交流電能表現場運行考核評估測試系統

朱淑媛,劉漢勇

（1.東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006;2.沈陽電力機械總廠,遼寧 沈陽 110026）

目前,隨著新技術的不斷發展,電能表的產品結構發生了巨大變化。電能表種類已達上百種,年生產能力在2億臺左右。據中國儀器儀表行業協會統計,國內目前電能表的生產企業達到了上千家,但擁有過硬核心技術的較少,簡單改進、拼裝、小規模生產的廠家居多。

隨著電子技術的發展,特別是芯片設計技術的發展,電能計量產品更是百花齊放,不同型號、不同功能、不同級別的電能表面市,且外形尺寸、安裝方式各不相同,尤其是三相電能表。如：相同產品,制造商不同,型號就不同;稍有改進,又有新型號;規格等級的不同組合。另外,目前電能表除了基本的計量功能外,還增添了很多管理功能,如最大需量、預付費、防竊電、負荷控制、綜合監測和各種方式的通信功能等,造成產品功能雖多,精品極少。

針對目前市場的多元化局面,如何對不同廠家電能表的性能進行綜合評估、測試、選用及輪換成為一個急待解決的問題。

雖然現有的電能表標準設備可以在標準環境中實現對電能表的各項基本功能指標的考核,但是由于測試環境與電能表運行安裝使用環境的差異,如電能表運行在復雜電磁環境中的性能指標、工作穩定性、長時間的電能累計準確性等一些直接和電費計量相關的功能都無法準確檢定,對電能表的長期工作可靠性更是難以考核。

1 系統概述

交流電能表運行考核、評估測試系統主要由現場測控單元（分站）和終端管理系統（主站）兩大部分組成,現場測控單元安裝在變電站內運行,終端管理系統安裝在辦公室內,兩部分通過電話專線PSTN、GPRS或互聯網絡Internet實現數據傳輸。

1.1 系統分站

系統分站（現場測控單元）主要分為試驗柜、工控機、標準功率電能表、誤差計算及時鐘接收模塊、分站通信MODEM、溫、濕度控制機、數據采集攝像頭、UPS不間斷供電電源幾大模塊,被試驗電能表安裝在試驗柜中,所有電能表的電流回路串聯連接,電壓回路并聯連接,電壓信號和電流信號可取自變電站TV和TA的二次回路。

系統能同時采集試驗電能表和標準電能表的電能量脈沖輸出信號,并通過誤差計算模塊內的20路誤差計算器對各試驗電能表同時進行誤差測試。

通過RS485、RS232等接口采集試驗電能表和標準電能表的電能累計總和、各費率電能量值,電壓、電流、頻率、功率因數等電測參數,各類事件記錄,各負荷曲線等數據,可根據采集數據通過分站軟件自動判斷電能表是否存在故障和異常情況。

通過誤差計算及時鐘接收模塊接收GPS時鐘,并可對電能表和電能質量監測終端對時。

通過RS485接口與分站試驗柜內安裝的溫、濕度控制機進行通信,采集2組溫、濕度測量數據,并傳送給系統主站,系統主站根據主站軟件分析接收到的數據,判斷是否對試驗柜發送控溫和抽濕命令,進而進行溫度和濕度控制。

通過分站試驗柜內安裝的攝像頭,采集兩組攝像監控信號,并按照分站軟件設定的間隔時間定時存儲圖像信號。

將采集的各類數據存放在分站工控機中,并可與系統主站通過GPRS、PSTN或Internet信道進行通信,接收并執行主站下達的采集、對時、控溫、抽濕、拍照、數據傳送等命令,向主站傳送各類數據和圖像。

系統分站還具有UPS電源。當現場交流失電后能立即啟動UPS電源對系統分站進行供電,保護系統分站在電源出現異常時仍能連續運行一段時間,這段時間主要用來完成對以前測試數據和測試結果的保存工作。

在這段時間內如果系統電源恢復正常則系統將繼續工作,如果系統電源依然不能排除故障,為了方便系統電源的檢修,同時對系統進行保護,分站軟件將控制UPS進行關斷操作,同時工控機將自動關機。

1.2 系統主站

系統主站放置在辦公室內,由主站計算機、主站通信MODEM和主站軟件組成。

通過主站通信MODEM與分站進行通信,可選擇GPRS、PSTN或Internet三種通信方式,選擇哪一種方式則選擇對應的通信MODEM。

通過主站管理軟件對系統軟件進行控制、設置、數據讀入、數據處理、顯示等相關操作。

2 系統主要功能

a.電能表誤差測量功能

系統能同時采集試驗電能表和標準電能表的電能量脈沖輸出信號,并對各試驗電能表同時進行誤差測試。誤差測試計算方法符合JJG596—1999電子式電能表檢定規程及相關規范中有關要求。

b.電能表累計電能量比對功能

系統通過RS485接口同時采集試驗電能表、標準電能表的總電能累計量的累計值,及各費率電能量累計值,并自動計算設定時間內電能量累計值誤差,也可根據設置要求,取各試驗電能表的平均電能量累計值,作為計算電能量累計值誤差的標準電能累計值。為了提高通信效率,系統采用擴展485總線技術,擴展出18路485通信接口,可對18塊被監測儀表進行同步數據采集。

c.數據采集、分析功能

系統采集試驗電能表內的電能、電壓、電流、頻率、功率因數等數據及各類事件記錄、負荷曲線等。可通過RS485接口采集試驗柜的濕、溫度測量數據并根據測試結果及軟件設置決定是否進行溫度和濕度控制,各通信口相互獨立。

