智能高壓電能表原理及應(yīng)用淺析

四川能投水電集團(tuán)永安電力公司 蔣成永

建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，是國(guó)家電網(wǎng)公司的目標(biāo)，也是電力企業(yè)的發(fā)展方向。所謂智能，就是在電源側(cè)（也就是供電方）充分發(fā)揮微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在電網(wǎng)的計(jì)量、測(cè)量、控制實(shí)現(xiàn)智能化，最大限度減少人的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)操作，準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最大效益而減少人力成本。

高壓電能表屬于智能電能表，是直接接入10kV高壓線(xiàn)路的新型電子式電能表，融合了電子式互感器技術(shù)、高壓取樣、電子雙向計(jì)量、光纖通信、無(wú)線(xiàn)通信等多項(xiàng)尖端科技。除了實(shí)現(xiàn)配電線(xiàn)路的準(zhǔn)確計(jì)量，優(yōu)化線(xiàn)損管理外，還能大量減少銅材、鐵材的使用，有效降低表計(jì)本身的鐵耗、銅耗及自身功耗，并降低線(xiàn)路因鐵芯互感器（感性負(fù)載）接入引發(fā)的安全事故率。另外，由于計(jì)量單元處于高壓側(cè)，常規(guī)低壓竊電手段難以實(shí)施，因此該表具有卓越的防竊電性能。同時(shí)，在功能上完全滿(mǎn)足國(guó)家電網(wǎng)公司有關(guān)智能電能表的最新功能規(guī)范要求，可以無(wú)縫接入現(xiàn)有電能信息采集系統(tǒng)，其0.2S級(jí)的整體電能計(jì)量準(zhǔn)確度，將高壓電能計(jì)量準(zhǔn)確水平提高到一個(gè)新的檔次。其0.2級(jí)電壓、電流、功率等瞬時(shí)電量的計(jì)量準(zhǔn)確度，使得高壓電能表可以在配網(wǎng)線(xiàn)路監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域拓展出更多的應(yīng)用，其通信模塊可現(xiàn)場(chǎng)帶電更換功能，使得系統(tǒng)維護(hù)工作變得簡(jiǎn)單易行，其-40℃～60℃的極限工作溫度范圍，使得產(chǎn)品能夠適應(yīng)嚴(yán)酷的戶(hù)外工作環(huán)境，同時(shí)，安裝和運(yùn)輸非常方便。

國(guó)外對(duì)高壓表的研究從最早的1973年德國(guó)PTB研究院開(kāi)始，國(guó)內(nèi)最早為2001年。現(xiàn)在，高壓表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置、現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置也相繼研制成功，國(guó)家檢定規(guī)程也即將出臺(tái)，可正式替代傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置作為大用戶(hù)貿(mào)易結(jié)算使用。國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)公司近年也紛紛推動(dòng)高壓表的試點(diǎn)項(xiàng)目。

圖1 高壓表發(fā)展歷程

一、高壓表的結(jié)構(gòu)原理

目前，高壓表主要分電子式互感器和弱輸出電磁式組合式互感器方式兩種。由于電子式互感器的穩(wěn)定性和可靠性遠(yuǎn)不如電磁式組合互感器，所以目前主流的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為弱輸出電磁式組合式互感器內(nèi)嵌電子計(jì)量模塊的方式。

圖2 高壓表外形

原理說(shuō)明：高壓表工作時(shí)，高壓側(cè)的電壓、電流經(jīng)過(guò)高壓互感器后，變成兩組相互隔離的三相弱輸出電壓、電流采樣信號(hào)。兩組獨(dú)立的采樣通道的采樣信號(hào)通過(guò)濾波處理后分別送入兩個(gè)獨(dú)立的三相計(jì)量芯片進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量。高壓表默認(rèn)采樣通道1為主計(jì)量通道，當(dāng)檢測(cè)到通道1計(jì)量故障時(shí)，馬上切換到計(jì)量通道2上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，實(shí)現(xiàn)雙通道熱備份計(jì)量。

圖中32位嵌入式ARM處理器用于分時(shí)計(jì)費(fèi)和處理各種輸入輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)串行接口將專(zhuān)用電能芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功電能計(jì)量和最大需量計(jì)量功能，根據(jù)需要保存各項(xiàng)數(shù)據(jù)，完成zigbee及RS485的通訊傳輸、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)等，并記錄存儲(chǔ)各種用電數(shù)據(jù)。

