淺談電子式互感器和智能電能表校驗(yàn)技術(shù)

史冉冉　徐龍濤

摘要：電子式互感器和智能電能表在數(shù)字化變電站中對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)起到重大的促進(jìn)作用，因此這兩方面的應(yīng)用、在線校驗(yàn)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行非常重要。文章介紹了電子式互感器和智能電能表的基本工作原理及校驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：電子式互感器；智能電能表；校驗(yàn)技術(shù)；數(shù)字化變電站；智能電網(wǎng)建設(shè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM452 文章編號(hào)：1009-2374（2016）12-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.034

1 電子式互感器

1.1 引言

目前數(shù)字化變電站的技術(shù)比較成熟，在很多試點(diǎn)推廣。作為決定性設(shè)備，電子式互感器的推廣應(yīng)用有著舉足輕重的作用，適用的校驗(yàn)技術(shù)需要企業(yè)及時(shí)引進(jìn)和采用，以此保障整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

1.2 常見(jiàn)的電子式互感器工作原理

1.2.1 無(wú)源電子式交流互感器在以磁光效應(yīng)理論為基礎(chǔ)（法拉第）運(yùn)行，主要是光波通過(guò)磁光材質(zhì)時(shí)使其偏振面旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度即可確定電流大小，也稱(chēng)為電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生的偏振面旋轉(zhuǎn)。因此測(cè)量原理可以分為逆壓電效應(yīng)（或電致伸縮效應(yīng)）和Pokels效應(yīng)兩種，其中第二個(gè)是主要作用原理。Pokels效應(yīng)在外加電場(chǎng)的作用下，某些警惕的折射率發(fā)生變化。比如一束偏振光在晶體表面發(fā)生折射時(shí)，將分為相互垂直的兩束線性光線（震動(dòng)方向上），其電壓和相位差成正比。

1.2.2 有源電子式電流互感器是通過(guò)電子技術(shù)將一次傳感器輸出的電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，此時(shí)數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)光線傳給二次設(shè)備。需要電源給A/D轉(zhuǎn)換裝置供電，所以稱(chēng)為有源電子式互感器。此種傳感部分工作原理主要是傳統(tǒng)的電容分壓技術(shù)，電容分壓測(cè)量單位使被測(cè)對(duì)象形成較低電壓，此時(shí)可以將輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，再利用光纖傳導(dǎo)給二次設(shè)備。

2 電子式互感器校驗(yàn)技術(shù)

2.1 電子式互感器校驗(yàn)的原因和意義

目前電子式互感器的校驗(yàn)均為離線式校驗(yàn)，使得現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)的工作效率較低，在線校驗(yàn)可以提高和完善電子式互感器的性能檢測(cè)以及提高監(jiān)測(cè)工作效率。在運(yùn)行中定時(shí)在線校驗(yàn)，不僅可以提前預(yù)防事故的發(fā)生并降低企業(yè)損失，還提高了整個(gè)變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。電子式互感器在線校驗(yàn)技術(shù)相比離線狀態(tài)下更加具有優(yōu)勢(shì)：（1）在不斷電的情況下，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和誤差校驗(yàn)，減少損失，高效運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）為其他互感器提供參數(shù)；（3）數(shù)據(jù)還可以支持之后的數(shù)字式電能表的安全有效運(yùn)行；（4）針對(duì)性維護(hù)，電子式電流互感器利用率大大增加；（5）產(chǎn)品可靠性增加，全面的故障分析可以提供有效的反饋。

