數(shù)字式電能計(jì)量系統(tǒng)及檢定裝置設(shè)計(jì)

周蒙 薛廣達(dá) 沈傳鵬

國(guó)網(wǎng)山東鄆城縣供電公司 山東鄆城 274700

摘要：隨著人們對(duì)電能使用量的逐漸增多，對(duì)電能表的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。在使用過(guò)程中，需要對(duì)電能表檢定裝置系統(tǒng)按照規(guī)程進(jìn)行檢修調(diào)試，并且按照電能表有關(guān)計(jì)量檢定的規(guī)程，對(duì)電能表檢定裝置系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以在使用中發(fā)揮良好的作用。本文首先說(shuō)明了現(xiàn)有數(shù)字化變電站計(jì)量系統(tǒng)，然后闡述了數(shù)字化變電站獨(dú)立計(jì)量系統(tǒng)，最后探討了數(shù)字式電能計(jì)量系統(tǒng)檢定裝置設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字式；電能計(jì)量系統(tǒng)；檢定裝置；在線監(jiān)測(cè)

一、現(xiàn)有數(shù)字化變電站計(jì)量系統(tǒng)

現(xiàn)有的各個(gè)廠家設(shè)計(jì)的，正在運(yùn)行的數(shù)字化變電站計(jì)量系統(tǒng)構(gòu)架都是使用的是電子式電壓、電流互感器+光纖傳輸系統(tǒng)+合并單元輸出信號(hào)采樣+數(shù)字化電表的模式，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

圖 現(xiàn)有計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

互感器數(shù)據(jù)輸出到合并單元，數(shù)據(jù)通過(guò)處理后，再重采樣后分發(fā)到保護(hù)、計(jì)量、測(cè)量設(shè)備。合并單元作為數(shù)據(jù)樞紐，具有改變數(shù)據(jù)的可能，交換機(jī)作為分發(fā)設(shè)備也具有改變?cè)紨?shù)據(jù)的可能，而這些都是計(jì)量系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)具有唯一性所不能允許的。

二、數(shù)字化變電站獨(dú)立計(jì)量系統(tǒng)

（一）與現(xiàn)有計(jì)量系統(tǒng)的對(duì)比

雖然國(guó)內(nèi)很多專(zhuān)家學(xué)者和不少設(shè)備廠商積極研究于數(shù)字化變電站，對(duì)于計(jì)量系統(tǒng)仍無(wú)明顯進(jìn)展，目前還是停留在電子式互感器、合并單元和電能表的模式。沒(méi)有對(duì)計(jì)量系統(tǒng)的嚴(yán)肅性有充分的認(rèn)識(shí)和重視。合并單元在系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)，對(duì)于保護(hù)設(shè)備是必不可少的，但同時(shí)又兼顧了采集計(jì)量數(shù)據(jù)功能，且大多數(shù)合并單元可隨意調(diào)整角比差，同時(shí)合并單元的運(yùn)行異常或者檢修又嚴(yán)重影響電能量的采集。沒(méi)有考慮這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于計(jì)量獨(dú)立性的影響，實(shí)際就沒(méi)有保證計(jì)量的法律法規(guī)需求。

相比較于現(xiàn)有的數(shù)字化變電站的計(jì)量系統(tǒng)，考慮到對(duì)計(jì)量領(lǐng)域的嚴(yán)肅性，對(duì)數(shù)據(jù)要求的準(zhǔn)確性等因素，本設(shè)計(jì)提出了計(jì)量專(zhuān)用采集單元 + 數(shù)據(jù)集中器采樣模式。本設(shè)計(jì)既滿(mǎn)足電能采集的獨(dú)立性又可提高電能采集的準(zhǔn)確性，做到電能采集與保護(hù)分離，方便計(jì)量單位對(duì)數(shù)字化變電站的電能量核算和維護(hù)。

（二）獨(dú)立計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)提供一種基于電子式互感器的數(shù)字化變電站的獨(dú)立計(jì)量系統(tǒng)。包括電子式電壓互感器，電子式電流互感器，它們把電力系統(tǒng)的電流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸?shù)接?jì)量專(zhuān)用數(shù)據(jù)同步分幀器，再由數(shù)據(jù)同步分幀器通過(guò)光纖傳輸?shù)綌?shù)字化電表，由電表完成電能的計(jì)量。

這是一種基于電子式互感器的計(jì)量專(zhuān)用數(shù)據(jù)同步分幀器。包括信號(hào)輸入（NO2、NO5、NO8），接入一個(gè)間隔的電流電壓輸入，最多 9 個(gè)通道；開(kāi)關(guān)輸入（NO3、NO6、NO9），接收開(kāi)關(guān)位置輸入接點(diǎn)，滿(mǎn)足變電站運(yùn)行方式改變的輸入；處理器（NO4、NO7、NO10），接收信號(hào)輸入模塊的信號(hào)，重新同步，數(shù)據(jù)打包，變成 IEC-61850 標(biāo)準(zhǔn)格式，轉(zhuǎn)發(fā)到電表。

數(shù)據(jù)同步分幀器實(shí)現(xiàn)的計(jì)量系統(tǒng)，建立了從互感器到電表之間的獨(dú)立鏈路的物理設(shè)備。從而改變了現(xiàn)有數(shù)字化電站計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電子式互感器感應(yīng)到電力網(wǎng)絡(luò)上的電流和電壓后，使用專(zhuān)用采集單元就地處理數(shù)據(jù)采樣，完成角比差校正的功能，然后直接經(jīng)光纜傳送到專(zhuān)用數(shù)據(jù)同步分幀器，最后送至電表。

