浅谈数字电能计量及其检测技术

浅谈数字电能计量及其检测技术

窦瑞军张晓磊李广山

国网新疆电力有限公司电力科学研究院计量中心新疆乌鲁木齐830000

摘要：近年来，信息化、网络化的脚步逐渐加快，科学技术也相应在提高。也就是数字化变电站的发展已然成为趋势。电能表作为数字变电站的主要组成，其检测技术的提升实为必然。所谓的数字电能表计量与检测，就是将传统的信息采集、传输等内容智能化。其能够合理的消除二次讲演以及模拟电表采集存在的误差，提升了电能计量的整体稳定。基于此，笔者就对其计量与检测进行相关研究，希望能够为电能产业的发展提供帮助。

关键词：数字；电能计量；检测技术

前言

随着我国电力系统的不断发展，智能变电站越来越多地出现在我们的日常生产生活中，为了能够与智能变电站的发展相适应，必然在现有技术的基础上，进一步设计出具有数字化变电站特点的计量系统。从目前的情况来看，计量系统也处于不断更新的状态中。和传统的计量系统比较来说，智能计量系统的优势更多一些。

1电能计量发展

随着数字化技术不断发展，传统的变电站自动化系统已无法满足智能化电网的要求，数字化变电站将是继综合自动化技术后电力系统变电站建设的又一次革新，数字化变电站必将是变电站建设的趋势[1]。它以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能。IEC推出了电子式互感器的标准，关于变电站通信规约的标准也已出台，新的标准包含和兼容了原有的标准，这使得智能变电站的建设有了标准依据。电能计量通过互感器及二次回路联合电能表按照规定的接线方式进行组合构成在线电能计量系统来实现的。

在电力市场条件下，为保证公开、公平、公正地为电能生产者和使用者提供优质服务，必须建立现代化的电能计量、管理和交易系统。电能计量系统管理是至关重要的。随着数字化变电站的发展以及IEC61850协议的不断推广，数字化变电站的建设已由理论研究阶段走向工程实践阶段。为了适应智能变电站整站实施的要求，有必要在新的技术条件的基础上有一套符合数字化变电站特点的计量和检测系统。由于数字化电能计量暂无国家标准和行业标准，只有通过已有智能变电站的实际运用情况和参照地方标准和行业标准进行。随着数字电路的发展，电路的可靠性和精度得到了提高，必定会推动了数字电能计量快速发展。

2数字电能计量概述

当数字互感器在得到全面推广以及应用之后，光纤通信技术也得到了很大程度的发展，光纤通信技术具有很多我们意想不到的优势，最典型的就是它具有极强的抗电磁干扰的效果[2]。在数字化变电站中，我们应用的最多的就是数字信号电子式互感器，这种互感器能够从很大程度上降低误差的出现，还能很好地控制饱和问题，提高保护、测量以及计量系统的精确性。在使用数字式电能表的过程中，特别是当接收光电互感器的信号时，我们要在实时运算的基础上，对数据展开进一步的处理过程，从而能够将动态的信息结果展示到液晶显示接口上。

从目前设计电能表的情况来看，最常见的就是将中央微处理器与数字信号处理器适当地结合在一起，这样能够从很大程度上提升吞吐能力以及管理能力，与此同时，还能在数据协议包的基础上，进一步测量电参量，也可以很好地完成电能累积或者计算电能的任务，将数据和中央未处理器做进一步的交换，这样一来，在这个过程中，一些比较复杂的数据交换过程也能够很好地进行，大大提升了工作质量以及工作效率。

从功能的视角来看，传统的电能表与新型的数字电能表较为相似，其都能够对分相元件的正向与反向做功进行测量、能够分时、分区计量，同时二者均能够对断相、失压、装置失电以及自身进行检测计量。另外，两者还能够通过曲线的方式，对近月内的负荷进行分析、记录，了解近一个月的负荷情况，从而更好的调节负荷共计。而不同点在于，数字化电能表具有无源四路脉冲及三路测试脉冲输出，而且其内部还构置了时钟电路以及USB接口，这样就能够与服务端（电脑或主机）进行更好的连接，从而提升软件编程的效率，使其更加的便捷。

