电能计量装置在线检测系统的应用探讨任真锐

电能计量装置在线检测系统的应用探讨任真锐

任真锐

（鄂尔多斯电业局伊金霍洛供电分局集抄运维班内蒙古鄂尔多斯017200）

摘要：近年来，随着供电量的增加，导致计量人员和电网计量设备发展非常不协调，无形中增加了计量人员工作负担。因此，电力企业需不断更新计量管理系统，在整个系统中稳步实施在线监测技术，这对于增强电力计量装置的准确性非常有帮助，进而推进了电力企业的发展进步，为社会经济的发展提供良好的条件。

关键词：电能计量装置；在线检测系统；应用探讨

1背景分析

电能计量是电力企业的重要组成部分，对电能数据进行准确可靠的测量，直接关系着电力公司的生产部门、管理部门、营销部门的效益和决策，也关系到发电、供电、用电单位的经济利益。为不断完善电力市场的投资、经营、管理，确保电力计量的公平、准确，保障国家和大众的利益，国内外电力公司一直把关注点停留在研究电力计量装置监测与校准系统，努力使其朝着自动化、实时监测，主动预测的方向发展，从而实现计量装置的在线监测、在线校验、运行状态趋势预测等功能。电力计量装置在线监测系统是涵盖了数据采集处理、数据传输、数据统计分析等功能的自动化监测系统，它监测的对象为电能表、电压互感器、电流互感器及其组成的二次回路等。国外的发展要比国内时间早，探索时间久，积累了很多的经验，大家有共识的是计量装置的检修方式发展方向是由周期检修向着状态检修过渡，国内的发展还处于起步阶段，电力计量装置的检修还存在无法全方位实现在线校验与远程诊断的问题，跟不上电网覆盖范围扩大、用电设备数量增加的步伐。电力部门面对用户越来越高的要求，必须采取行之有效的方法加强对设备的运维管理，努力平衡电网经济效益和成本支出之间的关系。

2电能计量装置在线监测的基本原理

电能表的电压、电流和脉冲信号和PT端的电流、电压、二次回路信号通过通道切换和数据转换模块被采集到检测系统中，从而实现以下几个功能，即电能表误差测试、PT二次回路压降测试和导纳测试，与此同时还可以动态监测计量装置的运行工况，内部微处理器可以实现通道切换及运算，并可以及时对数据进行存储，在线检测系统可以实现标准模块的转移，利用多路转换开关来实现多回路和多电能表误差分析，经过数据定期回传，可以对数据进行查询，当发现问题可以及时的处理。然而，PT压降测试利用布线原理，将电压和电能表电压采集至在线监测系统中，这点比人工监测方法强很多，人工监测只是将测试电缆采用布线形式进行固定，利用内部电路模块来实现测量数据的比较，同时电能计量装置在线监测可以进行远程手动监测，在测试的基础之上，加入手动测试，从而实现定时测试的目的。在现场中，经常会应用以太网通信形式进行远程控制，并将数据保存至测量主机上，从而对数据进行分析和保存，为后续的数据处理奠定坚实的基础。

3在线检测系统设计方案

3.1在线检测的系统结构

一体化计量装置将电子式电压互感器、电子式电流互感器与计量终端等电气设备进行整体封装，减少了误差来源，实现了电子式互感器和电能表的无缝连接，只对互感器、电能表等计量装置进行定期轮换检定已不再适用。本文提出的针对一体化计量装置的在线检测系统通过电流、电压采样模块和电能计量模块构成现场校验通道，与一体化计量装置构成的被检通道采用电流串联、电压并联的方式同时接入线路，对运行电网动态数据进行采集。在线检测系统将高电压、大电流信号经过电阻分压网络和钳形电流互感器输出mV、mA级别的小信号送入电能计量芯片ADE7878，经过内部处理存入内部寄存器，由LPC2368通过串口读取电流、电压、功率等数据，与一体化计量装置读取的动态数据一并送入算法模块进行比对。

