電能計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展及其對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的啟示

張艷　許麗

摘要：電能計(jì)量經(jīng)過了機(jī)械電表時(shí)代、電子電表時(shí)代、數(shù)字電表時(shí)代等發(fā)展階段。信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，開啟了電能計(jì)量系統(tǒng)的時(shí)代。目前，電能計(jì)量系統(tǒng)又朝著智能化方向發(fā)展。電能計(jì)量系統(tǒng)的智能化也給電能計(jì)量人員、計(jì)量儀器、計(jì)量數(shù)據(jù)管理提出了挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：電能計(jì)量系統(tǒng)；發(fā)展；建設(shè)；啟示

1890年，弗拉里發(fā)明了感應(yīng)式電能表。這是世界公認(rèn)最早的電能計(jì)量裝置，至今已有一百多年的歷史。經(jīng)過多個(gè)階段的發(fā)展，電能表的測(cè)量精度、使用壽命、操作便利性、設(shè)備安全性都取得了長足的進(jìn)步。在電力市場(chǎng)迅速發(fā)展的今天，如何保證電力計(jì)量的準(zhǔn)確、公開、公平，是電力計(jì)量管理最核心的問題，也是提供優(yōu)質(zhì)電力服務(wù)首先要解決的問題。電能計(jì)量裝置是電能計(jì)量信息的來源，是電力計(jì)量系統(tǒng)最核心的組成部分?；仡欕娔苡?jì)量系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)提高我國電力服務(wù)的質(zhì)量，完善電力計(jì)量系統(tǒng)是至關(guān)重要的。

一、電能計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展史

（一）機(jī)械電能表時(shí)代

在電力市場(chǎng)發(fā)展的早期，電能計(jì)量并未以一個(gè)完備系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。最早的電能計(jì)量只是簡(jiǎn)單通過機(jī)械式電能表來實(shí)現(xiàn)。弗拉里發(fā)明的感應(yīng)式電能表是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的。這種電能表由兩個(gè)線圈和一個(gè)帶有刻度的活動(dòng)圓盤組成。交變電流通過線圈時(shí)，會(huì)在圓盤上感應(yīng)產(chǎn)生渦流。渦流預(yù)交變磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生扭矩。在這種扭矩的作用下，帶有刻度的圓盤就記錄下了電能量。

從設(shè)備生產(chǎn)的角度來看，機(jī)械電能表的生產(chǎn)成本低，制造技術(shù)簡(jiǎn)單。從消費(fèi)者的角度來看，機(jī)械電能表成本低廉，機(jī)械耐用性高，抗磁場(chǎng)、耐高溫，對(duì)使用環(huán)境要求較低。所以這類電能表在發(fā)明之后就因低廉的價(jià)格和成熟耐用的特點(diǎn)迅速普及。在上世紀(jì)六七十年代以前，我國使用的基本都是感應(yīng)式電能表。

（二）電子式電能表時(shí)代

日本是世界上最早使用模擬電子技術(shù)改進(jìn)電能表的國家。機(jī)械電能表雖然有廉價(jià)、耐用的特點(diǎn)，但其計(jì)量的精度會(huì)隨著機(jī)械磨損、周圍環(huán)境等的影響而不斷下降。為了達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的，人們將電子電路引入到電能計(jì)量中，于是就出現(xiàn)了模擬電子電能表。

模擬電子電能表的制造成本比機(jī)械電表更高，制造技術(shù)更復(fù)雜。但隨著上世紀(jì)八十年代電子元器件技術(shù)的飛速發(fā)展，電子式電能表的制造成本逐漸降低，制造技術(shù)也不斷普及。從此以后，電能計(jì)量也從單一記錄電量發(fā)展到記錄電壓、電流、功率等多種參數(shù)。

（三）數(shù)字式電能表時(shí)代

到上世紀(jì)九十年代前，電能表以提高計(jì)量準(zhǔn)確度為主要發(fā)展方向。主要的方法是借助大規(guī)模集成電路技術(shù)、采用時(shí)分割乘法器方案。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字采樣技術(shù)被引入到電能表設(shè)計(jì)中。電能表的計(jì)量精度和計(jì)量內(nèi)容都取得的更大的進(jìn)步。數(shù)字式電能表的核心是電能計(jì)量芯片，常見的計(jì)量芯片有三種：模擬式計(jì)量芯片、數(shù)字式計(jì)量芯片、數(shù)?；旌鲜接?jì)量芯片。從芯片技術(shù)和計(jì)量方案上看，數(shù)字式計(jì)量芯片的計(jì)量精度最高、穩(wěn)定性也最高，模擬計(jì)量芯片的計(jì)量精度、穩(wěn)定性均最差。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，根據(jù)適用場(chǎng)合，三種計(jì)量芯片的電能表都有一定的市場(chǎng)。

目前，我國最普及的電能表為數(shù)字式電能表，這種電能表具有計(jì)量精度高、計(jì)量穩(wěn)定性好、可高倍過載、功能拓展性佳、環(huán)境適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。隨著數(shù)字式電能表的制造成本逐漸降低，這種電能表也在逐步替代機(jī)械式電能表成為市場(chǎng)上最主流的產(chǎn)品。

（四）電能計(jì)量系統(tǒng)時(shí)代

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，電力行業(yè)的工作方式和人民生活方式產(chǎn)生了巨大的變化。這些變化為電力的輸送、計(jì)量提出了更高的要求。尤其是電能輸送的質(zhì)量監(jiān)控已經(jīng)和數(shù)量計(jì)量一樣重要。伴隨著管理信息系統(tǒng)的發(fā)展，電能計(jì)量系統(tǒng)逐漸流行。