可對電能表按設立的采集頻率進行自動采集。支持的試驗電能表通信協議包括DL/T645、IEC61107規約。

可根據測量的誤差和采集的電參量、事件記錄等數據自動分析、判斷電能表是否存在故障和異常情況,判斷條件可設置。若存在故障、異常,可通過GPRS、PSTN或Internet信道自動向主站發送報警信息。

d.攝像功能

系統可根據設定要求或主站命令啟動攝像功能,實現錄像及照相。圖像數據能自動存儲。

通過試驗柜門開啟接點信號自動啟動攝像功能,其持續時間或間隔可設定。

e.數據存儲功能

系統可對采集的各種數據和圖像按時標關系自動存儲,各類數據采集時刻應相同,便于分析數據。存儲的數據在系統失電后仍能正常保存10年以上。

f.數據本地拷貝和遠程傳送

系統采集的數據可通過工控機實現本地拷貝,可按照主站要求的數據傳送方式進行數據自動上傳,也可根據主站的命令上傳數據。

g.對時功能

系統工控機自動接收GPS時鐘,并可按照設定的要求與電能表對時。

h.控溫抽濕功能

工控機能接收主站發送的命令,并傳送到試驗柜,以啟動或停止試驗柜內安裝的溫、濕度控制機的控溫抽濕功能。

i.遠方監控功能

主站系統通過GPRS、PSTN或Internet信道與現場測試系統進行數據通信,實現命令傳送和數據采集。實現所有功能的參數設置,并可傳送到現場測試系統中。

自動接收現場系統主動上傳的數據,也可發送命令采集現場數據,接收通過本地拷貝上傳的數據。對各種數據存儲、分析,對故障、異常能報警。

j.軟件功能

軟件界面友好,可靠性和安全性高,具有數據保存、查詢、統計、打印及用戶權限管理等功能。

3 系統內標準表

系統內標準表除了需要具備目前市場標準表的電壓電流測量、功率測量及有功高頻、有功低頻、無功高頻、無功低頻的脈沖輸出的常規功能外,還應具有如下功能。

a.電能累計功能。由于本系統具有累計電能比對功能,因此要求標準表作為一個累計電能的標準表使用,需要具備電能累計功能,同時累積的電能量數據可通過通信口傳送,并保證掉電后累計數據不丟失。

b.全電壓、電流測量范圍中輸出的高（低）頻電能脈沖具有統一的電能脈沖常數。只有量程內各個電壓、電流檔位下的電能脈沖常數相同才能保證累計電能的準確。

c.高可靠性和極強的電磁兼容性。系統安裝在變電站內,使用現場具有較強的電磁干擾。需保證在傳導和輻射的電磁及靜電放電的影響下不損壞或不受影響;在無干擾時,能恢復其原有性能,并能準確工作。干擾包括靜電放電、射頻電磁場、快速瞬變脈沖群、浪涌等。電磁兼容指標應符合GB/ T17215—2002《1級和2級靜止式交流有功電能表》標準的要求。

d.需要有有功脈沖和無功脈沖兩個電能脈沖輸出端子。對被校電能表的有功和無功同時進行累計,標準表必須有有功脈沖輸出和無功脈沖輸出兩個脈沖輸出端子,并具備有功脈沖和無功脈沖同時輸出的功能。

4 系統技術指標

a.標準表精度有功0.05級,無功0.2級。

b.相角測試精度為0.05%,分辨率為0.001°;測量范圍為0.000°～359.99°。

c.頻率測試精度為0.05%,分辨率為0.001 Hz。

d.電壓輸入回路為45～450 V,電壓量程自動切換,接線方式支持P3（三相三線）、P4（三相四線）;電壓測試精度為0.05%,分辨率為0.001 V。

e.電流輸入回路為0.001～6 A直接輸入,電流量程自動切換;電流測試精度為0.05%,分辨率為0.000 1 A。

f.電壓回路的功耗≤2 VA。

g.電流回路的功耗≤2 VA。

h.裝置內所有電壓、電流、開關量接線端子絕緣電阻＞100 MΩ。

i.現場設備數據存儲容量在4 000組以上。

j.采用先進的GPS（全球衛星定位系統）授時系統作為基準時鐘,時鐘日計時誤差小于0.01 s。

k.運行環境：溫度為0～55℃;相對濕度≤90%。

l.供電電源：220 V±10%;50±0.5Hz。

交流電能表運行考核、評估測試系統,是一種全新的電能計量測試設備。其應用將大大提高電網運行中電能計量裝置的可靠性和安全性。