PEC-H3A型現(xiàn)場校驗儀改進設(shè)計及應(yīng)用

(國網(wǎng)廈門供電公司，廈門　361000)

1　前言

近年來，我國電力行業(yè)逐漸走入市場，電能計量是否準(zhǔn)確、可靠，對于用戶和企業(yè)具是重要意義[1]。隨著電量交易量越來越大，供電企業(yè)和用戶對自身的利益越來越重視[2]。因此，為了保障電能計量更好地體現(xiàn)用戶用電的準(zhǔn)確和公開，引導(dǎo)用戶更為有效、合理、均衡的用電，實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟運行的目的，供電企業(yè)就必須制定電能計量裝置周期性檢查[3]。

隨著電力行業(yè)對電能計量工作提出越來越高的要求，如何更好的使用我們現(xiàn)有設(shè)備進行工作，減少自動化設(shè)備引起的誤差，成為了目前研究電能現(xiàn)場檢驗儀的關(guān)鍵問題[4]。這就需要我們更為全面的了解電能表現(xiàn)場檢驗設(shè)備。目前大部分的供電公司計量外校班均配備PEC-H3A型三相電能表現(xiàn)場校驗儀，因此，本文主要研究該型號設(shè)備的優(yōu)勢與劣勢，改進它的不足和功能限制，使它的使用符合區(qū)域性用電情況，更好的控制更換設(shè)備成本、提高工作效率、減少工作的測試差錯，實現(xiàn)現(xiàn)場校驗的自動化[5]。

鑒于三相電能表現(xiàn)場校驗儀在實際工程應(yīng)用中存在的問題，本文以PEC-H3A型號為例，對其軟件和硬件進行改進和設(shè)計，來解決因不同接線方式引起的頻繁切換電源問題、空負(fù)荷下查線精度低的問題。

2　供給電源改進

傳統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校驗儀，它的供電裝置不是內(nèi)部自帶的[6]，是通過外接線采集現(xiàn)場電能表電壓供電的，如今也基本是靠現(xiàn)場的電表電壓啟動儀器工作的，它的供給電源工作電路圖如圖1所示，儀器工作時需要從開關(guān)電源的電源輸入座引轉(zhuǎn)接線到測試電壓，電壓范圍是100～220V之間。

圖1　儀器工作電源電路圖

現(xiàn)場電能表根據(jù)接線方式的不同，它們的電壓可以分三類，有相電壓和線電壓之分。

表1　電壓切換情況分類

受到儀器工作電壓范圍的限制，因此儀器電源插頭必須每次工作時選擇正確的工作電壓。遇到Ⅰ、Ⅲ類電能表時，我們需要根據(jù)它的線電壓和相電壓來切換電源插頭。

① 遇到<100V時，儀器無法啟動，需要切換到線電壓工作。

② 遇到>220V時，儀器過壓保護，無法開機，需要切換到相電壓工作。

由于現(xiàn)場電能表數(shù)量的繁多，工作時遇到三種型號電能表有一定的隨機性，因此這種頻繁切換電壓造成儀器工作的不穩(wěn)定性，容易埋下安全隱患，因此我們進行了改進。

(1)制作寬范圍開關(guān)電源，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)在測試線上取電，擴大儀器工作電壓范圍。

(2)將單相全波整流電路制作成三相整流電路。通過三相整流橋?qū)⑷嘟涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電供給開關(guān)電源用，只要其中一相有電，開關(guān)電源就能照樣工作。這樣使得儀器啟動無需在電能表電壓插頭末端采取。

針對圖2搭建的電路圖，我們需要選取合適的電子器件，依照實踐中的作業(yè)感受，該地區(qū)的工作區(qū)域內(nèi)，高供高計中心點絕緣的客戶有些是用三相四線接線方案，當(dāng)用戶設(shè)備存在大諧波會沖擊作用于電網(wǎng)，將發(fā)生如圖3所標(biāo)注的現(xiàn)象。

圖2　儀器改進后工作電源電路圖

圖3　諧波影響電壓作用效果圖

諧波將對電壓產(chǎn)生很大的作用，使其產(chǎn)生畸變效應(yīng)。工作人員調(diào)查了所在分局管轄內(nèi)的十四個大諧波用戶的畸變比率，并實施了具體詳細(xì)的分析，見表1所列。

表2　諧波畸變比率統(tǒng)計數(shù)據(jù)

根據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》中對供電電壓偏差的規(guī)定,最低電壓為：57.7V-57.7V*10%=52V，最高電壓：380V+380V*10%=418V[7]。現(xiàn)場實際中，諧波的發(fā)生將促使中心點出現(xiàn)位移，三相電壓的表現(xiàn)將極其不對稱，并且電壓在該諧波的沖擊下，將出現(xiàn)低于52V或者高于418V的理論電壓的現(xiàn)象。越過上限將致使儀器在過壓保護功能下，自我休眠或關(guān)閉。也會出現(xiàn)畸變之后實際電壓難以抵達(dá)下限值，機器將沒有辦法開啟。依表1中最大畸變率計算得到：57.7V/125.6%≈46V，380*125.6%≈477V，所以選取場效應(yīng)晶體管的條件是使其工作電源在46～477V范圍內(nèi)。

