新型高壓電能表原理及應(yīng)用

摘 要：高壓電能計量裝置是連接發(fā)、供、用三方用于貿(mào)易結(jié)算的計量器具，應(yīng)用量大面廣，對其安全性、可靠性與準(zhǔn)確性都有很高的要求。本文介紹了高壓電能表的結(jié)構(gòu)、原理、試驗方法以及應(yīng)用現(xiàn)狀等。

關(guān)鍵詞： 高壓電能表；計量裝置；結(jié)構(gòu)；原理；試驗方法

中圖分類號：TM93 文獻標(biāo)識碼：A

高壓電能計量裝置是連接發(fā)、供、用三方用于貿(mào)易結(jié)算的計量器具，應(yīng)用量大面廣，對其安全性、可靠性與準(zhǔn)確性都有很高的要求。目前， 我國配電網(wǎng)主要采用中性點絕緣系統(tǒng)供電，計量點一般設(shè)置在產(chǎn)權(quán)分界處，對于高壓供電的客戶原則上都采用高供高計的計量方式。現(xiàn)有高壓電能計量裝置由高壓電壓互感器、高壓電流互感器、電能表以及與之相連接的二次回路構(gòu)成，在運行中存在諸多缺陷。高壓電能表打破了傳統(tǒng)的高壓計量方法，是電磁式高壓電能計量裝置的替代產(chǎn)品。高壓電能表是互感器技術(shù)、高電壓技術(shù)、多功能表技術(shù)相互融合為一體的新型技術(shù)成果，是高壓絕緣技術(shù)和電子線路的創(chuàng)新應(yīng)用。高壓電能表是一種直接接入6kV～35kV高壓電力線路測量有功電能與無功電能的儀表，結(jié)構(gòu)上除了與高壓電力線路連接的端子外，沒有與其它電氣回路連接的端子。它具有提高安全運行系數(shù)、減少電網(wǎng)故障幾率、節(jié)能節(jié)材、提高計量精度等級、杜絕竊電現(xiàn)象、減少全壽命周期維護費用、無線顯示數(shù)據(jù)、無線抄收等優(yōu)點，是業(yè)內(nèi)專家認(rèn)定的國際、國內(nèi)實現(xiàn)高壓電能計量新跨越的高新產(chǎn)品，具有很高的推廣價值。

1高壓電能計量現(xiàn)狀

目前，高供高計電能計量方式是由電磁式高壓電壓互感器、電流互感器將高壓電壓變換成標(biāo)準(zhǔn)的低電壓（100V或100/ V），將高壓大電流變換成標(biāo)準(zhǔn)的低壓小電流（5A或1A），通過二次回路與電能表連接實現(xiàn)計量功能。

現(xiàn)有的計量方式存在的弊端主要有：

1）故障隱患多。一個計量點的高壓側(cè)至少需要有4-6臺互感器提供電流、電壓信號，存在多個故障隱患點。特別是電壓互感器，受系統(tǒng)中電磁諧振、高次諧波、操作過電壓等因素的影響，保險熔斷以至燒毀爆炸現(xiàn)象時有發(fā)生。

2）高耗能。每臺互感器帶有30VA-80VA 的固定負(fù)荷并存在8W 以上的自身損耗。每個10kV 電壓等級計量點每年耗電1121kWh-2523kWh，損耗電費661元至1489元（電費按大工業(yè)電價0.59元/kWh）。

3） 體積大、費用高。計量裝置中，多臺互感器之間即要留有安全距離，又要用銅排進行外部聯(lián)接，占地面積大，成本高，每個計量點至少耗資8000 元-15000 元。

4）電能表內(nèi)部的錳銅分流電阻耗能高，運行中因負(fù)荷的變化溫度時高時低，易出現(xiàn)接觸不良，\"燒表尾\"現(xiàn)象時有發(fā)生。

