便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置

羅金平，趙元，李力，馬姚俊，和凌冬，王鏑

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明650000）

0前言

電能計(jì)量裝置是電力企業(yè)和用戶確定電量交易的重要裝置，因此它的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性是電能公平交易的關(guān)鍵所在[1-8]。在電能計(jì)量過程中，互感器及電能表所產(chǎn)生的誤差由設(shè)備制造過程中所使用的元器件及設(shè)備使用過程中的環(huán)境條件所決定，在設(shè)備一經(jīng)安裝后即成為一個固定不變的量。二次回路是連接互感器和電能表的重要回路，但是其阻抗及負(fù)載會產(chǎn)生電壓降與其安裝環(huán)境和運(yùn)行工況有著密切聯(lián)系[9-11]。

目前，對計(jì)量二次回路的校驗(yàn)一般采用分項(xiàng)校驗(yàn)的方法，即分別校驗(yàn)電能表和測試二次回路電壓降，各分項(xiàng)誤差滿足誤差限值要求后即認(rèn)為整套裝置的計(jì)量誤差合格，但是該方法無法測得二次回路計(jì)量裝置的整體誤差，即使計(jì)算得到的綜合誤差也不能滿足對二次回路計(jì)量裝置的考核。

因此，非常有必要研制便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置，實(shí)現(xiàn)二次回路計(jì)量裝置的整體校驗(yàn)，以達(dá)到有效評估計(jì)量二次回路裝置的計(jì)量性能、簡化校驗(yàn)環(huán)節(jié)、減輕工作強(qiáng)度、降低校驗(yàn)安全風(fēng)險、提高工作效率的目的。

1二次回路計(jì)量裝置特性和試驗(yàn)方法

1.1二次回路計(jì)量裝置特性

電能計(jì)量裝置包括CT和PT誤差、二次電壓降誤差、電能表誤差，并且每個設(shè)備的誤差檢查通常在子項(xiàng)中執(zhí)行以評估設(shè)備的性能狀態(tài)。由于互感器的誤差一般采用離線檢測，在計(jì)量裝置投運(yùn)前便可獲得現(xiàn)場誤差數(shù)據(jù)。然而，回路的二次壓降以及電能表的現(xiàn)場誤差往往無法衡量。

1.2計(jì)量二次回路綜合誤差測試方法

計(jì)量裝置的二次回路綜合誤差可分為帶電測試和離線測試。圖1為三相四線制時計(jì)量二次回路帶電測試原理圖。

帶電狀態(tài)下電能表誤差及電能質(zhì)量測試時使用室內(nèi)機(jī)裝配在被檢表附近。三相電壓直接并接在被檢表電壓端子上，室內(nèi)機(jī)內(nèi)部采用精密電阻分壓的方法。三相電流采用高精度電磁式電流互感器從被檢表電流測試線上獲取，三相電壓、電流信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器，在邏輯時序控制電路的作用下，3路電壓和3路電流信號被實(shí)時采集，送至DSP進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。另一方面，被檢電能表的電能脈沖通過光電采樣器或脈沖測試線進(jìn)行采集，送至室內(nèi)機(jī)內(nèi)的誤差比較器，從而得到帶電狀態(tài)下電能表誤差。

圖1計(jì)量二次回路帶電狀態(tài)檢測示意圖

室內(nèi)機(jī)裝置使用直接數(shù)模轉(zhuǎn)換方案來實(shí)現(xiàn)各種功率測量。具體地，多通道逐次比較型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器由微處理器控制采樣電壓電流波形，然后微處理器根據(jù)獲得的同一組采樣值計(jì)算電壓、電流、功率、功率因數(shù)和電量。同時，DSP運(yùn)行電能質(zhì)量算法，對計(jì)量二次回路電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行測量。

在帶電狀態(tài)和停電狀態(tài)對計(jì)量二次回路進(jìn)行測試的區(qū)別是在帶電狀態(tài)下計(jì)量二次回路的電壓、電流信號由PT 和CT提供，而在停電狀態(tài)下，計(jì)量二次回路的電壓、電流信號由裝置的測試儀提供，測試儀內(nèi)部集成了三相交流模擬源和室外機(jī)的功能。