表3　兩種型號場效應(yīng)晶體管比對數(shù)據(jù)

按照上面的標(biāo)準(zhǔn)以及表2所列晶體管信息，本文選取了P4N100類型的場效應(yīng)晶體管，該晶體管可使儀器輸入電壓在30～620V之間。

表4　兩種不同類型二極管比對數(shù)據(jù)

同理，實際應(yīng)用中三相整流橋電路中可耐受的最大關(guān)閉電壓能夠高達(dá)540V，因此本研究選取R2000類型的二極管作為基準(zhǔn)二極管。

根據(jù)選取出的場效應(yīng)管和二極管的選取，設(shè)計出整改后電源電路，如圖4所示，相比于原有的電源供給，整改后的電源電路可調(diào)范圍增加，從而達(dá)到消除因電壓影響測試精度低的影響。

3　小負(fù)荷檢驗改善措施

經(jīng)統(tǒng)計，“負(fù)荷小”占比高達(dá)72.5%。正是由于小負(fù)荷占比較高才致使工作單重復(fù)數(shù)據(jù)居高不下的重要因素[8]。傳統(tǒng)電能表現(xiàn)場校驗儀的電流采樣回路如圖5所示。

鑒于AD采集設(shè)備最大可以承受的信號為正負(fù)5V，且交流電在正負(fù)3.536V之間，電流鉗又有一倍過載，因此該校驗儀僅可以指示0.05～5A之間的被測電流。

圖4　整改后電源電路示意圖

對于高供高計用戶現(xiàn)場計量裝置的采集的基礎(chǔ)電流表示如圖6所示。

圖6　外校儀基礎(chǔ)電流結(jié)構(gòu)圖示

由圖6可說明電能表測量基礎(chǔ)電流約等于變壓器空載電流與使用者生產(chǎn)負(fù)載之和。使用者一側(cè)負(fù)荷小的最小值稱為無或空負(fù)荷，變壓器空載電流無論多小都會存在。因此，變壓器的空載電流即可以成為我們校驗儀查線所需電流。

放大變壓器空載電流至現(xiàn)場實負(fù)荷滿足電能表校驗標(biāo)準(zhǔn)，通過測算首校用戶中變壓器空載電流最小值，來確定電流放大倍數(shù)。此外，變壓器的空載運行耗能涵蓋鐵損與銅損，根據(jù)變壓器空載運行耗能可以反應(yīng)出計量電流回路的空載電流值，根據(jù)電網(wǎng)運行經(jīng)驗，容量100kV安變壓器所相應(yīng)的空載運行電流最低，在0.003A以上。因此，測算變壓器二次空載運行電流最低值必須大于0.003A。

由于變壓器空載電流值較小，電流采集后需要在儀器的電流采集回路中添加一放大電路。市場上最常用的有4種型號的放大器，進行比選得出結(jié)論如表5所示。

表5　4類規(guī)格型號的運算放大器對比表

由于OP07C型號的放大器輸入阻抗高，失調(diào)電壓溫飄小且失調(diào)電壓可調(diào)，并且可抑制高頻干擾，所以選擇OP07C型號的放大器。根據(jù)實際采購的元件，組合的電路放大倍數(shù)為11倍。電路的構(gòu)建及原理如圖7所示。

圖7　放大電路構(gòu)建原理圖

4　改進儀器實踐測試分析

4.1　儀器檢驗接線

三相電能表現(xiàn)場校驗儀的校驗接線只要有檢驗單相接線、三相三線和三相四線，分別如圖8～10所示，測試的功能界面如圖11所示。

圖8　檢驗單相電能表線路連接示意圖

圖9　檢驗三相三線電能表線路連接示意圖

圖10　檢驗三相四線電能表線路連接示意圖

圖11　電能表檢驗儀檢驗功能界面圖

4.2　實測結(jié)果

三相不平衡負(fù)載運行檢測合格結(jié)果，如表6所示；三相平衡負(fù)載運行檢測合格結(jié)果，如表7所示。

表6　三相不平衡負(fù)載運行檢測合格結(jié)果

表7　三相平衡負(fù)載運行檢測合格結(jié)果

5　結(jié)論

本文詳盡闡述了PEC-H3A型三相電能表現(xiàn)場校驗儀在某地區(qū)供電公司校表使用中存在的實際情況，在三相電壓不平衡以及新上用戶無負(fù)荷等兩種情況下，針對設(shè)備本身的局限性，增加了兩個設(shè)計：(1)給儀器的工作電源增加了更寬的工作電壓范圍；(2)利用放大變壓器空載負(fù)荷作為儀器查線時候的基礎(chǔ)電流，完成現(xiàn)場無負(fù)荷的查線檢驗。經(jīng)過這兩種技術(shù)的實施改進，最終使PEC-H3A型設(shè)備更符合我們的工作需求。

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