電能計(jì)量系統(tǒng)主要有電能表、互感器、通信網(wǎng)絡(luò)、信息分析單元以及配套的管理系統(tǒng)組成。電能計(jì)量系統(tǒng)是以現(xiàn)代數(shù)字通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電能計(jì)量技術(shù)為支撐的新型電能計(jì)量方式。系統(tǒng)打破了單一的以電能表計(jì)量的方式，提高了電能計(jì)量的效率，為電能供應(yīng)過程的監(jiān)控提供了支持。

早期的電能計(jì)量系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的采集，之后系統(tǒng)功能逐漸豐富。例如最常見的兩大功能：日常檢查、反竊電。用電檢查工作是供電企業(yè)日常用電管理的重要手段，包括反偷查漏、線損異常分析、專項(xiàng)用電檢查、客戶事故調(diào)查、錯(cuò)峰用電管理、重要用戶保供電等。在部署電能計(jì)量系統(tǒng)之前，上述工作都需要到客戶現(xiàn)場(chǎng)才能進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)工作對(duì)工作人員的數(shù)量、安全保障等要求都很高。需要用檢人員在用電站、開關(guān)站、用戶端之間往返，工作過程漫長，工作效率低。特別是在事故調(diào)查和線損異常等工作中，人工方式的準(zhǔn)確性、時(shí)效性比計(jì)算機(jī)系統(tǒng)低。在采用了計(jì)量系統(tǒng)后，工作人員可以借助系統(tǒng)實(shí)施采集信息，了解電網(wǎng)運(yùn)行狀況。以線損分析為例，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的支持，工作人員可以更準(zhǔn)確定位，提高了用電檢查的效率和質(zhì)量。電能計(jì)量系統(tǒng)對(duì)制約竊電行為起到了一定的作用。用檢人員可以利用系統(tǒng)的報(bào)警功能和計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢功能，排查用戶違章使用、竊電等行為。

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前電能計(jì)量信息系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：1、實(shí)時(shí)傳送電能使用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)嗲能耐線損的快速統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，結(jié)合系統(tǒng)的分析功能，還能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的線損分析報(bào)告。2、根據(jù)系統(tǒng)提供的信息，對(duì)存在電能故障的客戶組織人員進(jìn)行檢查，根據(jù)故障的形式追補(bǔ)電費(fèi)。3、利用系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能，分析用電的高峰、平均用電量、平均故障率等用電行為，為客戶事故調(diào)查、錯(cuò)峰用電、重要客戶供電保障提供支持。

二、對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的啟示

電能計(jì)量系統(tǒng)經(jīng)過了機(jī)械、電子、數(shù)字、系統(tǒng)等幾個(gè)時(shí)代。早期電能計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展以電能表的發(fā)展為主要發(fā)展動(dòng)力?？梢哉f，電能表技術(shù)推動(dòng)了電能計(jì)量的發(fā)展。但隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，電能信息系統(tǒng)成為了電能計(jì)量技術(shù)發(fā)展的核心動(dòng)力。

近年來，電能計(jì)量系統(tǒng)朝著電能計(jì)量的數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。電能計(jì)量智能化的核心思想就是基于電子信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代管理思想，構(gòu)建起一套以數(shù)字信號(hào)傳輸、高度信息化、操控智能化為特點(diǎn)的智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)，再到信息反饋的全過程數(shù)字化和自動(dòng)化。發(fā)展智能電網(wǎng)需要從計(jì)量人員、計(jì)量儀器、計(jì)量方式等多個(gè)方面入手。

（一）注重電力計(jì)量人員的培訓(xùn)

隨著電力計(jì)量手段的不斷升級(jí)，電力計(jì)量工作逐漸從簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)為主轉(zhuǎn)向利用信息管理系統(tǒng)管理。電力計(jì)量系統(tǒng)越新，對(duì)電力計(jì)量人員的信息素養(yǎng)、業(yè)務(wù)素養(yǎng)要求就越高。電力計(jì)量人員的素質(zhì)提升需要通過專業(yè)培訓(xùn)來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，業(yè)務(wù)培訓(xùn)過程中培養(yǎng)他們的安全意識(shí)也是對(duì)電力計(jì)量人員的保護(hù)。

（二）加強(qiáng)計(jì)量儀器的管理

計(jì)量儀器是電力計(jì)量系統(tǒng)的信息源，電力計(jì)量的準(zhǔn)確性、時(shí)效性很大程度上取決于計(jì)量儀器的質(zhì)量。電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)不斷規(guī)范相關(guān)儀器的質(zhì)檢、安裝流程，以確保智能互感器、智能電表等能夠正常運(yùn)行。

（三）深度挖掘計(jì)量信息

傳統(tǒng)的人力管理方式下，電能計(jì)量信息都以紙筆形式保存。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、匯總工作耗時(shí)耗力，數(shù)據(jù)利用率低。電能計(jì)量信息系統(tǒng)時(shí)代，通過規(guī)范化數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析，可以為供電服務(wù)提供參考，為提高供電質(zhì)量提供支持。

（四）不斷更新電能計(jì)量方式

社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，信息技術(shù)的不斷更新，電能計(jì)量方式也要與時(shí)代和技術(shù)要求相適應(yīng)。電能監(jiān)測(cè)的方法主要有專項(xiàng)檢測(cè)、定期巡查和在線監(jiān)測(cè)。雖然在線監(jiān)測(cè)逐漸成為電能計(jì)量的主流方式，但隨著時(shí)代的變遷，供電企業(yè)必須不斷更新和引進(jìn)最新設(shè)備及應(yīng)用才能推動(dòng)電力行業(yè)的現(xiàn)代化。

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