2.2 電子式互感器校驗(yàn)的工作原理

電子式互感器校驗(yàn)有兩種形式，即模擬小電壓信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。相比傳統(tǒng)的電磁式，電子式互感器區(qū)別很大。傳統(tǒng)的電磁式是在不需要實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的情況下校驗(yàn)，因?yàn)槠湓眍H為簡(jiǎn)單，已經(jīng)具有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但是在數(shù)字化變電站中，主要是針對(duì)電子式互感器的誤差測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)電流數(shù)據(jù)被采集和傳輸是在線校驗(yàn)的主要方式，即輸出的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和校驗(yàn)，即可得到誤差和運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)量。標(biāo)準(zhǔn)電流通道、被校驗(yàn)電流通道及校驗(yàn)平臺(tái)三部分形成在線校驗(yàn)的主要系統(tǒng)。與離線校驗(yàn)的區(qū)別分析：（1）操作流程不同。離線校驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，沒(méi)有高壓，而在線校驗(yàn)需要絕緣高壓，確保工作人員的人身安全；（2）電流傳感頭不同。離線校驗(yàn)的多為電磁式，在線校驗(yàn)多為電流傳感頭；（3）校驗(yàn)算法有差異。

模擬小電壓信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是被電子式互感器輸出的兩種形式，研究新校驗(yàn)方法才能有效地使整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)

行，因?yàn)檫@兩種形式和舊的即電磁式互感器有很大的區(qū)別。

如圖1所示為數(shù)字輸出式電子式電流互感器校準(zhǔn)接線圖的細(xì)節(jié)部分。該圖清晰地說(shuō)明被測(cè)電子式電流互感器和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器串聯(lián)在一起，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻將二次輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，接著將其連到標(biāo)準(zhǔn)A/D輸入端，另外被測(cè)電子式電流互感器的二次輸出連通MU，再通過(guò)光線將其數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)诫娮邮交ジ衅餍ｒ?yàn)儀的數(shù)字接入端。在同步脈沖采集樣品，校驗(yàn)被測(cè)電子式電流互感器

與標(biāo)準(zhǔn)A/D的輸出信號(hào)，最后利用有效算法計(jì)算出比差和角差。

2.3 電子式電流互感器校驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 帶電作業(yè)方式研究。由于離線的校驗(yàn)沒(méi)有高電壓的存在，其采用的升流裝置以及設(shè)備的安裝連接和拆卸等過(guò)程并沒(méi)有考慮到操作人員的人身安全問(wèn)題。因此在電子式互感器校驗(yàn)時(shí)，要重新加入高壓帶電作業(yè)方式，即在高壓電氣設(shè)備上進(jìn)行檢修、測(cè)試和故障部件更換（處理故障）作業(yè)時(shí)，不能切斷電源。在這種情況下，操作人員一般會(huì)采用一些絕緣操作方法等，比如利用絕緣操作桿和等電位作業(yè)、水沖洗等。

2.3.2 高準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)電流傳感頭研究。由于標(biāo)準(zhǔn)電流傳感頭的準(zhǔn)確度只有在高于被測(cè)電子式電流互感器兩個(gè)等級(jí)以上才能算符合校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在目前電力系統(tǒng)中的電子式互感器普遍為0.2級(jí)和0.5級(jí)及特殊用途0.2S和0.5S級(jí)，故標(biāo)準(zhǔn)傳感頭的準(zhǔn)確級(jí)應(yīng)滿足0.02級(jí)。如果想要在不斷電的情況下進(jìn)行校驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)采用非接觸式測(cè)量電流傳感頭或鉗形結(jié)構(gòu)的電流傳感頭。

3 智能電能表

3.1 引言

伴隨著智能電網(wǎng)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣，作為智能電網(wǎng)的終端，智能電能表在系統(tǒng)內(nèi)得到了很大的推廣和應(yīng)用。為了確保智能電表安全高效地運(yùn)行，只有加強(qiáng)對(duì)其的校驗(yàn)，才能更好地促進(jìn)其性能的發(fā)揮。

3.2 智能電能表特點(diǎn)

