關(guān)于數(shù)字化變電站中電能計量裝置的應(yīng)用分析

李靜

[摘 要]隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，用電規(guī)模也在不斷擴大，從而電力設(shè)備的小型化、可靠化以及智能化提出了更高的要求，在該種背景下，傳統(tǒng)的常規(guī)互感器由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、龐大的體積、高昂的造價以及存在的鐵磁諧振等缺點，使得其明顯已經(jīng)不能適應(yīng)當前的電力系統(tǒng)發(fā)展需要?；诖?，本文主要對當前發(fā)展迅速的數(shù)字化變電站中計量裝置的重要組成部分電子式互感器以及光電式電能表進行了詳細的分析，希望能夠促進我國數(shù)字化變電站建設(shè)水平的不斷提升。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字化；變電站；電能；計量裝置；應(yīng)用

中圖分類號：TM45 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0167-01

1、引言

近些年以來，我國經(jīng)濟在穩(wěn)步發(fā)展，也帶來了電力生產(chǎn)以及電力傳輸系統(tǒng)容量的不斷增大，電網(wǎng)運行電壓的等級也越來越高，在這種背景下使得建設(shè)數(shù)字化變電站建設(shè)成為未來變電站自動化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。在數(shù)字化變電站的電能計量裝置應(yīng)用中，互感器與電能表是兩個重要的組成部分，其中對于互感器來說，傳統(tǒng)的電磁式互感器明顯已經(jīng)難以滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，而且缺點明顯。本文中討論的數(shù)字化變電站中應(yīng)用的電能計量裝置主要采用電子式互感器與光電式電能表來實現(xiàn)數(shù)字化變電站的電能計量工作，效果明顯，值得推廣使用。

2、電能計量裝置的構(gòu)成

一般情況下，互感器與電能表是計量裝置中的重要組成部分，而本文中所分析的數(shù)字化變電站中的計量裝置則主要是由光電式電能表與電子式互感器所組成。電子式互感器是具有模擬量電壓或數(shù)字量輸出，供頻率 15～ 100 H z 的電氣測量儀器 和繼電保護裝置使用的電流電壓互感器。而光電式電能表主要是指在接收到數(shù)字化電流電壓信號候，通過運算和處理，以實現(xiàn)計量功能的電能表。

其相關(guān)的介紹如下文所示：

3 電子式互感器

3.1電子式互感器組成

當前光電互感器以及其他類型的互感器發(fā)展迅速，而國際電工委員會（IEC）也制定了相應(yīng)的電子式電壓互感器標準IEC60044-7以及電子式電流互感器標注IEC60044-8.按照這個標準，我們可以將所有的光電轉(zhuǎn)換器以及其他使用電子設(shè)備的互感器歸納為電子式互感器的范疇之內(nèi)。

以電子式電流互感器為例，其相應(yīng)的功能示意圖如下所示：

3.2電子式互感器的原理

串行感應(yīng)分壓器、采集器以及羅氏線圈是電子式傳感器的頭部部件，電流互感器傳感頭部件采用 Rogowski羅氏線圈和小功率鐵心線圈進行計量或測量，而電壓互感器的傳感頭部件包括電容或電阻分壓器。傳感頭部件與電力設(shè)備的高壓部分等電位，傳感器變換后的電壓和電流模擬量由采集器就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。而一般情況下，由激光為采集器提供電源，采集器與合并器的數(shù)字信號傳輸及激光電源的能量傳輸全部由光纖來進行。

3.3電子式互感器的應(yīng)用優(yōu)勢

和傳統(tǒng)的電磁式互感器相比，將電子式互感器運用在數(shù)字化變電站的電能計量中具有一系列明顯的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在，一是不含鐵芯，有效消除了鐵磁諧振、磁飽和等相關(guān)問題，同時還具有較強的抗干擾能力，低壓邊無開路高壓的危險；二是絕緣性能良好，不需要投入太高的成本造價，這是因為在電子式互感器的地電位側(cè)與高壓側(cè)之間的信號傳輸通常采用絕緣材料制造的石英光纖，成本更低；三是電子式互感器的動態(tài)范圍較大，而且測量精度較高。這是因為當電網(wǎng)在正常運行時，流過電子式互感器的電流并不是很大，但是短路電流卻是很大，而且隨著電網(wǎng)容量的不斷加大，當發(fā)生短路故障時的電流將越來越大。在這種情況下，由于電磁感應(yīng)式電流互 感 器 因存在磁飽和問題，難以實現(xiàn)大范圍測量，同時滿足高精度計量和繼電保護的需要。電子式電流互感器有很寬的動態(tài)范圍，額定電流可測到幾安培至幾千安培，短時大電流可達幾萬安培。最后，電子式互感器還具有體積小、質(zhì)量輕等明顯的優(yōu)勢。

4 光電式電能表

當電子式互感器輸出數(shù)字信號之后，便通過光纖以太網(wǎng)將信號傳送給光電式電能表，而當電能表接收到數(shù)字電流或者電壓信號后，便開始通過CPU系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的運算和計算處理，并同時將處理的各類數(shù)據(jù)實時存儲到鐵電存儲器之中，然后通過液晶顯示接口進行動態(tài)的顯示，最后通過相應(yīng)的串口（一般為RS485串口）傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)并接收后臺發(fā)送的指令。根據(jù)有功 電度和無 功電度產(chǎn)生的脈沖輸出用于電能表校驗或電量的采集，信號指示燈用于監(jiān)測電能表的工作狀態(tài)是否正常，按鍵用于逐項翻看表內(nèi)所有信息數(shù)據(jù)。光電式電能表的實時運算處理系統(tǒng)圖如下表所示：

目前應(yīng)用在數(shù)字化變電站中電能計量裝置中的光電式電能表主要具有分時計量、月統(tǒng)計電量、最大需量、實時測量、監(jiān)控、負荷曲線記錄、通信接口以及脈沖輸出等功能，明顯可以看出，其完全具備了電子式多功能電能表的功能。分時計量功能能夠按照尖、峰、平、谷種費率時段進行總有功、無功電量及A 、B 、C 三相元件正、 反向有功，四象限無功及感、容性無功電能的計量。月統(tǒng)計電量功能能夠?qū)€月的總電能及四種費率進行存儲，存儲的電能主要包括當前月總電能及四種費率分時的電能。最大需量功能可對總正、 反向有功電度和四個象限無功電度的最大需量，同時還能夠?qū)ψ畲笮枇康某霈F(xiàn)時間進行計算。實時測量功能能夠?qū)偧?A、B、C三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、及電網(wǎng)頻率，同時還可以對功率的方向進行顯示。而監(jiān)控功能可分別 累計各相失壓、失流、斷相時間和該段時間內(nèi)電表所計有功電量，并保存失壓、失流、斷相記錄。

5、結(jié)束語

總之，正是由于電子式互感器以及光電電能表所具有的一系列優(yōu)勢，使得其在數(shù)字化變電站的計量裝置中獲得了很好的應(yīng)用，其不僅測量精度更高，體積更小，而且具有更高的穩(wěn)定性以及抗干擾能力。筆者相信，隨著未來我國光電技術(shù)的進一步發(fā)展和成熟，數(shù)字化變電站的電能計量裝置將會在電力系統(tǒng)中發(fā)揮出更大的作用。

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