淺析三相四線費控智能電能表特點及功能

谷曉津

（運城供電分公司電能計量中心，山西 運城 044000）

1 特點及工作原理

三相四線費控智能電能表適用于三相有功無功電能計量，采用現(xiàn)代微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、電測量技術(shù)及高精度計量芯片、數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及先進的SMT制造工藝研制而成，是完全按照國家電網(wǎng)公司要求定制的一款新型智能電能表。具有測量精度高、性能穩(wěn)定可靠、長壽命、體積小、重量輕、功耗低、操作簡便、易于實現(xiàn)管理功能的擴展、一表多用的特點。

它的工作原理是電能表工作時，A，B，C三相電壓、電流經(jīng)取樣電路分別取樣后，送到計量芯片進行處理，CPU將處理過的數(shù)據(jù)根據(jù)需要送至顯示部分、通信部分等數(shù)據(jù)輸出單元。見圖1。

圖1 三相四線費控智能電能表的工作原理圖

2 主要功能

2.1 電能計量

采用了24bit的高精度∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，確保了采樣的精度值，并保證了電能表在1 000∶1范圍內(nèi)的線性度優(yōu)于0.1%。同時對周邊采樣電路進行了優(yōu)化設計，采用了大量的高精度、高穩(wěn)定性的電阻、電容、震蕩器，確保電能表在-25～55℃的溫度范圍內(nèi)誤差偏移值優(yōu)于國家相關標準。

（1）具有正向有功、反向有功電能、四象限無功電能計量功能，并可以據(jù)此設置組合有功和組合無功電能。

（2）四象限無功電能除能分別記錄、顯示外，還可通過軟件編程，實現(xiàn)組合無功1和組合無功2的計算、記錄、顯示。

（3）具有分時計量功能，即可按相應的時段分別累計、存儲總、尖、峰、平、谷有功電能、無功電能。

（4）具有計量分相有功電能量功能。能存儲12個結(jié)算日電量數(shù)據(jù)，結(jié)算時間可設定為每月中任何一天（1～28日）的整點時刻。

2.2 最大需量記錄功能

最大需量是指在指定的時間區(qū)間內(nèi)，需量周期中測得的平均功率最大值。

需量周期是指測量平均功率的連續(xù)相等的時間間隔。最大需量周期可在 5 min、10 min、15 min、30 min、60 min 任選一種。

滑差時間是指依次遞推來測量最大需量的小于需量周期的時間，滑差時間可以在 1 min、2 min、3 min、4 min、5 min 選擇。

（1）測量雙向最大需量、分時段最大需量及其出現(xiàn)的日期和時間，并存儲帶時標的數(shù)據(jù)。

（2）最大需量值支持手動（或使用抄表器）清零。

（3）最大需量測量采用滑差方式，測量周期和滑差時間可設置。出廠默認值：需量周期15 min、滑差時間1 min。

（4）當發(fā)生電壓線路上電、時段轉(zhuǎn)換、清零、時鐘調(diào)整等情況時，電能表從當前時刻開始，按照需量周期進行需量測量，當?shù)谝粋€需量周期完成后，按滑差間隔開始最大需量測量。在一個不完整的需量周期內(nèi)，不作最大需量的記錄。

（5）能存儲12個結(jié)算日最大需量數(shù)據(jù)。

采用滑差式計算需量時，需量周期必須是滑差時間的整數(shù)倍。需量計算方式可采用區(qū)間式或滑差式。采用區(qū)間式計算需量時，需量周期與滑差時間必須設置成同一數(shù)值。

2.3 顯示功能

顯示內(nèi)容包括主顯示數(shù)值和輔助顯示代碼或者漢字兩個方面：輔助顯示代碼和漢字指示顯示項內(nèi)容及數(shù)值單位。

顯示可分自動循顯和按鍵顯示兩種方式，顯示項目可按要求進行設置。循環(huán)顯示周期可以在5～20s范圍內(nèi)設置，默認值為5s。

具有異常提示功能。當電能表運行出現(xiàn)異常（失壓、失流、電流不平衡、斷相、有功反向、電壓逆相序、電池欠壓、內(nèi)部電路故障等）時，以相應符號顯示提示，提示可以通過液晶屏特殊符號提示、光報警、報警端子輸出以及顯示故障代碼4種方式提示。具體對應提示項目為：正常情況下“Ua，Ub，Uc”常顯在液晶上；當某相出現(xiàn)失壓時，“Ua，Ub，Uc”對應相別閃爍；當某相出現(xiàn)斷相時，“Ua，Ia；Ub，Ib；Uc，Ic”對應相別從液晶上消失。正常情況下“Ia，Ib，Ic”常顯在液晶上，當某相出現(xiàn)失流時，“Ia，Ib，Ic”對應相別閃爍；當某相功率反向時，“Ia，Ib，Ic”前面常顯“-”；當電壓（流）逆相序時，“逆相序”閃爍；當液晶上電池符號閃爍表示時鐘電池欠壓，當液晶上電池2符號閃爍時表示低功耗顯示電池欠壓。