2計(jì)量二次回路綜合誤差裝置研制

本文為了實(shí)現(xiàn)在停電或帶電狀態(tài)下電能表誤差測試、PT 二次壓降測試、PT 二次負(fù)荷測試、CT二次負(fù)荷測試、二次回路綜合誤差測試以及電能質(zhì)量分析等功能，研制的便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置由以下組成：便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置室內(nèi)機(jī)（室內(nèi)機(jī)）、便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置室外機(jī)（室外機(jī)）和便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置測試儀（測試儀）。

2.1便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置測試儀

圖2為便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置測試儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其由液晶顯示、按鍵輸入、USB接口、無線通訊、RS232、DSP、FPGA、DA、功率放大和室外機(jī)模塊組成。利用DSP的快速浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算能力，可以實(shí)時計(jì)算六路信號每個周期的波形數(shù)據(jù)，并保證輸出正弦波波形的失真在0.05%以內(nèi)。

圖2測試儀的硬件電路框圖

其中，F(xiàn)PGA 的PLL 根據(jù)頻率參數(shù)生成精密時鐘信號用以同步六路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以確保輸出正弦波形的頻率穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的電壓電流源采用數(shù)字信號處理器、D/A 轉(zhuǎn)換器、線性功放、電壓電流互感器、線性電源的組合方式，存在體積笨重、效率低、成本高、故障率高、不易攜帶的缺點(diǎn)。在本項(xiàng)目中，用數(shù)字功率放大器、開關(guān)電源和低通濾波器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電壓電流源中的線性功放、線性電源和電壓電流互感器，使得設(shè)備體積小，重量輕，易攜帶。

2.2二次回路綜合誤差測試系統(tǒng)

其中，二次回路綜合測試裝置中的PT二次壓降測試硬件原理框圖如圖3所示。

圖3 PT二次壓降測試硬件原理框圖

帶電狀態(tài)下PT二次壓降測試時使用室內(nèi)機(jī)裝配在被檢表附近，室外機(jī)裝配在PT 端子箱附近。室外機(jī)負(fù)責(zé)采集PT二次回路始端電壓幅值、采集被測電壓的過零點(diǎn)做為角差測量同步基準(zhǔn)時間，再通過高頻載波傳輸方式將采集到的電壓幅值、同步基準(zhǔn)時間以高頻載波的形式通過二次回路電纜線傳輸給室內(nèi)機(jī)。室內(nèi)機(jī)負(fù)責(zé)采集電能表側(cè)PT二次回路末端電壓幅值和過零點(diǎn)，結(jié)合通過二次回路載波接收到的PT 二次回路始端電壓幅值和角差、同步基準(zhǔn)時間最終完成PT二次回路壓降的計(jì)算，同時將測試結(jié)果再通過載波傳輸反饋給室外機(jī)顯示。

帶電狀態(tài)下二次回路綜合誤差測試時使用室內(nèi)機(jī)裝配在被檢表附近，室外機(jī)裝配在CT 端子箱附近。室內(nèi)機(jī)在主控室采集被檢電能表輸出的電能脈沖信號，三相電壓直接并接在被檢表電壓端子上，利用高頻載波傳輸電路把被檢表的電能脈沖通過高頻載波發(fā)送給室外機(jī)。室外機(jī)裝配在CT 端子箱附近，就近采集二次電流信號，利用電壓放線車采集電壓端子箱內(nèi)的電壓信號，解決CT-PT 端子箱距離較遠(yuǎn)的問題。室外機(jī)計(jì)算電能的方法和室內(nèi)機(jī)帶電狀態(tài)下計(jì)算電能的方法相同，利用高頻載波傳輸電路接收被檢表的電能脈沖并與室外機(jī)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖進(jìn)行比較，從而得到計(jì)量二次回路綜合誤差。

3結(jié)束語

本文結(jié)合目前計(jì)量二次綜合誤差難以測試的難題，重點(diǎn)分析了計(jì)量裝置的二次回路特性，研制了便攜式計(jì)量二次回路綜合測試裝置，通過整體校驗(yàn)的方法，得到二次回路計(jì)量裝置的綜合誤差，對計(jì)量裝置的投產(chǎn)驗(yàn)收、狀態(tài)運(yùn)維提供了技術(shù)支持。