電能整體計量思路在10kV配網中的體現

葉建偉

摘 要：本文針對10kV配電網中電能計量方面的工作展開了討論，論述了一種新型的電能整體計量技術，并對此種新技術的優點進行了詳細的論述，并以實踐經驗說明使用此項技術可以便捷地實現電能整體計量，同時在傳統電能整體計量基礎上更加安全、更加精確。

關鍵詞：電能整體計量；配電網；高壓電路

中圖分類號：TB97 文獻標識碼：B

隨著社會經濟的發展，我國用電需求進一步增加。基于此種需求，我國10kV高壓電網的建設規模較從前有了大程度的增加。目前我國電力輸送網絡中10kV配網占了絕大部分，其運行的穩定性對于保障供電系統的穩定運行有較強的影響作用。由于從前技術手段的限制我國電能計量方式較為落后。步入21世紀以來，時代不斷發展，各種新技術層出不窮，利用新技術完成對傳統電能計量方式的改進對于提升我國電能計量工作的質量，保證電能的高效利用將會起到十分重要的作用。

一、研究電能整體計量技術的重要性

電能整體計量技術的研究其最終目的是為了實現由高壓配電網中高壓電一側直接實現輸出電能的計量，避免中間環節的出現，將可能出現的誤差控制在最小范圍內，同時減少計量設備的體積與質量，實現計量的便捷化。10kV配電網中通常的電能計量是由電力計量柜或者電力計量箱實現的，在這兩類設備中是用電壓互感器、電流互感器以及電表等多個部分組成，利用互感器與電表完成對所用電量的計量。除設備運轉過程中設備的各組成部分對電表的精確度會產生了較大的影響外，由于配電網中電壓在經過回路時會經歷二次降壓，這也會對計量的精確度產生較大的影響。在利用傳統儀器對電壓進行測量的過程中，其誤差值是使用各部件，例如電能表、電壓互感器等中存在的誤差計算得來，但依據相關規定，未實際測量得出，而是依據其他方面的內容計算得出的誤差值不能作為評價一種設備實際誤差值的依據。針對電能整體計量技術展開研究是十分必要且重要的。

當前普遍使用的電能整體計量技術除了在計量準確度方面存在問題之外，也存在其他方面的問題。例如其高壓互感器的安裝位置通常位于電氣設備一次回路與二次回路的絕緣部位，體積過大，質量過大，不能便捷的實現電能測量這一目的；其中使用的磁感應設備在高壓配電網系統中使用可能發生電磁共振現象，引發安全事故；電量表位于電氣二次側低壓電位處，在其運轉過程中可能會發生偷電、竊電的情況。隨著時代的不斷發展，各種各樣的新技術、新材料涌現，使得目前實現電能的精確整體計量有了較大的可能，改進計量設備中的各部件，例如電壓互感器、電流互感器等，使用更先進的部件能顯著提升電能計量設備的性能，同時由于目前許多電子元件正朝著精密化發展，使用新型電子元件同樣能實現電能計量設備體積與重量的較小，在未來應用過程中使用更方便，改進后的電能整體計量設備直接安裝于10kV配電網中的高壓一側，能實現對電能的直接計量，這種新方法與傳統方法相比更精確同時更穩定，有效提升了我國高壓配電網的電能整體計量技術。

二、10kV配電網中如何體現電能整體計量思路

目前針對10kV配電網開展電能計量時使用的大都是兩元化法，因為其采用的是小電流接地的方式所以使用下列公式開展計算：

由上式可知，想要得到電流的三相總功率，可以先對AB、CB以及A、C間的電流進行檢測，然后展開計算得出最終結果。

電能整體計量思路如圖1，圖中陰影部分表示的是設備上的主絕緣材料，其中也包含了AB、CB兩相間存在的高壓電容以及光纖等。此計量電路整體分為三部分，三個部分分別位于A、B、C三相，例如可以將電流計量裝置直接設置在A相中，使用這種方案不用考慮TA對地絕緣因素的影響，所以能實現計量裝置的體積與重量產生一定幅度的減小。當電流信號進入A相時會直接經過設置于于A相中的電流計量設備，最終信號會作用于分壓電容，此時CL則會參照A相中的基礎電位。利用這種方式進行電壓的測量直接得出的電壓值與實際值之間只存在幾伏的差值，所以該值可以直接傳遞至A相中存在的計量模塊，然后計算出一個結果，而后此結果會由各相中連通的光纖進行進一步的傳播，傳入B相中的主控模塊。需要注意的是在此種電能計量設施中C相的工作原理與A相基本相同。由于10kV配電網中的電壓直接作用于該設備中的各個部件，所以其也被稱作“高壓電能表”。