由于智能電能表將測(cè)量、數(shù)字信號(hào)、自動(dòng)控制、通信以及計(jì)算機(jī)等眾多技術(shù)有效地結(jié)合在一起，成為現(xiàn)如今高效率智能型電網(wǎng)系統(tǒng)的有效控制終端。因此這些技術(shù)使智能電能表在性能方面和可操作性方面都具有更大的提升，不僅節(jié)省了人力物力，而且提高了效率。各方面優(yōu)秀技術(shù)與電子集成電路的設(shè)計(jì)組合是智能電能表廣泛使用的基礎(chǔ)，另外其最大的特點(diǎn)是信息技術(shù)，信息技術(shù)的發(fā)展為智能電能表提供了基礎(chǔ)和出現(xiàn)的前提條件，因此信息技術(shù)的很多顯著特點(diǎn)也體現(xiàn)在智能電能表之中，主要有功率小、功能多、過(guò)載與工頻范圍較寬等特點(diǎn)。其中功耗小是相對(duì)比傳統(tǒng)的電能表功耗（1.7W左右），智能電能表的功耗平均每個(gè)表僅為0.6W左右，并且使用越多，功耗平均也將更小，此特點(diǎn)大大地節(jié)省了能源。另外，功能相對(duì)齊全，具有防偷電、可預(yù)付電費(fèi)、數(shù)據(jù)處理、識(shí)別非正常負(fù)載（短路等情況下）、復(fù)費(fèi)率、存儲(chǔ)等功能，且這些功能在一個(gè)比傳統(tǒng)電能表體積更小的智能電能表中實(shí)現(xiàn)。過(guò)載與工頻范圍較寬的特點(diǎn)與傳統(tǒng)電子式電表相對(duì)比而言，過(guò)載倍數(shù)提高了2倍（智能電能表為8～10倍，傳統(tǒng)電表為4倍），同時(shí)精確度方面也提高了等級(jí)，總結(jié)來(lái)說(shuō)就是精確度高、誤差小。綜合以上的特點(diǎn)，使得智能電能表更節(jié)省人力物力和財(cái)力，并且能夠提高智能電能表的工作質(zhì)量和效率。

4 智能電能表的構(gòu)成與工作原理

傳統(tǒng)的電表是感應(yīng)式，隨著信息科技的發(fā)展，其在供電企業(yè)的應(yīng)用逐步被替代和淘汰。智能電能表的表計(jì)有兩部分隔離的工作電源：一部分給RS485供電；另一部分給CPU、液晶驅(qū)動(dòng)芯片供電。電阻分壓后網(wǎng)絡(luò)完成電壓信號(hào)取樣并完成計(jì)量部分，被取樣的電壓電流信號(hào)傳送給計(jì)量芯片。計(jì)量芯片內(nèi)部有計(jì)算其功率信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，從而可以轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出。接著單片機(jī)對(duì)脈沖信號(hào)累加處理，再根據(jù)該電表所在區(qū)域進(jìn)行電費(fèi)計(jì)價(jià)，最終通過(guò)LCD液晶顯示器顯示最后的數(shù)據(jù)，即電量、電費(fèi)等用戶需要的數(shù)據(jù)。

5 智能電能表校驗(yàn)的注意事項(xiàng)

5.1 智能電能表校驗(yàn)過(guò)程中報(bào)警代碼方面的注意事項(xiàng)

就智能電能表而言，其在日常運(yùn)行時(shí)，智能電能表可以對(duì)內(nèi)部異常進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，并且通過(guò)推廣和研發(fā)，智能電能表已經(jīng)有了個(gè)性化的設(shè)計(jì)，報(bào)警代碼（不同種類(lèi)的）可以通過(guò)顯示屏及時(shí)地顯示出來(lái)，然而由于智能電能表的型號(hào)不同，對(duì)于報(bào)警代碼的規(guī)定和呈現(xiàn)不同，而部分校驗(yàn)人員在對(duì)其校驗(yàn)時(shí)往往忽視報(bào)警代碼的查看。在智能電能表校驗(yàn)過(guò)程中，校驗(yàn)人員首先就應(yīng)注意智能電能表的報(bào)警代碼。切實(shí)掌握其所代表的意義，才能更好地確保智能電能表的缺陷和安全隱患得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，以促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)效率的提升。