電能表運行時出現(xiàn)：時鐘電池欠壓、時鐘故障、內(nèi)部E2PRM故障、A/D故障、失流、斷相、失壓時，光報警指示指示燈長亮。液晶屏上Er報警碼常顯（當按一下顯示按鈕時，進入輪顯）。

具備背光顯示功能。電能表在運行狀態(tài)下可通過按鍵、紅外等觸發(fā)方式點亮背光，2個自動輪顯周期后關閉背光。

2.4 時鐘、時段及費率功能

采用具有溫度補償功能的內(nèi)置硬件時鐘電路，內(nèi)部時鐘端子輸出頻率為1 Hz。100年內(nèi)具有日歷、計時和閏年自動切換等功能。電能表內(nèi)對時鐘進行了嚴格的保護措施，確保時鐘的正確性，確保在電能表的整個溫度范圍內(nèi)（-25～55℃），誤差小于0.5 s/天。

費率號：編程時用費率號來表示電能表運行在任何費率，費率號 1、2、3、4 顯示為尖、峰、平、谷。

費率數(shù)：表示電能表最多能切換的費率號的個數(shù)。用戶可按需設置，設置的費率數(shù)應介于4和8之間（包括4和8），如設置的費率數(shù)≤4，電能表默認為4；如設置的費率數(shù)≥8，電能表默認為8。

日時段表：每日的1～14時段可與1～8個費率按需組合為日時段表（或季節(jié)費率），最多可設置8套，并可預置備用時段表及其啟用時間，以滿足在將來某一時間同時更改所有在運行電能表費率時段的需要。

時區(qū)：全年可劃分為1～14個時區(qū)，其中的任一時區(qū)可以選用1～8套日時段表中任一套（在一年的某一個時期或季節(jié)，每日24 h的費率設置是一樣的，稱此時期為一個時區(qū)）。

公共假日：可設定公共假日（最多254），每個假日采用1～8套日時段表中任一均可。

多時區(qū)使用說明：用戶可自行設置需要使用的時區(qū)數(shù)，每個選定時區(qū)里的時段費率可以單獨設置。時區(qū)設置必須連續(xù)，即第一個時區(qū)的結(jié)束時間為第二個時區(qū)的開始時間，第二個時區(qū)的結(jié)束時間為第三個時區(qū)的開始時間，依次類推。

電能表內(nèi)部根據(jù)用戶設定的費率進行電量累計，當時區(qū)進行轉(zhuǎn)換時，費率自動切換成新的時區(qū)費率。

2.5 編程、校時功能

對電能表進行設置操作時，除需要編程開關在“編程允許”外，還需要用編程密碼。每次編程連續(xù)錯誤輸入3次密碼無效，電能表編程功能閉鎖24 h。密碼閉鎖后液晶上會有閉鎖符號顯示。

（1）通過RS485、紅外等通信接口可對電能表校時，除廣播校時外，校時必須在編程狀態(tài)下才能進行。

（2）廣播校時無需編程鍵和通信密碼配合，每天只允許一次，電能表可接受的廣播校時范圍不大于5 min；當校正時間大于5 min時，電能表只有通過現(xiàn)場進行校時，每天0點左右，電能表不響應廣播校時。

2.6 測量及監(jiān)測

（1）能測量、記錄、顯示當前電能表的總及各分相電壓、電流、功率、功率因數(shù)等運行參數(shù)。測量誤差（引用誤差）不超過±1%。

（2）提供越限監(jiān)測功能，可對線（相）電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)設置限值并進行監(jiān)測，當某參數(shù)超出或低于設定的限值時，以事件方式進行記錄。