3.2电流采样模块

电流采样模块采用钳形电流互感器。钳形电流互感器作为一种手持式工具性多功能测量仪表主要用于电力、能源、交通等各个工业领域或科研部门的测量。现场检测时钳形电流传感头和被检一体化计量装置的电流输入端固定于同一母线上对运行电网电流数据进行采集。若根据传统校验规程对其进行溯源，标准通道准确级应该高于被检通道至少两个等级，由于现场条件限制很难达到此要求，本文所提出的电能计量装置在线检测方法是在实验室环境下对现场校验设备进行校准，只能做到尽可能提高现场条件下校验通道的准确度。所以，作为在线检测系统关键组成部分的钳形电流传感器的测量准确度是影响整个在线检测系统准确度的重要因素。

3.3电压采样模块

电网运行线路电压是在线检测系统监测的另一个重要参数。电力系统中的电压信号测量使用分压器，根据测量原理不同，将其主要分为以下三种类型：（1）电阻分压器，高、低压臂均由电阻器构成，具有低频特性好的特点，并且电阻分压器的结构简单，测量精度较高，长期稳定性较好，但为保证高响应性能，它的阻值不能太大。（2）电容分压器，分压器的高压臂和低压臂的测量元件均为电容器，高压臂与低压臂电容值之和与低压臂电容值的比值称为分压比，具有高频性能好以及测量电压高等优点。（3）阻容分压器，高压臂和低压臂的测量元件由电阻器和电容器构成，属于阻容混合式，利用RC串联网络来分压。阻容分压器是在电阻分压器和电容分压器的基础上发展而来，兼具电阻分压器低频特性好及电容分压器测量电压高、高频性能好的优点，但缺点是高频低电容网络调试复杂。一体化计量装置在线检测系统电压信号的采集通过对运行电网的各相电压分压得到。利用分压原理获得所需的电压信号，确保分压比的准确性和稳定性成为关键。由于电容器本身存在绝缘电阻，分压比不再是简单的比例关系，分压过程存在一定的误差；而且由容性元件组成的分压器会使电流超前电压，需要在分压电路后端对信号进行相位的调整，增加了装置的复杂性；并且，在线检测设备的实际工作环境在户外，所处环境复杂多变，夏季气温过高而冬季气温过低，电容器的电容量会随着其所处环境的温度、湿度的变化而变化，分压比也会随之改变，最终导致实际获得的分压信号与计算所得分压值存在偏差；鉴于以上原因，并考虑到户外在线采样的小体积、高精度要求，本文设计的电压采样模块选用电阻分压方式。

3.4电能计量模块

电能计量模块作为在线检测系统的重要环节之一，其性能的优劣直接影响最终结果。电能计量芯片通过将电压/电流采样模块采集到的电压与电流信号相乘，得到瞬时功率。按照一定的周期对瞬时功率做积分得到平均功率，对平均功率按时间累积完成电能计量。电能计量在电能计量装置在线检测系统中的作用至关重要，电能参数采集的准确与否直接影响了整个系统电能的计量准确度。根据本文提出的电能计量装置在线检测方法所要实现的功能和应参照的技术指标，在考虑开发周期和开发成本的基础上，电能计量模块最终决定以LPC2368+ADE7878为计量终端的核心。ADE7878是美国ADI公司制造的三相高精度多功能电能计量芯片，其工作电压范围为2.4V~3.7V，可提供四种不同的电源模式，引脚PM0和PM1可以控制ADE7878进入不同的功耗模式；具有可编程输入增益放大器（PGA），ADE7878的电压和电流通道均为24bitΣ-△型ADC，提供I2C，SPI，HSDC多种数据接口和CF1、CF2、CF3三个可配置的脉冲输出。在电池供电模式下，可提供电流监测功能，通过检测中性电流与三相电流代数和是否匹配，进行有效地防窃电检测。同时，可以通过修改ADE7878的增益寄存器、相位寄存器和有效值偏移失调寄存器的值，从而使计量误差达到相关标准。

参考文献

[1]夏天,雷鸣,郑欣,刘岑岑,鄢烈奇.智能变电站电能计量装置在线监测系统设计[J].仪表技术,2018,05:18-21.

[2]韩佳.浅谈互感器二次负荷在线测试与电能计量装置改造[J].低碳世界,2017,30:12-13.

[3]申莉,彭翔,李力华.关口电能计量装置在线校验及故障诊断采集前置装置设计[J].电测与仪表,2017,5419:102-106+112.