淺談電子式互感器和智能電能表校驗技術(shù)

史冉冉　徐龍濤

摘要：電子式互感器和智能電能表在數(shù)字化變電站中對智能電網(wǎng)建設(shè)起到重大的促進作用，因此這兩方面的應(yīng)用、在線校驗和實時監(jiān)測對于電網(wǎng)的安全運行非常重要。文章介紹了電子式互感器和智能電能表的基本工作原理及校驗方法。

關(guān)鍵詞：電子式互感器；智能電能表；校驗技術(shù)；數(shù)字化變電站；智能電網(wǎng)建設(shè) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM452 文章編號：1009-2374（2016）12-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.034

1 電子式互感器

1.1 引言

目前數(shù)字化變電站的技術(shù)比較成熟，在很多試點推廣。作為決定性設(shè)備，電子式互感器的推廣應(yīng)用有著舉足輕重的作用，適用的校驗技術(shù)需要企業(yè)及時引進和采用，以此保障整個電網(wǎng)的安全運行。

1.2 常見的電子式互感器工作原理

1.2.1 無源電子式交流互感器在以磁光效應(yīng)理論為基礎(chǔ)（法拉第）運行，主要是光波通過磁光材質(zhì)時使其偏振面旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度即可確定電流大小，也稱為電流產(chǎn)生的磁場發(fā)生的偏振面旋轉(zhuǎn)。因此測量原理可以分為逆壓電效應(yīng)（或電致伸縮效應(yīng)）和Pokels效應(yīng)兩種，其中第二個是主要作用原理。Pokels效應(yīng)在外加電場的作用下，某些警惕的折射率發(fā)生變化。比如一束偏振光在晶體表面發(fā)生折射時，將分為相互垂直的兩束線性光線（震動方向上），其電壓和相位差成正比。

1.2.2 有源電子式電流互感器是通過電子技術(shù)將一次傳感器輸出的電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，此時數(shù)字信號可以通過光線傳給二次設(shè)備。需要電源給A/D轉(zhuǎn)換裝置供電，所以稱為有源電子式互感器。此種傳感部分工作原理主要是傳統(tǒng)的電容分壓技術(shù)，電容分壓測量單位使被測對象形成較低電壓，此時可以將輸出的模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，再利用光纖傳導(dǎo)給二次設(shè)備。

2 電子式互感器校驗技術(shù)

2.1 電子式互感器校驗的原因和意義

目前電子式互感器的校驗均為離線式校驗，使得現(xiàn)場校驗時的工作效率較低，在線校驗可以提高和完善電子式互感器的性能檢測以及提高監(jiān)測工作效率。在運行中定時在線校驗，不僅可以提前預(yù)防事故的發(fā)生并降低企業(yè)損失，還提高了整個變電站的運行穩(wěn)定性和可靠性。電子式互感器在線校驗技術(shù)相比離線狀態(tài)下更加具有優(yōu)勢：（1）在不斷電的情況下，監(jiān)測數(shù)據(jù)和誤差校驗，減少損失，高效運轉(zhuǎn)；（2）為其他互感器提供參數(shù)；（3）數(shù)據(jù)還可以支持之后的數(shù)字式電能表的安全有效運行；（4）針對性維護，電子式電流互感器利用率大大增加；（5）產(chǎn)品可靠性增加，全面的故障分析可以提供有效的反饋。

2.2 電子式互感器校驗的工作原理

電子式互感器校驗有兩種形式，即模擬小電壓信號和數(shù)字信號。相比傳統(tǒng)的電磁式，電子式互感器區(qū)別很大。傳統(tǒng)的電磁式是在不需要實時進行監(jiān)測的情況下校驗，因為其原理頗為簡單，已經(jīng)具有成熟的運行經(jīng)驗。但是在數(shù)字化變電站中，主要是針對電子式互感器的誤差測量來實現(xiàn)。標準電流數(shù)據(jù)被采集和傳輸是在線校驗的主要方式，即輸出的數(shù)據(jù)與標準通道的數(shù)據(jù)進行對比和校驗，即可得到誤差和運行時的狀態(tài)量。標準電流通道、被校驗電流通道及校驗平臺三部分形成在線校驗的主要系統(tǒng)。與離線校驗的區(qū)別分析：（1）操作流程不同。離線校驗方法簡單，沒有高壓，而在線校驗需要絕緣高壓，確保工作人員的人身安全；（2）電流傳感頭不同。離線校驗的多為電磁式，在線校驗多為電流傳感頭；（3）校驗算法有差異。