2.7 事件記錄

電能表可提供故障事件信息，實現(xiàn)遠方故障診斷功能，并詳細列出所有事件記錄清單。具有以下的事件記錄并能讀出：

（1）記錄編程總次數(shù)，最近10次編程的時刻、操作代碼、編程項的數(shù)據(jù)標識。

（2）記錄需量清零的總次數(shù)，最近10次需量清零的時刻、操作者代碼。

（3）記錄校時總次數(shù)（不包含廣播校時），最近10次校時的時刻、操作者代碼。

（4）記錄最近10次各相失壓、斷相、失流等事件的發(fā)生時刻、結(jié)束時刻及對應的電能量數(shù)據(jù)等信息。

（5）記錄最近10次電流不平衡、電壓（流）逆相序、開表蓋、開端紐蓋、各相過負荷、掉電、全失壓等事件。

（6）永久記錄電能表清零事件的發(fā)生時刻及清零時的電能量數(shù)據(jù)。

（7）可抄讀每種事件記錄總發(fā)生次數(shù)和（或）總累計時間（單位為 min）

2.8 凍結(jié)功能

（1）定時凍結(jié)：按照指定的時刻、時間間隔凍結(jié)電能量數(shù)據(jù)，日歷和時間以及重要的測量數(shù)據(jù)；瞬時凍結(jié)量保存最后3次數(shù)據(jù)。

（2）瞬時凍結(jié)：在非正常情況下，凍結(jié)當前的所有電量數(shù)據(jù)、日歷和時間以及重要的測量數(shù)據(jù)；瞬時凍結(jié)量保存最后3次數(shù)據(jù)。

（3）日凍結(jié)：存儲每天零點的電能量，可存儲2個月的數(shù)據(jù)量。

（4）約定凍結(jié)：在新老兩種費率/時段/時區(qū)轉(zhuǎn)換，在約定時刻凍結(jié)該時刻的電能量以及其他數(shù)據(jù)；約定凍結(jié)保存最后兩次數(shù)據(jù)。

（5）整點凍結(jié)：在整點或整半點時刻凍結(jié)該時刻的電能量以及其他數(shù)據(jù)；整點凍結(jié)保存最后254次數(shù)據(jù)。

凍結(jié)內(nèi)容及標識符合DL/T645—2007及其備案文件要求。

2.9 負荷記錄功能

（1）負荷記錄內(nèi)容可以從DL/T645—2007定義的“電壓、電流、頻率”、“有、無功功率”、“功率因數(shù)”、“有、無功總電能”、“四象限無功總電能”、“當前需量”6類數(shù)據(jù)項中任意組合。

（2）負荷記錄間隔時間可以在1～60 min范圍內(nèi)設置，每類負荷記錄的時間間隔可以相同，也可以不同。

（3）負荷記錄存儲空間的容量滿足在記錄正反向有功總電能、無功總電能、四象限無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2，時間間隔為1 min的情況下可記錄不少于40天的數(shù)據(jù)容量。

2.10 停電抄表功能

在停電狀態(tài)下，能通過按鍵方式或紅外方式喚醒電能表、抄讀電能量等數(shù)據(jù)。

當無法喚醒或喚醒時液晶比較暗時，表示電池電量已不足，請更換指定電池。更換電池請在停電狀態(tài)下進行。

2.11 通信功能

電能表具有1個紅外通信接口、1個RS485通信接口和1個載波通信接口。紅外、RS485通信接口和1個載波通信接口在物理層相互獨立，一個接口的損壞不影響其他接口正常工作。通信接口和電能表內(nèi)部電路實行電氣隔離，具有失效保護電路。

RS485接口通信波特率可靈活設置，標準速率為1 200 bit/s、2 400 bit/s、4 800 bit/s、9 600 bit/s，缺省為 2 400 bit/s。

RS485、紅外等通信遵循DL/T645—2007《多功能電能表通信規(guī)約》及其備案文件。支持通過紅外和RS485通信接口修改費率時段表。

2.12 輸出接口

（1）電能表具有與其電量成正比的電脈沖和LED脈沖測試端口（有功、無功）、脈沖寬度為80 ms±20 ms。電脈沖經(jīng)光電隔離后輸出；LED脈沖采用超亮、長壽命LED作電量脈沖指示。

（2）電能表具有日計時誤差檢測信號、時段投切信號以及需量周期信號輸出；3個輸出信號使用同一輸出接口（多功能測試接口），并可通過編程設置進行切換；電能表斷電后再次上電，多功能測試接口輸出信號默認為日計時誤差檢測信號。多功能端子輸出控制字：00-秒脈沖，01-需量周期，02-時段投切。

（3）具有報警輸出接點，接點額定參數(shù)：交流電壓220 V、電流5 A；直流電壓100 V，電流0.1 A。

2.13 費控功能

電能表可通過主站下發(fā)拉閘、合閘等命令，經(jīng)ESAM嚴格的密碼驗證及安全認證后，對電能表進行拉、合閘控制。