5）電量不能直讀，需要乘互感器的倍率，給管理工作帶來不便。

6）綜合誤差大。電能計量裝置的誤差由多臺互感器、電能表、多根連接導(dǎo)線電阻、接觸電阻等因素引起，并且后續(xù)安裝過程中人為的不確定因素同樣會引起誤差。設(shè)備之間的不匹配、互感器負(fù)載特性差、電能表啟動電流大等也會導(dǎo)致計量誤差。

7）難以防竊電。計量回路外部連接外露線多，易發(fā)生竊電現(xiàn)象。為了防止竊電，需另外增加防竊電設(shè)施及人力管理。

2高壓電能表的結(jié)構(gòu)、原理與特點

電力系統(tǒng)自動化程度的提高，給弱輸出信號的高壓電流、電壓、轉(zhuǎn)換設(shè)備帶來發(fā)展空間。高壓電能表利用弱輸出電流、電壓的非傳統(tǒng)互感器替代傳統(tǒng)的電磁式電流、電磁式電壓互感器，與電能計量模塊進行統(tǒng)一的整體設(shè)計，實現(xiàn)高壓電能計量。

高壓電能表原理如圖1所示，電能計量單元原理如圖2所示。由高壓電流傳感器組成的高壓電流取樣回路采集正比于高壓側(cè)電流I 的微電流信號i（mA級）。由高壓電壓傳感器組成的高壓電壓取樣回路采集正比于高壓側(cè)電壓的V 的微電壓信號u（mV級）。采集到的電壓信號u 和電流信號i 經(jīng)過處理后，送入電能計量單元。乘法器完成電壓和電流瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內(nèi)平均功率成正比的直流電壓U。該直流電壓U 再被電壓/頻率變換器變換成相應(yīng)的脈沖序列，經(jīng)過分頻、計數(shù)，顯示出相應(yīng)的電量。計量裝置的工作電源由電容取流電路提供。電能計量單元與傳感器的一體化設(shè)計，改變了電能表的傳統(tǒng)連結(jié)方式，把傳感器輸出的電流、電壓信號，按照計量模塊輸入要求，直接處理成可直接應(yīng)用的弱信號，減少了標(biāo)準(zhǔn)電壓信號的二次轉(zhuǎn)換，取消了標(biāo)準(zhǔn)電流信號接口的錳銅分流電阻。它即可以在高壓側(cè)實現(xiàn)計量，通過無線、光纖、紅外等方式把數(shù)據(jù)傳送到低壓側(cè)，又可以采用傳感器把高壓側(cè)的電流、電壓信號用毫安、毫伏級的弱信號傳送到低壓側(cè)。考慮到高壓電能計量作為計量器具的嚴(yán)肅性，為使用戶放心用電，高壓傳感器式電能表，保留了傳統(tǒng)的電流、電壓、電能信號的讀取方式。圖3 給出了新型高壓電能表的外形圖。

新型高壓電能表克服了傳統(tǒng)計量方式的諸多弊端，具有安全可靠、計量準(zhǔn)確、防止竊電、節(jié)能節(jié)材等優(yōu)點。新型高壓電能表主要具有以下特點：

1）計量精度高。現(xiàn)有的電力系統(tǒng)計量裝置由電能表、互感器及二次連接導(dǎo)線組成， 整個高壓電能計量裝置沒有自己的準(zhǔn)確度等級。若電壓、電流互感器均按0.2級配置，電能表按0.5S級配置，二次回路壓降以0.2%為標(biāo)準(zhǔn)，那么整套電能計量裝置的綜合誤差控制范圍超過1%。而新型高壓電能表整體計量精度達到有功0.5S級和無功2級。

2）安全性能好。避免了傳統(tǒng)電磁式電壓的鐵磁諧振事故隱患，且整體式高壓端安置的結(jié)構(gòu)有效防止竊電行為，并從源頭上避免了內(nèi)絕緣故障的產(chǎn)生。

3）能耗低。新型高壓電能表的年運行功耗約50千瓦時，大大節(jié)約的電能計量裝置本身的損耗。

4）資源節(jié)約。傳統(tǒng)的高壓電力計量裝置重量在60kg 以上， 主要為銅、鐵和絕緣材料； 而高壓電能表的整體重量在10kg 左右， 大大減少了銅、鐵等金屬材料和絕緣材料的消耗，且具有體積小，安裝方便的優(yōu)點。