模擬小電壓信號和數(shù)字信號是被電子式互感器輸出的兩種形式，研究新校驗方法才能有效地使整個系統(tǒng)高效運

行，因為這兩種形式和舊的即電磁式互感器有很大的區(qū)別。

如圖1所示為數(shù)字輸出式電子式電流互感器校準接線圖的細節(jié)部分。該圖清晰地說明被測電子式電流互感器和標準電流互感器串聯(lián)在一起，標準電流互感器通過標準電阻將二次輸出的信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，接著將其連到標準A/D輸入端，另外被測電子式電流互感器的二次輸出連通MU，再通過光線將其數(shù)字信號傳輸?shù)诫娮邮交ジ衅餍ｒ瀮x的數(shù)字接入端。在同步脈沖采集樣品，校驗被測電子式電流互感器

與標準A/D的輸出信號，最后利用有效算法計算出比差和角差。

2.3 電子式電流互感器校驗關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 帶電作業(yè)方式研究。由于離線的校驗沒有高電壓的存在，其采用的升流裝置以及設(shè)備的安裝連接和拆卸等過程并沒有考慮到操作人員的人身安全問題。因此在電子式互感器校驗時，要重新加入高壓帶電作業(yè)方式，即在高壓電氣設(shè)備上進行檢修、測試和故障部件更換（處理故障）作業(yè)時，不能切斷電源。在這種情況下，操作人員一般會采用一些絕緣操作方法等，比如利用絕緣操作桿和等電位作業(yè)、水沖洗等。

2.3.2 高準確度標準電流傳感頭研究。由于標準電流傳感頭的準確度只有在高于被測電子式電流互感器兩個等級以上才能算符合校驗標準。在目前電力系統(tǒng)中的電子式互感器普遍為0.2級和0.5級及特殊用途0.2S和0.5S級，故標準傳感頭的準確級應(yīng)滿足0.02級。如果想要在不斷電的情況下進行校驗，應(yīng)當采用非接觸式測量電流傳感頭或鉗形結(jié)構(gòu)的電流傳感頭。

3 智能電能表

3.1 引言

伴隨著智能電網(wǎng)在全國范圍內(nèi)的推廣，作為智能電網(wǎng)的終端，智能電能表在系統(tǒng)內(nèi)得到了很大的推廣和應(yīng)用。為了確保智能電表安全高效地運行，只有加強對其的校驗，才能更好地促進其性能的發(fā)揮。

3.2 智能電能表特點

由于智能電能表將測量、數(shù)字信號、自動控制、通信以及計算機等眾多技術(shù)有效地結(jié)合在一起，成為現(xiàn)如今高效率智能型電網(wǎng)系統(tǒng)的有效控制終端。因此這些技術(shù)使智能電能表在性能方面和可操作性方面都具有更大的提升，不僅節(jié)省了人力物力，而且提高了效率。各方面優(yōu)秀技術(shù)與電子集成電路的設(shè)計組合是智能電能表廣泛使用的基礎(chǔ)，另外其最大的特點是信息技術(shù)，信息技術(shù)的發(fā)展為智能電能表提供了基礎(chǔ)和出現(xiàn)的前提條件，因此信息技術(shù)的很多顯著特點也體現(xiàn)在智能電能表之中，主要有功率小、功能多、過載與工頻范圍較寬等特點。其中功耗小是相對比傳統(tǒng)的電能表功耗（1.7W左右），智能電能表的功耗平均每個表僅為0.6W左右，并且使用越多，功耗平均也將更小，此特點大大地節(jié)省了能源。另外，功能相對齊全，具有防偷電、可預(yù)付電費、數(shù)據(jù)處理、識別非正常負載（短路等情況下）、復(fù)費率、存儲等功能，且這些功能在一個比傳統(tǒng)電能表體積更小的智能電能表中實現(xiàn)。過載與工頻范圍較寬的特點與傳統(tǒng)電子式電表相對比而言，過載倍數(shù)提高了2倍（智能電能表為8～10倍，傳統(tǒng)電表為4倍），同時精確度方面也提高了等級，總結(jié)來說就是精確度高、誤差小。綜合以上的特點，使得智能電能表更節(jié)省人力物力和財力，并且能夠提高智能電能表的工作質(zhì)量和效率。