3数字电能计算的检测技术

3.1时控部分工作原理

计时部分在计时部分中，一般采用标准石英振荡器作为时基电路，这是因为石英振荡器振荡具有很高的频率的稳定度[3]。时钟基准信号经分频形成电路输出秒信号，秒信号进入计数电路进行分（min）、时（h）计数，输出信号经七段译码电路，控制七段数码管显示时间。时控区段部分时控区段部分是分时计量电能表的关键部分，其作用如下：①时控区段部分将时间信号分段，输出相应的峰、平、谷信号，控制峰控门、平控门或谷控门的打开与关闭，实现电能的分时计量。②石英振荡电路经过分频电路后得到秒信号，秒信号输入计数电路中进行计数，将时间进行分段编码。③实现编码时段为15min的时控方法是：将秒信号利用两块10分频和一块9分频电路组成900分频电路，以15min为单元，进行编码时控。一天24h，每小时有4个15min，于是24×4=96，如此，便把一天分成96个15min时间单元。④把两位计数器（个位和十位）和两位译码器来完成编码，编码时只需在译码电路输出端引出所要的数字（这个数字是以15min为单位的）即可。

3.2分时计数部分

分时计数部分的功能分时计数部分的功能是：由时控电路控制峰、平、谷门电路，按照设定时段分别打开不同的电位门，光电转换器输出的电能脉冲信号经存储、分频和计数后，送至显示电路实现相应的峰、平、谷计量显示。分段切换时不足分频数的脉冲保存问题存储电路的设置，要使分段切换时不足分频数的脉冲保存在线路上，待下次时段切换回来时再加上，从而不丢失一个脉冲，以保证测量的准确度。显示部分可采用LED数码管显示将脉冲信号按一定比例计数后输入译码电路，将二进制数转换成十进制数输出，通过数码管相应显示段组成数码。

数字电能表本身可以做到无误差，因此数字电能表校验仪对数字式电能表进行的误差测试本质上是对电能表通信误码率以及电能表的算法误差进行定级，这和常规电子式电能表校验仪有本质的不同。数字电能表的工作方式导致传统电能表校验台（仪）无法对数字电能表进行检定工作，有必要重新设计一个校验装置。该装置必须具备以下几个功能。一是具备光纤以太网接口；二是链路层可采用IEC61850-9-1或FT3标准格式，在电子式互感器标准中，数字输出的格式为IEC61850-9-1或FT3格式，但按照IEC61850建设的数字化变电站，可能存在电流、电压信号按照IEC61850-9-2标准提供给二次设备的情况，因此电能表校验仪也应具备IEC61850-9-2扩展能力以适应这种应用需求。三是具备电度计算的功能；另外该检测系统可接收被校电表输出的脉冲信号，并进行比较，做误差分析；再者就是必须具备保留历史数据的功能，以备后续查看。在具体的技术下提出了数字式电能表检定方案，可供有关工程技术人员对数字化变电站调试参考。

总结：

随着对智能变电站电能计量和检测新技术进行积极的研究探讨，逐步积累智能变电站运行经验基础上，电能表的标准体系逐渐完备，数字化变电站计量技术相关试验及检测标准即将形成规范。智能变电站是电力系统发展的必然趋势，是通讯技术、信息技术和计算机技术发展的必然结果。

参考文献：

[1]李庆先.开拓创新提升电能计量监督及检定服务能力[J].大众用电，2018，32（05）：3-4.

[2]马勇.电能计量中智能技术的应用[J].电子技术与软件工程，2017（21）：227.

[3]杨光勇.电能计量检测仪器维护与发展探讨[J].科技创新导报，2017，14（22）：39+42.