數(shù)字式電能計量系統(tǒng)及檢定裝置設(shè)計

周蒙 薛廣達(dá) 沈傳鵬

國網(wǎng)山東鄆城縣供電公司 山東鄆城 274700

摘要：隨著人們對電能使用量的逐漸增多，對電能表的設(shè)計要求也越來越高。在使用過程中，需要對電能表檢定裝置系統(tǒng)按照規(guī)程進行檢修調(diào)試，并且按照電能表有關(guān)計量檢定的規(guī)程，對電能表檢定裝置系統(tǒng)進行合理的設(shè)計，以在使用中發(fā)揮良好的作用。本文首先說明了現(xiàn)有數(shù)字化變電站計量系統(tǒng)，然后闡述了數(shù)字化變電站獨立計量系統(tǒng)，最后探討了數(shù)字式電能計量系統(tǒng)檢定裝置設(shè)計。

關(guān)鍵詞：數(shù)字式；電能計量系統(tǒng)；檢定裝置；在線監(jiān)測

一、現(xiàn)有數(shù)字化變電站計量系統(tǒng)

現(xiàn)有的各個廠家設(shè)計的，正在運行的數(shù)字化變電站計量系統(tǒng)構(gòu)架都是使用的是電子式電壓、電流互感器+光纖傳輸系統(tǒng)+合并單元輸出信號采樣+數(shù)字化電表的模式，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

圖 現(xiàn)有計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

互感器數(shù)據(jù)輸出到合并單元，數(shù)據(jù)通過處理后，再重采樣后分發(fā)到保護、計量、測量設(shè)備。合并單元作為數(shù)據(jù)樞紐，具有改變數(shù)據(jù)的可能，交換機作為分發(fā)設(shè)備也具有改變原始數(shù)據(jù)的可能，而這些都是計量系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)具有唯一性所不能允許的。

二、數(shù)字化變電站獨立計量系統(tǒng)

（一）與現(xiàn)有計量系統(tǒng)的對比

雖然國內(nèi)很多專家學(xué)者和不少設(shè)備廠商積極研究于數(shù)字化變電站，對于計量系統(tǒng)仍無明顯進展，目前還是停留在電子式互感器、合并單元和電能表的模式。沒有對計量系統(tǒng)的嚴(yán)肅性有充分的認(rèn)識和重視。合并單元在系統(tǒng)中的設(shè)計，對于保護設(shè)備是必不可少的，但同時又兼顧了采集計量數(shù)據(jù)功能，且大多數(shù)合并單元可隨意調(diào)整角比差，同時合并單元的運行異常或者檢修又嚴(yán)重影響電能量的采集。沒有考慮這個環(huán)節(jié)對于計量獨立性的影響，實際就沒有保證計量的法律法規(guī)需求。

相比較于現(xiàn)有的數(shù)字化變電站的計量系統(tǒng)，考慮到對計量領(lǐng)域的嚴(yán)肅性，對數(shù)據(jù)要求的準(zhǔn)確性等因素，本設(shè)計提出了計量專用采集單元 + 數(shù)據(jù)集中器采樣模式。本設(shè)計既滿足電能采集的獨立性又可提高電能采集的準(zhǔn)確性，做到電能采集與保護分離，方便計量單位對數(shù)字化變電站的電能量核算和維護。

（二）獨立計量系統(tǒng)的設(shè)計

本設(shè)計提供一種基于電子式互感器的數(shù)字化變電站的獨立計量系統(tǒng)。包括電子式電壓互感器，電子式電流互感器，它們把電力系統(tǒng)的電流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過光纖傳輸?shù)接嬃繉Ｓ脭?shù)據(jù)同步分幀器，再由數(shù)據(jù)同步分幀器通過光纖傳輸?shù)綌?shù)字化電表，由電表完成電能的計量。

這是一種基于電子式互感器的計量專用數(shù)據(jù)同步分幀器。包括信號輸入（NO2、NO5、NO8），接入一個間隔的電流電壓輸入，最多 9 個通道；開關(guān)輸入（NO3、NO6、NO9），接收開關(guān)位置輸入接點，滿足變電站運行方式改變的輸入；處理器（NO4、NO7、NO10），接收信號輸入模塊的信號，重新同步，數(shù)據(jù)打包，變成 IEC-61850 標(biāo)準(zhǔn)格式，轉(zhuǎn)發(fā)到電表。

數(shù)據(jù)同步分幀器實現(xiàn)的計量系統(tǒng)，建立了從互感器到電表之間的獨立鏈路的物理設(shè)備。從而改變了現(xiàn)有數(shù)字化電站計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電子式互感器感應(yīng)到電力網(wǎng)絡(luò)上的電流和電壓后，使用專用采集單元就地處理數(shù)據(jù)采樣，完成角比差校正的功能，然后直接經(jīng)光纜傳送到專用數(shù)據(jù)同步分幀器，最后送至電表。

由此實現(xiàn)數(shù)據(jù)不再通過合并單元，數(shù)據(jù)鏈獨立，保持計量數(shù)據(jù)的封閉性，唯一性和數(shù)字化。數(shù)據(jù)同步分幀器的設(shè)計，滿足多個間隔的電流電壓數(shù)據(jù)采集，同時實現(xiàn)每個間隔的硬件獨立，易于維護?？梢跃_同步幾個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，提高了計量精度。