由此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不再通過(guò)合并單元，數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立，保持計(jì)量數(shù)據(jù)的封閉性，唯一性和數(shù)字化。數(shù)據(jù)同步分幀器的設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足多個(gè)間隔的電流電壓數(shù)據(jù)采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)每個(gè)間隔的硬件獨(dú)立，易于維護(hù)。可以精確同步幾個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，提高了計(jì)量精度。

三、數(shù)字式電能計(jì)量系統(tǒng)檢定裝置設(shè)計(jì)

（一）裝置運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、設(shè)計(jì)電能量平衡監(jiān)視系統(tǒng)

設(shè)置實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程計(jì)量裝置誤差數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)及校驗(yàn)，結(jié)合電量數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，利用相關(guān)的插值算法對(duì)上網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視。電能計(jì)量裝置校驗(yàn)系統(tǒng)可以大大降低監(jiān)督管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不斷增加電能計(jì)量裝置檢測(cè)的準(zhǔn)確性。采用電能計(jì)量裝置遠(yuǎn)程校驗(yàn)系統(tǒng)，能完全避免現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)各種問(wèn)題的可能性，遠(yuǎn)方監(jiān)控人員能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)電壓互感器二次回路壓降測(cè)試。遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量裝置也可以用來(lái)判定被測(cè)電能表的誤差。對(duì)于多塊電能表的設(shè)計(jì)，通過(guò)繼電器可以控制切換測(cè)試線路，然后將監(jiān)控和校驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在本地顯示設(shè)備中或上傳至上層的數(shù)據(jù)中心。控制服務(wù)器可以單獨(dú)配置數(shù)據(jù)冗余備份，隨時(shí)接受上層客戶(hù)端發(fā)出的測(cè)試或查詢(xún)指令，準(zhǔn)確地為客戶(hù)端提供各項(xiàng)操作信息，并依據(jù)計(jì)劃自動(dòng)發(fā)出測(cè)試指令。

2.設(shè)計(jì)計(jì)量點(diǎn)視頻監(jiān)控點(diǎn)

采用計(jì)量點(diǎn)視頻可判斷電能表運(yùn)行環(huán)境變化圖像識(shí)別監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能計(jì)量裝置的自動(dòng)化管理模式，推動(dòng)電能表檢定裝置系統(tǒng)朝著智能化、集約化、科學(xué)化的方向發(fā)展。

（二）電能計(jì)量裝置狀態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

電能計(jì)量裝置狀態(tài)管理系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)工具，采用可重用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能計(jì)量裝置的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)及維護(hù)，該系統(tǒng)具有大容量、可采用多用途的大型電能計(jì)量分析裝置與計(jì)量中心生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)的鏈接，有效促進(jìn)了電能計(jì)量裝置的高效運(yùn)行。

（三）電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)途徑

1.系統(tǒng)的組成

電能表自動(dòng)檢定是系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。其價(jià)值主要在于對(duì)整個(gè)電力裝置系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，并將檢定信息上報(bào)到傳輸層，在做好自動(dòng)檢定工作的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)分揀自動(dòng)化操作。對(duì)于在系統(tǒng)構(gòu)建或者運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種接線錯(cuò)誤可以進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，還可以滿(mǎn)足系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，如果再借助高性能嵌入式芯片的效能，甚至可以對(duì)于系統(tǒng)電流運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)互感器接線的有效性和正確性，也可以識(shí)別互感器二次端子與電能表之間連接的正確性。電磁式電流互感器不僅體積與質(zhì)量增大，而且也給電壓的測(cè)量帶來(lái)很大的便利。

2.設(shè)計(jì)方法

電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，一般來(lái)講主要由以下幾個(gè)部分組成：其一，輸送單元；其二，接拆線單元；其三，準(zhǔn)確度檢定單元；其四，通電檢查單元。軟件運(yùn)行的前提是具備健全的檢定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)全過(guò)程、智能化的檢定。以電能表自動(dòng)化檢定流水線系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)檢定模式下系統(tǒng)由2×18表位的耐壓?jiǎn)卧⑼庥^檢測(cè)單元以及編程加密單元組成的；而智能檢定模式下系統(tǒng)由檢定單元，耐壓?jiǎn)卧⑼庥^檢測(cè)單元，編程加密單元各2套組成。系統(tǒng)試運(yùn)行期間，使用檢定設(shè)備，對(duì)于電能表檢定工作運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，一般會(huì)從性能比和效率兩個(gè)角度入手，結(jié)果是智能化電能表檢定時(shí)間短，檢定裝置檢定效率提高120%，人員使用減少80%，每年可隨著電能計(jì)量的再深化，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將更大。

3.電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)改進(jìn)

電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)是為適應(yīng)單相電能表自動(dòng)化檢定特殊性而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其系統(tǒng)運(yùn)行具有穩(wěn)定性和可靠性高。電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)編程鍵在保證單相電能表安全的前提下，需要確保電能表編程課進(jìn)入允許編程狀態(tài)或無(wú)法編程狀態(tài)，此時(shí)的編程功能始終處于編程允許狀態(tài)。電能表在參數(shù)設(shè)置密鑰后，在紅外的幫助下，以編程的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于開(kāi)關(guān)的控制，也就是說(shuō)可以在不考慮電能表運(yùn)行狀態(tài)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能表的編程操作，均能產(chǎn)生編程數(shù)據(jù)記錄，有效降低了自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的建設(shè)成本。

結(jié)語(yǔ)

綜上，電能表檢定裝置系統(tǒng)能有效提高了計(jì)量管理水平，不斷增強(qiáng)計(jì)量工作的管控力和影響力，確保電能表檢定裝置系統(tǒng)在實(shí)際中得到有效利用。

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