量數(shù)據(jù),并傳送給系統(tǒng)主站,系統(tǒng)主站根據(jù)主站軟件分析接收到的數(shù)據(jù),判斷是否對(duì)試驗(yàn)柜發(fā)送控溫和抽濕命令,進(jìn)而進(jìn)行溫度和濕度控制。

通過(guò)分站試驗(yàn)柜內(nèi)安裝的攝像頭,采集兩組攝像監(jiān)控信號(hào),并按照分站軟件設(shè)定的間隔時(shí)間定時(shí)存儲(chǔ)圖像信號(hào)。

將采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)存放在分站工控機(jī)中,并可與系統(tǒng)主站通過(guò)GPRS、PSTN或Internet信道進(jìn)行通信,接收并執(zhí)行主站下達(dá)的采集、對(duì)時(shí)、控溫、抽濕、拍照、數(shù)據(jù)傳送等命令,向主站傳送各類(lèi)數(shù)據(jù)和圖像。

系統(tǒng)分站還具有UPS電源。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)交流失電后能立即啟動(dòng)UPS電源對(duì)系統(tǒng)分站進(jìn)行供電,保護(hù)系統(tǒng)分站在電源出現(xiàn)異常時(shí)仍能連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,這段時(shí)間主要用來(lái)完成對(duì)以前測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果的保存工作。

在這段時(shí)間內(nèi)如果系統(tǒng)電源恢復(fù)正常則系統(tǒng)將繼續(xù)工作,如果系統(tǒng)電源依然不能排除故障,為了方便系統(tǒng)電源的檢修,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù),分站軟件將控制UPS進(jìn)行關(guān)斷操作,同時(shí)工控機(jī)將自動(dòng)關(guān)機(jī)。

1.2 系統(tǒng)主站

系統(tǒng)主站放置在辦公室內(nèi),由主站計(jì)算機(jī)、主站通信MODEM和主站軟件組成。

通過(guò)主站通信MODEM與分站進(jìn)行通信,可選擇GPRS、PSTN或Internet三種通信方式,選擇哪一種方式則選擇對(duì)應(yīng)的通信MODEM。

通過(guò)主站管理軟件對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行控制、設(shè)置、數(shù)據(jù)讀入、數(shù)據(jù)處理、顯示等相關(guān)操作。

2 系統(tǒng)主要功能

a.電能表誤差測(cè)量功能

系統(tǒng)能同時(shí)采集試驗(yàn)電能表和標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能量脈沖輸出信號(hào),并對(duì)各試驗(yàn)電能表同時(shí)進(jìn)行誤差測(cè)試。誤差測(cè)試計(jì)算方法符合JJG596—1999電子式電能表檢定規(guī)程及相關(guān)規(guī)范中有關(guān)要求。

b.電能表累計(jì)電能量比對(duì)功能

系統(tǒng)通過(guò)RS485接口同時(shí)采集試驗(yàn)電能表、標(biāo)準(zhǔn)電能表的總電能累計(jì)量的累計(jì)值,及各費(fèi)率電能量累計(jì)值,并自動(dòng)計(jì)算設(shè)定時(shí)間內(nèi)電能量累計(jì)值誤差,也可根據(jù)設(shè)置要求,取各試驗(yàn)電能表的平均電能量累計(jì)值,作為計(jì)算電能量累計(jì)值誤差的標(biāo)準(zhǔn)電能累計(jì)值。為了提高通信效率,系統(tǒng)采用擴(kuò)展485總線(xiàn)技術(shù),擴(kuò)展出18路485通信接口,可對(duì)18塊被監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集。

c.數(shù)據(jù)采集、分析功能

系統(tǒng)采集試驗(yàn)電能表內(nèi)的電能、電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)及各類(lèi)事件記錄、負(fù)荷曲線(xiàn)等?？赏ㄟ^(guò)RS485接口采集試驗(yàn)柜的濕、溫度測(cè)量數(shù)據(jù)并根據(jù)測(cè)試結(jié)果及軟件設(shè)置決定是否進(jìn)行溫度和濕度控制,各通信口相互獨(dú)立。

可對(duì)電能表按設(shè)立的采集頻率進(jìn)行自動(dòng)采集。支持的試驗(yàn)電能表通信協(xié)議包括DL/T645、IEC61107規(guī)約。

可根據(jù)測(cè)量的誤差和采集的電參量、事件記錄等數(shù)據(jù)自動(dòng)分析、判斷電能表是否存在故障和異常情況,判斷條件可設(shè)置。若存在故障、異常,可通過(guò)GPRS、PSTN或Internet信道自動(dòng)向主站發(fā)送報(bào)警信息。

d.攝像功能

系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定要求或主站命令啟動(dòng)攝像功能,實(shí)現(xiàn)錄像及照相。圖像數(shù)據(jù)能自動(dòng)存儲(chǔ)。

