便攜式臨時電量計量裝置研究

國網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司 鄭猷泉 劉浩洋 揭璐琦 陳偉峰 西安雙英科技股份有限公司 高 騰

近年來，智能化的用電檢查、計量裝置已廣泛推出，考慮在電力環(huán)境下使用的業(yè)務(wù)需求，移動終端的引入給裝置帶來新的發(fā)展方向[1]。電能計量作為電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展保障，我國電網(wǎng)根據(jù)電力相關(guān)部門規(guī)定，在電表使用方面需要定期更換電表，保證電能計量和供用電雙方的公平交易[2]。在接入電能表時一般通過接線盒接入電能表，通過控制接線盒中電壓通道、電流回路的連接片控制電壓、電流的通斷，更換電能表或需要進行電表維修時都需要將連接片進行拉開，閉合操作，操作過程中會損失一定的電量，尤其是在負荷變動大的情況下[3]，供電公司需要對這段時間損失的電量進行追補。

目前，電量追補方面涉及到的方法有：傳統(tǒng)方法在換表前的瞬時功率作平均功率與秒表記錄時間估算換表期間損失電量，負荷變化大時，估算誤差較大，需要人工測量、計算[4]；有學(xué)者提出最小二乘法擬合瞬時功率的離散點曲線、優(yōu)化電量補償計算的方式，提高損失電量計算的精確度，估算的準確度不高，與實際從測量存在偏差；還有人提出改良接線盒，電能表斷開由負控終端依舊計量，確保更換電能表時沒有電量損失，但覆蓋范圍太小，推廣程度小，不符合實際應(yīng)用情況；在2018年時，針對關(guān)口電能表更換出現(xiàn)利用兩個電能表安裝插件交替安裝待換電能表和被換電能表方法[5]，實現(xiàn)不間斷計量，從而實現(xiàn)無損更換，但更換過程存在安全隱患，有學(xué)者對在負荷運行情況下更換電能表的過程規(guī)范和影響因素做出分析，更加驗證現(xiàn)有技術(shù)中普遍存在的不足。在上述技術(shù)影響下，本文基于藍牙通信實現(xiàn)一種便攜、快速、精準的同步測量裝置，計量更換過程存在電量。

1 更換電表時電量計量理論研究

DL/T 448-2016《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》中要求：“運行中的電能計量裝置應(yīng)定期進行電能表現(xiàn)場檢驗”，則在電能表檢查存在問題時進行電表更換，需將多功能接線盒的電壓連接片斷開，將每相電流連接片閉合，然后再拆除電能表，安裝新的電能表，新電能表安裝好之后才能打開電流連接片，接通電壓連接片，重新恢復(fù)計量，整個操作過程中會少計一定的電量，尤其是在負荷較大的情況下[6]；為實現(xiàn)公平計量需要對這段時間損失的電量進行追補。

電網(wǎng)普遍使用接線盒是容納槽和螺釘上配有可活動的連接片，基本型式為接線型（PJ 型）和插接式（FY 型），通過連接片的閉合與連接，實現(xiàn)電壓、電流的通斷。

由圖1所示，以三相四線電能表接線為例，上端連接片接通點對應(yīng)接入電能表，下端連接片對應(yīng)接入電壓、負荷輸入端。S1、S2格為A 相所設(shè)，S3、S4格為B 相所設(shè)，S5、S6格為C 相所設(shè)，S7格為電壓中性點（接地）。S1、S3、S5為電壓接線格，①為A 相電壓連接片，通過①的上下滑動可接通和斷開A 相電壓；②為B 相電壓連接片，通過②的上下滑動可接通和斷開B 相電壓；③為C 相電壓連接片，通過③的上下滑動可接通和斷開C 相電壓；④為N 相電壓連接片，通過④的上下滑動可接通和斷開地線。S2、S4、S6為電流接線格，其中每個豎行螺釘分別接通，中間的連接片為短路連接片，上連接片平時為常閉狀態(tài)接通左邊兩豎行，下連接片平時為常開狀態(tài)，右邊兩豎行是開路狀態(tài)：⑤為A 相電流上連接片、⑧為A 相電流下連接片，⑥為B 相電流上連接片、⑨為B 相電流下連接片，⑦為C 相電流上連接片、⑩為C 相電流下連接片。

圖1 接線盒連接片示意圖

電能表更換時，先將接線盒的三相電壓端子連接片斷開，使電能表的接線端無電壓；然后將接線盒前端連接片從左側(cè)推到右側(cè)，將第2列與第3列每相電流連接片閉合；再將接線盒后端連接片從右側(cè)推到左側(cè)，將第1列與第2列每相電流連接片閉合；最后拆除電能表、安裝新的電能表。打開電流連接片，將接線盒前端連接片第1列與第2列每相電流連接片閉合，后端連接片第2列與第3列每相電流連接片閉合；接通三相電壓連接片。

在不同的峰平谷時段，進行電表更換，其少計的電量不同，瞬時計量不能代表時段的整體，需要對整個過程進行計量；同時，全國采用峰谷電價，在電量計量上考慮電能的實時性[7]，方能準確計算少計電費。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