此電能計量設施的工作原理是在三個高壓端A、B與C點之間連接使用單獨電容器的供電電源，利用開關按鈕實現對其中電流的直流、交流控制。當母線中存在電壓時，電能表就能正常運轉，開始電能的計量。B相中存在的主控模塊能夠將A相以及C相中計算所得結果進行綜合性的分析，最終完成高壓電能具體數值以及數據得出的具體時間存儲至特定區域，完成對電壓的信息化統計與管理。

三、電能整體計量設備的具體設計

（一）絕緣設施設置

在過去使用的10kV高壓電能計量裝置中，電壓互感器與電流互感器中電氣一次與二次想要要滿足絕緣需求需要利用環氧樹脂、絕緣油等物質，具體做法是將這些能夠實現絕緣的物質填充于互感器中電氣一次與電氣二次線路之間，這樣能有效實現兩者之間的絕緣。使用這種方式絕緣雖然其絕緣性能得到較好的保障但是其存在一個明顯的缺點：造成了設施體積與重量的過大。傳統做法下的100A/5A，10kV/100v電壓互感器與電流互感去的電子元件重量大都在100公斤以上，使用過程中十分不方便。并且由于此類絕緣物質自身的特點使得其在使用過程中發生故障的可能性較大，在經歷長時間的持續使用或者氣候的持續高溫或潮濕時將有可能使絕緣層被損壞，產生故障或者直接產生短路的現象。高壓電能整體計量技術使用的則是一種原理不相同的絕緣技術，將電氣一次回路與電氣二次回路相融合，使用了智能電路的設計，在電氣一次回路與電氣二次回路之間不需要進行絕緣設計，對于減小設備的總體積與總重量起到了十分重要的作用。

（二）傳感器設施設置endprint

雖然在對高壓電能進行計量時使用的絕緣方式大都是電器一次回路與二次回路相融合的方式，所以基本消除了傳感器中發生鐵磁共振現象的可能。但是想要正常的獲取電壓以及電流信息需要進行電壓以及電流傳感器的重新設計。

1電壓傳感器

如圖1所示，電壓傳感器在電能整體計量中起到的作用是十分重要的。電壓信號是由其在相間傳感器中的分壓器路獲得的。目前階段我國10kV配電網中廣泛使用的電壓傳感器有兩種，一種采用電阻分壓的形式，另一種則是采用電容分壓的形式，雖然本文中討論的是利用電阻完成分壓的電壓傳感器，但是在實際應用過程中電容分壓傳感器由于其性能的優越性更適用。為保障高壓電路的安全，通常會將各個電容使用串聯法連接起來，且電容內部同樣有串聯的成分，這樣做能保證電壓在每一個電容中均勻的分布，防止某一個電容中承受的電壓過大產生安全事故。需要注意的是，在進行電容元件的購買時盡量保證購買的產品為同一批次，最大限度保證各電容元件在工作時承擔的壓力值更平均，同時保證其外包裝的完整性，減少其使用前受溫度、濕度的影響。

2電流傳感器

如圖1所示，A相與C相之間的電能計量模塊設置在需要被測試的部分，由這種情況可知，TA的電氣一次回路與電氣二次回路之間持續處于等電位狀態中，所謂等電位就是說在其兩者之間的電壓值完全相同，且在進行電流計量時不需要考慮到電流傳感器的絕緣問題，所以在實施針對其的電流計量時，可以用體積較小的、使用高科技原料的精密電流傳感器，精密電流傳感器不僅可以做到計量更精確，同時由于其構成材料的先進性，還能更好的實現長時間持續的運行。這樣做不僅能有效減少電能整體計量設備的體積與重量，同樣能提升電流傳感器工作的穩定性與精確性。

結束語

目前在10kV配電網中被廣泛使用的電能計量設備存在體積大、重量大、使用壽命較短以及故障發生率較高等方面的問題，使用高壓整體計量設施能在很大程度上解決并改進這些問題，使用電能整體計量方法的高壓配電網運行穩定，能有效的對電網中電能的輸送情況進行監管，避免竊電等情況的發生。并且這種方式由于測量的主體為配電網中的高壓側，在保證設備精確度的情況下發生誤差的可能性較小，并且誤差值能有效確定，符合相關規范的說法，即其誤差值是直接測定出來的，而非通過其他測定計算的。電能整體計量思路在10kV配電網中的使用實踐取得了良好的成效，同時這種電能計量模式同樣符合我國目前階段智能電網的建設需求。事實證明，此種方式具有良好的推廣價值。

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