電能表運(yùn)行工況評估的國際標(biāo)準(zhǔn)對比分析

姚燕

內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測所 內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008

隨著國家電力企業(yè)的發(fā)展，在城市電網(wǎng)轉(zhuǎn)型以及農(nóng)村電網(wǎng)的改造工作中都取得較大的發(fā)展，同時(shí)也積極地對電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了推廣，隨著電網(wǎng)的整體自動(dòng)化發(fā)展，電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)不但是電力企業(yè)的售點(diǎn)監(jiān)視工具，同時(shí)也是電力營銷部門計(jì)費(fèi)的主要依據(jù)。因此探究電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行工況監(jiān)控管理技術(shù)的研究及應(yīng)用具有重要的意義，以下是具體內(nèi)容。

1 系統(tǒng)基本原理

工程應(yīng)用證明數(shù)字化電能表在現(xiàn)場非標(biāo)準(zhǔn)工況條件下運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行性能主要受到負(fù)荷條件的影響，因此，從負(fù)荷波動(dòng)（包含電壓/電流幅值變動(dòng)、波形失真度變動(dòng)、電網(wǎng)頻率偏差變動(dòng)、噪聲含量變動(dòng)）對數(shù)字化電能表運(yùn)行性能進(jìn)行分析與評估。為了達(dá)到分析與評估的效果，找出數(shù)字化電能表現(xiàn)場非標(biāo)準(zhǔn)工況下運(yùn)行不穩(wěn)定及計(jì)量失準(zhǔn)的原因，研發(fā)了非標(biāo)準(zhǔn)工況下數(shù)字化電能表運(yùn)行性能分析與評估系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了數(shù)字功率源模擬現(xiàn)場非標(biāo)準(zhǔn)工況條件下電子式互感器輸出的IEC60044協(xié)議數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包經(jīng)過合并單元（準(zhǔn)確度等級為0.2級）協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC61850協(xié)議數(shù)據(jù)包，并輸出給光纖交換機(jī)，光纖交換機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行組網(wǎng)，分別轉(zhuǎn)發(fā)到不同廠家生產(chǎn)的被測數(shù)字化電能表（為了保證分析結(jié)果的可靠性，選擇了三塊不同廠家的0.2S級數(shù)字電能表）及工控機(jī)。系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)字功率源上位機(jī)程序采用的VI（virtualinstrument）軟件編程，可設(shè)置電流/電壓幅值、相位、頻率以及添加諧波、白噪聲信噪比等參數(shù)，可輸出諧波、頻率偏差及含噪聲的波形數(shù)據(jù)。工控機(jī)一方面通過以太網(wǎng)口接收IEC61850數(shù)據(jù)包；另一方面利用內(nèi)嵌的PCI轉(zhuǎn)RS-485串口卡及脈沖采集模塊與數(shù)字化電能表的RS-485接口及脈沖輸出接口連接，讀取數(shù)字化電能表電參量信息及采集輸出脈沖。當(dāng)工控機(jī)上位機(jī)算法發(fā)現(xiàn)負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，能自動(dòng)讀取數(shù)字化電能表中電壓/電流、波形失真度及電網(wǎng)頻率等數(shù)據(jù)，并采集電能表輸出的脈沖信號，評估數(shù)字化電能表的運(yùn)行性能。