三、數(shù)字式電能計量系統(tǒng)檢定裝置設(shè)計

（一）裝置運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

1、設(shè)計電能量平衡監(jiān)視系統(tǒng)

設(shè)置實時在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)現(xiàn)場及遠(yuǎn)程計量裝置誤差數(shù)據(jù)的監(jiān)測及校驗，結(jié)合電量數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，利用相關(guān)的插值算法對上網(wǎng)計量點進行監(jiān)視。電能計量裝置校驗系統(tǒng)可以大大降低監(jiān)督管理人員的勞動強度，不斷增加電能計量裝置檢測的準(zhǔn)確性。采用電能計量裝置遠(yuǎn)程校驗系統(tǒng)，能完全避免現(xiàn)場出現(xiàn)各種問題的可能性，遠(yuǎn)方監(jiān)控人員能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場電壓互感器二次回路壓降測試。遠(yuǎn)程和現(xiàn)場計量裝置也可以用來判定被測電能表的誤差。對于多塊電能表的設(shè)計，通過繼電器可以控制切換測試線路，然后將監(jiān)控和校驗數(shù)據(jù)顯示在本地顯示設(shè)備中或上傳至上層的數(shù)據(jù)中心?？刂品?wù)器可以單獨配置數(shù)據(jù)冗余備份，隨時接受上層客戶端發(fā)出的測試或查詢指令，準(zhǔn)確地為客戶端提供各項操作信息，并依據(jù)計劃自動發(fā)出測試指令。

2.設(shè)計計量點視頻監(jiān)控點

采用計量點視頻可判斷電能表運行環(huán)境變化圖像識別監(jiān)控，從而實現(xiàn)對電能計量裝置的自動化管理模式，推動電能表檢定裝置系統(tǒng)朝著智能化、集約化、科學(xué)化的方向發(fā)展。

（二）電能計量裝置狀態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

電能計量裝置狀態(tài)管理系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為開發(fā)工具，采用可重用組件技術(shù)實現(xiàn)了對電能計量裝置的自動化，實現(xiàn)了在線監(jiān)測及維護，該系統(tǒng)具有大容量、可采用多用途的大型電能計量分析裝置與計量中心生產(chǎn)調(diào)度平臺的鏈接，有效促進了電能計量裝置的高效運行。

（三）電能表自動化檢定系統(tǒng)設(shè)計途徑

1.系統(tǒng)的組成

電能表自動檢定是系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。其價值主要在于對整個電力裝置系統(tǒng)進行管理和控制，并將檢定信息上報到傳輸層，在做好自動檢定工作的同時，還可以實現(xiàn)分揀自動化操作。對于在系統(tǒng)構(gòu)建或者運行過程中出現(xiàn)的各種接線錯誤可以進行準(zhǔn)確判斷，還可以滿足系統(tǒng)正常運行狀態(tài)的檢測，如果再借助高性能嵌入式芯片的效能，甚至可以對于系統(tǒng)電流運行情況進行動態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)互感器接線的有效性和正確性，也可以識別互感器二次端子與電能表之間連接的正確性。電磁式電流互感器不僅體積與質(zhì)量增大，而且也給電壓的測量帶來很大的便利。

2.設(shè)計方法

電能表自動化檢定系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，一般來講主要由以下幾個部分組成：其一，輸送單元；其二，接拆線單元；其三，準(zhǔn)確度檢定單元；其四，通電檢查單元。軟件運行的前提是具備健全的檢定系統(tǒng)，實現(xiàn)了對整個運行系統(tǒng)全過程、智能化的檢定。以電能表自動化檢定流水線系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)檢定模式下系統(tǒng)由2×18表位的耐壓單元、外觀檢測單元以及編程加密單元組成的；而智能檢定模式下系統(tǒng)由檢定單元，耐壓單元、外觀檢測單元，編程加密單元各2套組成。系統(tǒng)試運行期間，使用檢定設(shè)備，對于電能表檢定工作運行狀態(tài)進行分析，一般會從性能比和效率兩個角度入手，結(jié)果是智能化電能表檢定時間短，檢定裝置檢定效率提高120%，人員使用減少80%，每年可隨著電能計量的再深化，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益將更大。

3.電能表自動化檢定系統(tǒng)改進

電能表自動化檢定系統(tǒng)是為適應(yīng)單相電能表自動化檢定特殊性而設(shè)計的產(chǎn)品，其系統(tǒng)運行具有穩(wěn)定性和可靠性高。電能表自動化檢定系統(tǒng)編程鍵在保證單相電能表安全的前提下，需要確保電能表編程課進入允許編程狀態(tài)或無法編程狀態(tài)，此時的編程功能始終處于編程允許狀態(tài)。電能表在參數(shù)設(shè)置密鑰后，在紅外的幫助下，以編程的方式實現(xiàn)對于開關(guān)的控制，也就是說可以在不考慮電能表運行狀態(tài)的前提下，實現(xiàn)對于電能表的編程操作，均能產(chǎn)生編程數(shù)據(jù)記錄，有效降低了自動化檢定系統(tǒng)的建設(shè)成本。

結(jié)語

綜上，電能表檢定裝置系統(tǒng)能有效提高了計量管理水平，不斷增強計量工作的管控力和影響力，確保電能表檢定裝置系統(tǒng)在實際中得到有效利用。

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