2.1 電量計量終端設(shè)計

根據(jù)更換電能表操作的理論，設(shè)計電量計量終端，包括主機、從機，主機和從機的電壓、電流接入多功能聯(lián)合接線盒前、后端，主、從機之間采用數(shù)字同步線連接，實現(xiàn)操作接線盒連接片期間主、從機的電量同步計量。三相四線應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 三相四線應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

S1主機電壓、電流接入多功能聯(lián)合接線盒前端進行測量，計量電量；S2從機電壓、電流接入多功能聯(lián)合接線盒后端進行測量，計量電量；S1主機和S2從機電流采用開合時互感器進行測量，無需斷開電流回路。在操作接線盒連接片的時間中，S1主機和S2從機之間采用數(shù)字同步線連接，同步測量，根據(jù)主機和從機同步測量得到的電量進行差值計算，可得到需要追補的電量。

其中，多功能聯(lián)合接線盒前端電壓接口A 相為S1-1、B 相為S1-2、C 相為S1-3、N 相為S1-4；電流回路A 相為S1-11、B 相為S1-12、C 相為S1-13；CT1為A 相電流互感器、CT2為B 相電流互感器、CT3為C 相電流互感器；多功能聯(lián)合接線盒后端電壓接口A 相為S2-1、B 相為S2-2、C 相為S2-3、N 相為S2-4；電流回路A 相為S2-11、B 相為S2-12、C 相為S2-13；CT4為A 相電流互感器、CT5為B 相電流互感器、CT6為C 相電流互感器。

2.2 基于同步測量的電量計量裝置

主機系統(tǒng)單元包括電壓輸入、電壓采樣、電流輸入、電流采樣、ADC、處理器、開關(guān)控制、存儲單元、藍牙模塊、同步通信、充電電路、內(nèi)置電池、電源轉(zhuǎn)換電路；從機系統(tǒng)單元包括電壓輸入、電壓采樣、電流輸入、電流采樣、ADC、處理器、開關(guān)控制、存儲單元、RS485、同步通信、充電電路、內(nèi)置電池、電源轉(zhuǎn)換電路；如圖3電量計量終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3 電量計量終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主機和從機的電壓輸入以A、B、C 三相輸入設(shè)計，滿足在單相、三相三線、三相四線電能表對應(yīng)接線方式下使用。

主機和從機帶有同步通信單元，主、從機之間采用數(shù)字同步線連接，處理器集中控制同步，時鐘穩(wěn)定度和準確度高，實現(xiàn)主、從機的電量同步計量。

從機計量數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，主機將從機數(shù)據(jù)和主機計量數(shù)據(jù)進行計算，以電量差值作為追補電量，不受現(xiàn)場更換操作速度和過程的影響，結(jié)果精準，保證電量計量差值的準確度。主機和從機電量計量采用更換階段采集的瞬時值做累積，若從機電量計量為E1，主機電量計量為E2，操作期間少計的電量為ΔE=E2-E1得，即需要追補的電量為ΔE。

引入移動終端，方便給用戶展示和數(shù)據(jù)分享：主機帶有藍牙模塊，可使用手機端配套軟件連接主機，實時可查看主機、從機測量和計量電量、追補電量，以幅值、向量圖、趨勢圖等多種方式顯示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

3 試驗分析

為了驗證本文研究裝置的可行性和準確性，采用一臺三相四線電能表和一個多功能聯(lián)合接線盒,做電能表更換試驗，利用標準功率源作為模擬電網(wǎng)電源輸入，電壓輸入220V，電流2A 持續(xù)輸入3min，再3A 持續(xù)輸入3min，再2A 持續(xù)輸入3min，依次循環(huán)輸入從更換電能表開始到結(jié)束（三相電壓與電流相角為15°）。

表3 本研究裝置追補電量

電能表更換時長為13min，由表1和表2可得常規(guī)平均值方法計算追補電量，以瞬時功率作為階段的平均值，其測量誤差較大，在更換期間電流為3A 時沒有相關(guān)的瞬時功率記錄，存在偏差；在接線盒前端接入裝置測試，計算需追補電量為：E=0.42415kW×（13/60）h=0.0919kWh；在接線盒后端接入裝置測試，計算需追補電量為：E=0.42279kW×（13/60）h=0.0916kWh；同時多功能聯(lián)合接線盒前端和后端的追補電量存在誤差，則利用一個測量終端進行單一的計量存在誤差。本文研究裝置電量計量需追補電量為1.0816kWh，在更換的13min 比平均值估算電量多追回約1°電，此研究計量更加精準，具有一定的研究意義和實用價值。

表1 主機更換前和更換后的測量數(shù)據(jù)

表2 從機更換前和更換后的測量數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

本文通過對更換電表時電量的理論研究，設(shè)計了在接線盒兩端同步計量的終端，包括主機和從機，主機和從機分別安裝在多功能聯(lián)合接線盒前端、后端，雙機同步計量，以電量差值作為追補電量，不受現(xiàn)場更換操作速度和過程的影響，結(jié)果精準；智能移動終端引入，實時查看主、從機測量數(shù)據(jù)和計量電量，方便給用戶展示和數(shù)據(jù)共享。最終通過試驗驗證本文研究裝置的可行性和計量的準確度。