2 特殊波形測試條件對比

眾所周知，諧波不但影響電能計(jì)量的公平性，還會(huì)造成電能計(jì)量裝置的誤差增大、計(jì)量失準(zhǔn)。在諧波對電能計(jì)量誤差的影響研究中，大部分標(biāo)準(zhǔn)均將諧波視為穩(wěn)態(tài)信號，而實(shí)際電網(wǎng)中的諧波往往具有持續(xù)時(shí)間短、發(fā)生隨機(jī)性強(qiáng)等非平穩(wěn)特點(diǎn)，這使得在對電能表進(jìn)行諧波影響量測試時(shí)得出的誤差允許偏差往往會(huì)在規(guī)定允許范圍，但是卻不能反映出在實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)下，電能表對諧波是否準(zhǔn)確計(jì)量，是否滿足相關(guān)規(guī)定。IEC62053系列標(biāo)準(zhǔn)對于諧波影響的測試主要針對5次諧波，而OIML國際建議R46取消了5次諧波的測試，采用具有相同電流電壓失真度的方頂波和尖頂波代替。方頂波和尖頂波的諧波成分更豐富，包含3、5、7、11、13次電壓電流諧波，和電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)更貼近，更能體現(xiàn)電能表計(jì)量抗干擾的性能。根據(jù)OIML國際建議R46，開展諧波對電能表計(jì)量誤差影響試驗(yàn)時(shí)，將諧波信號同時(shí)接入至電壓、電流輸入端，規(guī)定單個(gè)電壓諧波幅度不應(yīng)超過0.12U1/h，單個(gè)電流諧波幅度不應(yīng)超過I1/h，U1和I1是電壓和電流的基波幅度，h表示諧波次數(shù)。諧波條件下的誤差與標(biāo)準(zhǔn)正弦波形條件下表計(jì)的初始固有誤差相比，驗(yàn)證諧波波形條件對表計(jì)誤差影響偏差是否符合OIML國際建議R46的要求[1]。

3 準(zhǔn)確度等級與誤差評定對比

OIML國際建議R46從保護(hù)消費(fèi)者的利益及立法需求的角度出發(fā)，使得在同一個(gè)準(zhǔn)確度指標(biāo)下，不同原理的電能表計(jì)量要求相同；而IEC系列標(biāo)準(zhǔn)從生產(chǎn)制造角度出發(fā)，根據(jù)電能表的工作原理制定不同標(biāo)準(zhǔn)。由于兩種標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)不同，所以在電能表的試驗(yàn)測試和誤差評定以及準(zhǔn)確度等級上均存在差異[18]。OIML國際建議R46把電能表的準(zhǔn)確度等級分為A、B、C和D4個(gè)等級，分別對應(yīng)IEC62053系列標(biāo)準(zhǔn)中的4個(gè)等級：2、1、0.5s、0.2s級。OIML國際建議R46推薦年用電量大于5000kWh或特定用戶需使用B級或B級以上準(zhǔn)確度等級電能表[19-20]。依次要求，則5（20）A以內(nèi)的單相表可以采用A級，其余均要采用B級或更高等級電能表，我國目前5（60）A的規(guī)格按此建議應(yīng)該采用B級。影響電能表計(jì)量誤差的因素包括電氣因素、氣候環(huán)境因素、電磁干擾因素等，評價(jià)電能表的綜合誤差即是考核電能表在各種影響因素的共同作用下的計(jì)量性能。

4 結(jié)語

（1）諧波波形測試條件：IEC62053系列標(biāo)準(zhǔn)針對電能表的諧波測試試驗(yàn)采用了5次諧波，而OIML國際建議R46則選取了更符合實(shí)際工況的方頂波和尖頂波進(jìn)行諧波試驗(yàn)，更能體現(xiàn)電能表在實(shí)際工況條件下的計(jì)量性能。

（2）電磁兼容性測試條件：OIML國際建議R46與IEC61000-4系列標(biāo)準(zhǔn)針對電磁兼容性測試各類檢測項(xiàng)目基本一致，不同的是OIML國際建議R46在外部恒定磁場測試、由外部交流電源頻率引起的磁場測試以及電磁場測試3個(gè)方面對測試磁場頻率范圍或磁場強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行了提高。

（3）誤差評定方法和準(zhǔn)確度等級：OIML國際建議R46根據(jù)準(zhǔn)確度結(jié)果將電能表分為A，B，C，D4個(gè)等級，分別對應(yīng)IEC62053系列標(biāo)準(zhǔn)的2，1，0.5s，0.2s4個(gè)等級。OIML國際建議R46提出了電能表的綜合誤差評定模型，以提高電能表在實(shí)際運(yùn)行工況下的性能測試要求。文中可為我國推廣OIML國際建議R46全面實(shí)施工作奠定基礎(chǔ)，也為一系列電能表的檢定規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供參考價(jià)值。