通過(guò)試驗(yàn)柜門(mén)開(kāi)啟接點(diǎn)信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)攝像功能,其持續(xù)時(shí)間或間隔可設(shè)定。

e.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

系統(tǒng)可對(duì)采集的各種數(shù)據(jù)和圖像按時(shí)標(biāo)關(guān)系自動(dòng)存儲(chǔ),各類(lèi)數(shù)據(jù)采集時(shí)刻應(yīng)相同,便于分析數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)失電后仍能正常保存10年以上。

f.數(shù)據(jù)本地拷貝和遠(yuǎn)程傳送

系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可通過(guò)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)本地拷貝,可按照主站要求的數(shù)據(jù)傳送方式進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳,也可根據(jù)主站的命令上傳數(shù)據(jù)。

g.對(duì)時(shí)功能

系統(tǒng)工控機(jī)自動(dòng)接收GPS時(shí)鐘,并可按照設(shè)定的要求與電能表對(duì)時(shí)。

h.控溫抽濕功能

工控機(jī)能接收主站發(fā)送的命令,并傳送到試驗(yàn)柜,以啟動(dòng)或停止試驗(yàn)柜內(nèi)安裝的溫、濕度控制機(jī)的控溫抽濕功能。

i.遠(yuǎn)方監(jiān)控功能

主站系統(tǒng)通過(guò)GPRS、PSTN或Internet信道與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)命令傳送和數(shù)據(jù)采集。實(shí)現(xiàn)所有功能的參數(shù)設(shè)置,并可傳送到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)中。

自動(dòng)接收現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)主動(dòng)上傳的數(shù)據(jù),也可發(fā)送命令采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),接收通過(guò)本地拷貝上傳的數(shù)據(jù)。對(duì)各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析,對(duì)故障、異常能報(bào)警。

j.軟件功能

軟件界面友好,可靠性和安全性高,具有數(shù)據(jù)保存、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、打印及用戶(hù)權(quán)限管理等功能。

3 系統(tǒng)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)表

系統(tǒng)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)表除了需要具備目前市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)表的電壓電流測(cè)量、功率測(cè)量及有功高頻、有功低頻、無(wú)功高頻、無(wú)功低頻的脈沖輸出的常規(guī)功能外,還應(yīng)具有如下功能。

a.電能累計(jì)功能。由于本系統(tǒng)具有累計(jì)電能比對(duì)功能,因此要求標(biāo)準(zhǔn)表作為一個(gè)累計(jì)電能的標(biāo)準(zhǔn)表使用,需要具備電能累計(jì)功能,同時(shí)累積的電能量數(shù)據(jù)可通過(guò)通信口傳送,并保證掉電后累計(jì)數(shù)據(jù)不丟失。

b.全電壓、電流測(cè)量范圍中輸出的高（低）頻電能脈沖具有統(tǒng)一的電能脈沖常數(shù)。只有量程內(nèi)各個(gè)電壓、電流檔位下的電能脈沖常數(shù)相同才能保證累計(jì)電能的準(zhǔn)確。

c.高可靠性和極強(qiáng)的電磁兼容性。系統(tǒng)安裝在變電站內(nèi),使用現(xiàn)場(chǎng)具有較強(qiáng)的電磁干擾。需保證在傳導(dǎo)和輻射的電磁及靜電放電的影響下不損壞或不受影響;在無(wú)干擾時(shí),能恢復(fù)其原有性能,并能準(zhǔn)確工作。干擾包括靜電放電、射頻電磁場(chǎng)、快速瞬變脈沖群、浪涌等。電磁兼容指標(biāo)應(yīng)符合GB/ T17215—2002《1級(jí)和2級(jí)靜止式交流有功電能表》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

d.需要有有功脈沖和無(wú)功脈沖兩個(gè)電能脈沖輸出端子。對(duì)被校電能表的有功和無(wú)功同時(shí)進(jìn)行累計(jì),標(biāo)準(zhǔn)表必須有有功脈沖輸出和無(wú)功脈沖輸出兩個(gè)脈沖輸出端子,并具備有功脈沖和無(wú)功脈沖同時(shí)輸出的功能。

4 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

a.標(biāo)準(zhǔn)表精度有功0.05級(jí),無(wú)功0.2級(jí)。

b.相角測(cè)試精度為0.05%,分辨率為0.001°;測(cè)量范圍為0.000°～359.99°。

c.頻率測(cè)試精度為0.05%,分辨率為0.001 Hz。

d.電壓輸入回路為45～450 V,電壓量程自動(dòng)切換,接線(xiàn)方式支持P3（三相三線(xiàn)）、P4（三相四線(xiàn)）;電壓測(cè)試精度為0.05%,分辨率為0.001 V。

e.電流輸入回路為0.001～6 A直接輸入,電流量程自動(dòng)切換;電流測(cè)試精度為0.05%,分辨率為0.000 1 A。

f.電壓回路的功耗≤2 VA。

g.電流回路的功耗≤2 VA。

h.裝置內(nèi)所有電壓、電流、開(kāi)關(guān)量接線(xiàn)端子絕緣電阻＞100 MΩ。

i.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量在4 000組以上。

j.采用先進(jìn)的GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）授時(shí)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)時(shí)鐘,時(shí)鐘日計(jì)時(shí)誤差小于0.01 s。

k.運(yùn)行環(huán)境：溫度為0～55℃;相對(duì)濕度≤90%。

l.供電電源：220 V±10%;50±0.5Hz。

交流電能表運(yùn)行考核、評(píng)估測(cè)試系統(tǒng),是一種全新的電能計(jì)量測(cè)試設(shè)備。其應(yīng)用將大大提高電網(wǎng)運(yùn)行中電能計(jì)量裝置的可靠性和安全性。