4 智能電能表的構(gòu)成與工作原理

傳統(tǒng)的電表是感應(yīng)式，隨著信息科技的發(fā)展，其在供電企業(yè)的應(yīng)用逐步被替代和淘汰。智能電能表的表計有兩部分隔離的工作電源：一部分給RS485供電；另一部分給CPU、液晶驅(qū)動芯片供電。電阻分壓后網(wǎng)絡(luò)完成電壓信號取樣并完成計量部分，被取樣的電壓電流信號傳送給計量芯片。計量芯片內(nèi)部有計算其功率信號的轉(zhuǎn)換器，從而可以轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出。接著單片機對脈沖信號累加處理，再根據(jù)該電表所在區(qū)域進行電費計價，最終通過LCD液晶顯示器顯示最后的數(shù)據(jù)，即電量、電費等用戶需要的數(shù)據(jù)。

5 智能電能表校驗的注意事項

5.1 智能電能表校驗過程中報警代碼方面的注意事項

就智能電能表而言，其在日常運行時，智能電能表可以對內(nèi)部異常進行及時檢測，并且通過推廣和研發(fā)，智能電能表已經(jīng)有了個性化的設(shè)計，報警代碼（不同種類的）可以通過顯示屏及時地顯示出來，然而由于智能電能表的型號不同，對于報警代碼的規(guī)定和呈現(xiàn)不同，而部分校驗人員在對其校驗時往往忽視報警代碼的查看。在智能電能表校驗過程中，校驗人員首先就應(yīng)注意智能電能表的報警代碼。切實掌握其所代表的意義，才能更好地確保智能電能表的缺陷和安全隱患得到及時發(fā)現(xiàn)和排除，以促進現(xiàn)場校驗效率的提升。

5.2 智能電能表校驗過程中電池電壓方面的注意事項

在智能電能表中，電池是其不可缺少的元器件之一，是外部電源停電后的備用電源，尤其是一旦外部電源停電后，其作為后備電源確保整個電表時鐘的正常運行。電池不僅存在容量限制問題，而且元器件自身也會耗電，隨著其運行時間的加長，不管采用哪種電池，其均會存在失壓的情況，從而導(dǎo)致時鐘顯示錯誤，會給智能表的安全運行帶來諸多不良影響，尤其是公司階梯式電價策略實施以來，很多企業(yè)的電費計量方式是分費率和分時段的進行，若智能電能表的時間不準確，就會導(dǎo)致智能電能表的記錄時間與用戶的用電時間不同，而在不同的時段就會產(chǎn)生不同的電價。在對智能電能表進行校驗時，必須注重其時間的檢查，尤其是應(yīng)核對時鐘是否正確、電池狀態(tài)是否有效等，并結(jié)合檢查的情況進行針對性的檢修和校驗，才能更好地避免計量糾紛的發(fā)生。若檢查過程中存在時鐘超范圍或電池欠壓，就應(yīng)及時地退補電量和更換表計，并在此基礎(chǔ)上確保表計輪換計劃得到嚴格的執(zhí)行，預(yù)防其出現(xiàn)超期限服役的情況。通常情況下，時鐘錯誤主要是由于電池欠壓所導(dǎo)致，最終導(dǎo)致電量數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)儲時出現(xiàn)錯誤，這就需要校驗人員嚴格按照電池電壓規(guī)約標準，利用紅外掌機或者PAD抄錄電池的電壓值，并將其與標準核定后對其進行檢查，對于存在失壓的電池應(yīng)及時的更新，預(yù)防因此導(dǎo)致的電量差錯。

5.3 智能電能表校驗過程中電量方面的注意事項

除上述注意事項外，在實際校驗工作中，還應(yīng)注意電量方面的分析和判斷。部分智能電能表電量在累計、存儲停電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲過程中，由于程序設(shè)計上的失誤，會存在一定的概率導(dǎo)致組合電量、正向電量和反向電量不一致，紅外掌機抄讀正向電量，而部分智能電能表液晶顯示組合電量，出現(xiàn)紅外掌機抄錄電量和液晶顯示電量不符。由于目前普遍采用紅外掌機抄讀電表電量，并據(jù)此和用戶進行結(jié)算，這樣就會造成計量糾紛。所以在校驗電表過程中，必須對液晶顯示電量和紅外掌機抄讀電量進行檢查，避免出現(xiàn)差錯。

參考文獻

[1] 李萌.電子式互感器數(shù)字接口[D].華中科技大學(xué)，2005.

[2] 劉琨.電子式互感器合并單元（MU）的研究與設(shè)計[D].湖南大學(xué)，2006.

作者簡介：史冉冉（1980-），女，山東成武人，供職于國網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司，研究方向：農(nóng)電配網(wǎng)建設(shè)及低壓線損治理；徐龍濤（1978-），男，山東鄆城人，供職于國網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司，研究方向：農(nóng)電管理、農(nóng)電配網(wǎng)建設(shè)。

（責任編輯：王 波）