5）高信息化。全面兼容國家電網(wǎng)公司的智能電表技術(shù)規(guī)范，可內(nèi)置GPRS通訊功能和費控功能。

3高壓電能表的校驗

高壓電能表在線路上的連接和傳統(tǒng)電能表在低壓線路的連接相似，只要把高壓接線端子接入電網(wǎng)，電能表就能正常工作。高壓電能表的檢定方法也和低壓線路的電能表相似，不同的是要在高壓校表臺上檢定。高壓電能表目前多采用標(biāo)準(zhǔn)功率源進行整體檢定的方式進行，從高壓電能整體計量裝置標(biāo)準(zhǔn)回路，以及被測高壓電能計量裝置的高壓側(cè)施加三相高壓電壓、高壓大電流，將高壓電能整體檢測裝置的標(biāo)準(zhǔn)回路與被測高壓電能計量裝置的電流回路串聯(lián)、電壓回路并聯(lián)，施加規(guī)定的一次電壓、一次電流。將在高壓電能整體計量裝置的標(biāo)準(zhǔn)回路，及被測高壓電能計量裝置中產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)電能與被測電能直接進行比較，測量出高壓電能計量裝置的相對誤差，通過計算機數(shù)據(jù)處理直接打印出誤差值。

4. 高壓電能表的應(yīng)用

高壓電能表具有小型化、智能化、信息化等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于10kV和35kV配電網(wǎng)中。高壓電能表已經(jīng)過全性能的驗證試驗，其準(zhǔn)確度等級已達到0.5S級。目前高壓電能表已在山東、湖北、重慶等省大量掛網(wǎng)運行，其可靠性和抗干擾能力已得到有效驗證。隨著高壓電能表國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布，高壓電能表將逐步取代傳統(tǒng)高壓計量裝置，成為高壓計量的主流產(chǎn)品。

1） 高壓電能表的防竊電應(yīng)用

高壓電能表采用了一體化設(shè)計，電壓、電流信號取樣和電能計量全部在高壓側(cè)完成，不良用戶無法實施竊電和破壞表計，確保了電量數(shù)據(jù)的安全。對于嫌疑用戶可在高壓進線側(cè)配置高壓電能表，作為專變大用戶的副表使用，用于實時監(jiān)控可疑竊電用戶。

2）高壓電能表在配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點的應(yīng)用

城市配電線路主要以環(huán)網(wǎng)供電方式為主，由于互倒線路多，實行有效的分臺區(qū)分饋線考核管理就必須在各饋線互倒點加裝雙向計量裝置，以此核定互供電量。但這些節(jié)點主要存在于多回路桿上、緊湊型環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)、開閉所開關(guān)柜內(nèi)，傳統(tǒng)高壓電能計量裝置的實施十分困難，成本高、施工周期長，難以實現(xiàn)配電網(wǎng)全網(wǎng)覆蓋智能化采集的工作目標(biāo)。高壓電能表因其體積小、安裝方便、信息化程度高、部署靈活的優(yōu)點可方便現(xiàn)場實施。

結(jié)語

高壓電能表結(jié)構(gòu)緊湊， 體積小巧， 重量輕便， 制造工藝簡化，不會產(chǎn)生鐵磁諧振，具有安全、可靠、節(jié)能、節(jié)材、計量準(zhǔn)確、防竊電性能好等優(yōu)點。同時， 高壓電能表作為一個新型高壓計量產(chǎn)品， 在計量準(zhǔn)確度和絕緣性能指標(biāo)等方面， 能夠達到高壓計量產(chǎn)品的技術(shù)要求。高壓電能表的推廣應(yīng)用將對提高供電高質(zhì)量與經(jīng)濟效益產(chǎn)生積極的作用。

參考文獻

[1]王樂仁.高壓電能表的原理與應(yīng)用.