圖3 高壓表原理框圖

二、高壓表的應(yīng)用

高壓表作為一種可以直接接入10kV配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高壓電能量計(jì)量的三相多功能電能表，在10kV配網(wǎng)線(xiàn)路上應(yīng)用廣泛。

1、可用于專(zhuān)變用戶(hù)電能計(jì)量計(jì)費(fèi)，線(xiàn)路線(xiàn)損考核電能計(jì)量，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)電能計(jì)量等戶(hù)外計(jì)量場(chǎng)合。

2、安裝在計(jì)量柜、環(huán)網(wǎng)柜、進(jìn)線(xiàn)柜等柜體內(nèi)，用于專(zhuān)變用戶(hù)電能計(jì)量計(jì)費(fèi)，或者為環(huán)網(wǎng)柜、進(jìn)線(xiàn)柜增加環(huán)網(wǎng)電能計(jì)量功能。

三、高壓表如何接入現(xiàn)有的計(jì)量系統(tǒng)

1、對(duì)于無(wú)安裝大用戶(hù)終端的場(chǎng)合，可安裝顯示終端，通過(guò)顯示終端的GPRS等無(wú)線(xiàn)通道接入現(xiàn)有主站。

2、對(duì)于已經(jīng)安裝大用戶(hù)終端的場(chǎng)合，可安裝通信轉(zhuǎn)換終端，轉(zhuǎn)換終端將ZigBee無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS485數(shù)據(jù)，RS485數(shù)據(jù)接入原大用戶(hù)終端即可接入現(xiàn)有系統(tǒng)。

四、高壓表的檢定

高壓表檢定裝置的主要原理一種是通過(guò)隔離升壓、升流器把低壓三相功率源的電壓電流升到10kV和相應(yīng)的電流值，再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的10kV電壓、電流互感器把信號(hào)接到三相多功能標(biāo)準(zhǔn)表上，通過(guò)比對(duì)高壓表和標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量誤差。另一種是傳感整體檢定技術(shù)，對(duì)高壓表直接施加10kV電壓，整體校驗(yàn)裝置直接測(cè)量出高壓電能計(jì)量裝置的誤差。目前，高壓表的檢定規(guī)程和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，其使用已經(jīng)不存在非技術(shù)障礙。

圖5 高壓計(jì)量表接入示意圖

五、高壓表的經(jīng)濟(jì)效益及特點(diǎn)

1、工作在高壓側(cè)，安裝在用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)的分界處，使電能計(jì)量設(shè)備資產(chǎn)的歸屬與管理區(qū)域明確化。

2、體積小，重量輕，運(yùn)行功耗小(整體功耗低于5W)，節(jié)省原材料。

3、可以整體檢定誤差，具有準(zhǔn)確度等級(jí)，最高精度可達(dá)0.2S級(jí)，符合計(jì)量法公平、公正、公開(kāi)的原則。

4、無(wú)二次線(xiàn)輸出，接線(xiàn)簡(jiǎn)單方便，竊電無(wú)處下手。

5、高壓表替換現(xiàn)有的高壓計(jì)量裝置進(jìn)行貿(mào)易計(jì)算，將每年節(jié)省互感器的耗能6億千瓦時(shí)（以10 kV互感器的平均功耗62瓦計(jì)算），消除每年200億千瓦時(shí)的貿(mào)易誤差（以每年4萬(wàn)億千瓦時(shí)發(fā)電量計(jì)算），同時(shí)為國(guó)家有關(guān)部門(mén)和電網(wǎng)公司提供準(zhǔn)確的電能數(shù)據(jù)，為提高能源輸送效率做出很大的貢獻(xiàn)。

6、據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前10kV線(xiàn)路平均線(xiàn)損在6%左右，每年損失將近400億，把高壓表應(yīng)用于10kV線(xiàn)路防竊電監(jiān)測(cè)和精細(xì)線(xiàn)損管理，可使線(xiàn)路線(xiàn)損降低到理論線(xiàn)損值，每年可減少數(shù)百億損失。