5.2 智能電能表校驗(yàn)過(guò)程中電池電壓方面的注意事項(xiàng)

在智能電能表中，電池是其不可缺少的元器件之一，是外部電源停電后的備用電源，尤其是一旦外部電源停電后，其作為后備電源確保整個(gè)電表時(shí)鐘的正常運(yùn)行。電池不僅存在容量限制問(wèn)題，而且元器件自身也會(huì)耗電，隨著其運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，不管采用哪種電池，其均會(huì)存在失壓的情況，從而導(dǎo)致時(shí)鐘顯示錯(cuò)誤，會(huì)給智能表的安全運(yùn)行帶來(lái)諸多不良影響，尤其是公司階梯式電價(jià)策略實(shí)施以來(lái)，很多企業(yè)的電費(fèi)計(jì)量方式是分費(fèi)率和分時(shí)段的進(jìn)行，若智能電能表的時(shí)間不準(zhǔn)確，就會(huì)導(dǎo)致智能電能表的記錄時(shí)間與用戶的用電時(shí)間不同，而在不同的時(shí)段就會(huì)產(chǎn)生不同的電價(jià)。在對(duì)智能電能表進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，必須注重其時(shí)間的檢查，尤其是應(yīng)核對(duì)時(shí)鐘是否正確、電池狀態(tài)是否有效等，并結(jié)合檢查的情況進(jìn)行針對(duì)性的檢修和校驗(yàn)，才能更好地避免計(jì)量糾紛的發(fā)生。若檢查過(guò)程中存在時(shí)鐘超范圍或電池欠壓，就應(yīng)及時(shí)地退補(bǔ)電量和更換表計(jì)，并在此基礎(chǔ)上確保表計(jì)輪換計(jì)劃得到嚴(yán)格的執(zhí)行，預(yù)防其出現(xiàn)超期限服役的情況。通常情況下，時(shí)鐘錯(cuò)誤主要是由于電池欠壓所導(dǎo)致，最終導(dǎo)致電量數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這就需要校驗(yàn)人員嚴(yán)格按照電池電壓規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，利用紅外掌機(jī)或者PAD抄錄電池的電壓值，并將其與標(biāo)準(zhǔn)核定后對(duì)其進(jìn)行檢查，對(duì)于存在失壓的電池應(yīng)及時(shí)的更新，預(yù)防因此導(dǎo)致的電量差錯(cuò)。

5.3 智能電能表校驗(yàn)過(guò)程中電量方面的注意事項(xiàng)

除上述注意事項(xiàng)外，在實(shí)際校驗(yàn)工作中，還應(yīng)注意電量方面的分析和判斷。部分智能電能表電量在累計(jì)、存儲(chǔ)停電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程中，由于程序設(shè)計(jì)上的失誤，會(huì)存在一定的概率導(dǎo)致組合電量、正向電量和反向電量不一致，紅外掌機(jī)抄讀正向電量，而部分智能電能表液晶顯示組合電量，出現(xiàn)紅外掌機(jī)抄錄電量和液晶顯示電量不符。由于目前普遍采用紅外掌機(jī)抄讀電表電量，并據(jù)此和用戶進(jìn)行結(jié)算，這樣就會(huì)造成計(jì)量糾紛。所以在校驗(yàn)電表過(guò)程中，必須對(duì)液晶顯示電量和紅外掌機(jī)抄讀電量進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)差錯(cuò)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李萌.電子式互感器數(shù)字接口[D].華中科技大學(xué)，2005.

[2] 劉琨.電子式互感器合并單元（MU）的研究與設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2006.

作者簡(jiǎn)介：史冉冉（1980-），女，山東成武人，供職于國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司，研究方向：農(nóng)電配網(wǎng)建設(shè)及低壓線損治理；徐龍濤（1978-），男，山東鄆城人，供職于國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司，研究方向：農(nóng)電管理、農(nóng)電配網(wǎng)建設(shè)。

（責(zé)任編輯：王 波）