數(shù)字電能計量系統(tǒng)現(xiàn)場檢定技術(shù)研究

王再冉

安達供電有限責任公司

摘要：數(shù)字電能計量系統(tǒng)在數(shù)字化變電站中得到較為良好的應用，電子式互感器及電能表工作原理及接口方式的現(xiàn)代化發(fā)展，對數(shù)字電能表的校驗工作提出了更為嚴格的要求，。本文就數(shù)字電能計量系統(tǒng)現(xiàn)場檢定技術(shù)進行探索和研究，以提高數(shù)字電能計量系統(tǒng)的可靠性和準確性，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電能計量系統(tǒng)；電子式互感器；數(shù)字電能表；現(xiàn)場檢定

數(shù)字化變電站在互感器輸出信號以及電能表的校驗方面都與傳統(tǒng)變電站之間存在著明顯的差異性，電子式互感器因其自身運行特點而得到相關(guān)人員的廣泛關(guān)注，它能夠一次性完成電流電壓的數(shù)字化，最大程度上減少了數(shù)字信號傳輸中所產(chǎn)生的誤差，彌補了傳統(tǒng)電磁式互感器的不足，促進了數(shù)字化變電站的發(fā)展。在這種情況下，傳統(tǒng)的校驗設(shè)備無法滿足數(shù)字電能計量系統(tǒng)的實際需求，因而加強數(shù)字電能計量系統(tǒng)現(xiàn)場檢定技術(shù)的研究具有重要性和必要性。

1 數(shù)字電能計量系統(tǒng)現(xiàn)場檢定技術(shù)概述

1.1電子式互感器現(xiàn)場檢定技術(shù)的實際情況

通常情況下，直接測量法是電子式互感器現(xiàn)場檢定的常用方法，在實際應用過程中，將被測電子式互感器與傳統(tǒng)標準互感器進行直接測量和對比分析，從而明確電子式互感器在實際誤差。從實際情況來看，這種現(xiàn)場校驗方式滿足數(shù)字化變電站電子式互感器的實際工況，具有一定的合理性和有效性。但是所采取的直接測量法具有一定的特殊性，在實際測量檢定過程中對電子式互感器的精準度有著嚴格的要求，在進行現(xiàn)場校驗之前，應當對電子式互感器的整體精準度進行合理的明確和控制。

1.2數(shù)字電能表檢定技術(shù)的實際情況

在數(shù)字化變電站中采用的數(shù)字化電能表與傳統(tǒng)的三相多功能電能表的工作原理完全不同，數(shù)字電能表所接收的信號是光纖以太網(wǎng)傳送的數(shù)字化電流、電壓信號，而不是傳統(tǒng)的57.7 V/100 V的電壓信號，或者是5 A/1 A的電流信號。不存在電流互感器、電壓互感器及A/D轉(zhuǎn)換等單元。數(shù)字化電能表獲取數(shù)字化的電流電壓瞬時值后，采用數(shù)字信號處理算法直接計算得到電功率和電能等電能計量數(shù)據(jù)。

理論上說數(shù)字電能表自身沒有A/D環(huán)節(jié)，只是進行一下數(shù)學運算，是沒有誤差的。但實際可能產(chǎn)生的誤差有兩部分，一是由算法引起的誤差，這種誤差與信號的頻率波動、波形以及非同步采樣有關(guān)；另外是浮點數(shù)運算時有效位誤差，為計算機系統(tǒng)固有誤差，可以說是截斷誤差。

某研究院研制了數(shù)字電能表校驗裝置及其溯源體系，如圖1所示，整個校驗系統(tǒng)包含標準功率源、校準裝置和工控機三部分。校驗裝置的關(guān)鍵部分是模擬合并單元，將模擬信號采集后，按照IEC61850-9-1協(xié)議組成以太網(wǎng)幀，通過光纖網(wǎng)絡或者雙絞線網(wǎng)絡發(fā)送給被檢電能表。這種方法很好的解決了數(shù)字電能表的溯源問題。

圖1 數(shù)字電能表校驗圖及量值溯源圖

2 數(shù)字電能計量系統(tǒng)整體檢定技術(shù)

從整體情況來看，數(shù)字電能計量系統(tǒng)中數(shù)字電能表的檢定問題始終困擾著業(yè)內(nèi)人士，那么加強數(shù)字電能計量系統(tǒng)的整體檢定技術(shù)的研究和探索具有重要意義。

2.1數(shù)字電能計量系統(tǒng)整體檢定技術(shù)的原理分析

根據(jù)圖2 可知，數(shù)字電能計量系統(tǒng)由被測電子式互感器、電子式電壓互感器、合并單元以及數(shù)字電能表組合而成。電子式電流互感器實現(xiàn)了對一次電流信號的有效轉(zhuǎn)化，以光纖為傳送方式，將其傳送到合并單元。從實際情況來看，合并單元能夠?qū)?shù)字化的電流電壓信號進行標準處理后發(fā)送給數(shù)字電能表。數(shù)字電能表能夠通過數(shù)字幀直接提取電流電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進行標準化的計算，可得出精準可靠地電能信息，從而進行電能脈沖信號的發(fā)送。

圖2 數(shù)字計量系統(tǒng)整體校驗圖

與此同時，傳統(tǒng)的標準電能計量系統(tǒng)在實際運行過程中，傳統(tǒng)標準電能表校驗儀直接進行二次信號的數(shù)字采樣，并進行精準的計算后得出標準電能值。將此結(jié)果與數(shù)字電能表的電能脈沖進行對比分析，即可得出數(shù)字電能系統(tǒng)的電能計量誤差。數(shù)字化電能計量系統(tǒng)整體檢定技術(shù)的實際應用情況顯示，該技術(shù)能夠真實的反映出數(shù)字電能計量系統(tǒng)的誤差，并且該校驗方式的實際應用原理結(jié)構(gòu)簡單且清晰，滿足數(shù)字化變電站的實際需要，與此同時該測試方法在一定程度上節(jié)約了測試相關(guān)投資，可以使用常規(guī)設(shè)備進行操作測試，無需開發(fā)新設(shè)備，因而具有良好的適用性。

2.2數(shù)字電能計量系統(tǒng)整體檢定方法的測試結(jié)果

本文中我們采用數(shù)字電能計量系統(tǒng)整體檢定技術(shù)對某市數(shù)字化變電站中的電能計量系統(tǒng)進行現(xiàn)場檢定，現(xiàn)進行簡要分析和討論。該數(shù)字化變電站采用標準規(guī)格的電子式光學電流互感器，額定電流滿足國家相關(guān)標準。數(shù)字電能表為同一公司生產(chǎn)的三相數(shù)字式多功能電能表。采用傳統(tǒng)電磁式電壓互感器為被測電壓互感器。將標準電流互感器的級別進行明確，對額定工作電流進行明確，并對標準電壓互感器和標準電能表校驗儀的準確度級別進行明確。表1為功率測量結(jié)果，通過對表1 的觀察和分析可知，額定功率下系統(tǒng)功率誤差存在合理性，與理論上的系統(tǒng)誤差相一致。

表1 功率測量結(jié)果

3 功率測量誤差A類不確定度評定

由于試品校準點較多，此處評定只選擇了兩個有代表性的校準點進行：30%額定電流處（常用負荷），100%額定電流處兩點。對30%額定電流和100%額定電流兩點功率誤差進行6次重復測量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 功率重復測量6次結(jié)果