簡析數(shù)字化電能計量檢測技術(shù)

李燕 袁泉

摘 要 電子式互感器的輸出遵循IEC61850－9－1、IEC61850－9－2通信規(guī)約和IEC60044－8協(xié)議標準，通過數(shù)字接口輸入到數(shù)字化電能表進行電能量等參數(shù)的計算。傳統(tǒng)的互感器、電能表模擬校驗裝置和技術(shù)無法適應(yīng)對電子式互感器、數(shù)字化電能表的校驗。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化 電能 檢測

中圖分類號： TM933. 4 文獻標識碼：A

目前國家電網(wǎng)公司正在進行智能電網(wǎng)建設(shè)，電網(wǎng)電能計量正在快速地向自動化、信息化、互動化方向發(fā)展。數(shù)字化變電站的信息采集、傳輸、處理和輸出將實現(xiàn)全過程數(shù)字化運行，各種功能模塊、子系統(tǒng)將共用統(tǒng)一的信息平臺，避免了設(shè)備重復(fù)投入，測量準確度高、無飽和、無電流互感器開路等煩惱。二次接線采用光纖取代電纜，具有電磁兼容性能優(yōu)越，信息傳輸通道都可自檢，可靠性高，管理自動化等優(yōu)點。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的實施，將改變傳統(tǒng)變電站的體系及架構(gòu)，降低變電站的綜合建設(shè)成本，提高變電站的自動化水平，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正蓬勃發(fā)展。

一、數(shù)字化電能計量系統(tǒng)

數(shù)字化變電站三相電能計量系統(tǒng)一般由電子式電壓互感器、電子式電流互感器、信息合并單元、電能計量表計三部分組成。

電子式互感器由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個或多個電流或電壓傳感器組成，用以將正比于被測量的量傳輸給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。數(shù)字化變電站用電能表分為數(shù)字接口和低壓小信號模擬接口2種。數(shù)字接口數(shù)字化電能表的信號輸入采用光學接口，可接收合并單元輸出的IEC61850－9－1/2協(xié)議包，根據(jù)電流、電壓、采樣頻率等數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼和時間相關(guān)數(shù)組，完成電能計量功能；低壓模擬小信號接口的數(shù)字電能表的信號輸入采用電氣接口，與遵循IEC60044－7，IEC 60044－8標準的外接式電子式電壓互感器、電子式電流互感器配合使用。

將相同準確度等級的傳統(tǒng)電能計量系統(tǒng)和數(shù)字化電能計量系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差進行比較，數(shù)字化電能表在理想狀態(tài)下的運行誤差很小，不需檢測。但實際上，由于存在以下原因，還是會給數(shù)字化電能表帶來一定的誤差：數(shù)字化變電站對實際的電壓、電流信號的不同周期采樣的點數(shù)會有不同；電能計量上對諧波的處理，是通過FFT分析實現(xiàn)的，不同的采樣點數(shù)也影響FFT分析的結(jié)果；各種電壓、電流互感器輸出規(guī)格對應(yīng)的計量量化系數(shù)不同；數(shù)字化電能表在未收到合并單元發(fā)來的數(shù)據(jù)包，或收到的數(shù)據(jù)信息不合理時，就需要作相應(yīng)的容錯處理。

二、數(shù)字化電能計量系統(tǒng)的檢測

（一）模擬小信號輸出式電子式互感器的檢測校驗。

當檢測電流互感器時，調(diào)壓器/升流器為標準電磁式電流互感器和被測電子式電流互感器提供一次電流，當檢測電壓互感器時，它們則為標準電磁式電壓互感器和被測電子式電壓互感器提供一次電壓。標準和被檢的二次值分別輸入各自連接的數(shù)據(jù)采集器(可外控采樣的數(shù)字萬用表)，采樣同步信號觸發(fā)器按照控制機指令向兩塊數(shù)據(jù)采集器發(fā)出同步采樣命令。采樣完畢后，進行一系列的計算，得出需要的數(shù)值。

（二）數(shù)字接口電子式互感器的檢測技術(shù)。

被檢電子式互感器二次的輸出送到合并單元，合并單元按同步信號節(jié)奏輸出數(shù)據(jù)包。標準互感器的二次輸出到數(shù)據(jù)采集器，采樣同步信號觸發(fā)器按照控制機指令向兩塊數(shù)據(jù)采集器發(fā)出同步采樣命令。兩路數(shù)據(jù)包經(jīng)同步信號的控制而趨于同步?？刂朴嬎銠C將合并單元輸出的數(shù)據(jù)幀進行解析，經(jīng)計算得到被電子式檢互感器的二次輸出值的幅值和相位移；再對數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)包進行計算，得到標準互感器的二次輸出值的幅值和相位移，數(shù)字接口的電子式互感器比差和角差。

（三）模擬接口數(shù)字化電能表檢測方案。

通過低壓標準測試系統(tǒng)和變換單元的組合，來檢測具有模擬接口數(shù)字化電能表的準確度。帶模擬接口的數(shù)字化電能表的檢測裝置主要由以下幾部分組成: 標準源，電壓、電流變換單元，被檢數(shù)字化電能表。標準源采用高速 16bitDAC模塊以上百 kHz 的速率輸出符合 IEC60044 － 7/8 標準的數(shù)字化正弦電壓信號，再通過信號調(diào)理回路進行幅值調(diào)整、濾波整形。經(jīng)調(diào)理后的數(shù)字化正弦電壓信號再通過輸出緩沖后到達帶模擬接口的數(shù)字化電能表的輸入端。該檢測系統(tǒng)由上位機軟件控制，除可提供實現(xiàn)常規(guī)檢測點的基本誤差外，還能進行走字、啟動、潛動、失壓、斷相等功能的檢測。

（四）數(shù)字接口電能表測試方案。

考慮到整個裝置具有數(shù)字化的特點，只須檢驗被檢電能表接收數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性以及電能計量的準確性。檢測時，數(shù)字信號源通過高速DSP輸出電壓、電流的波形信號，再將其采樣并編碼為符合IEC61850協(xié)議的協(xié)議幀輸出到網(wǎng)絡(luò)端口。通過低延時交換機將信號復(fù)制到每一個端口，經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換電路將這些符合IEC61850協(xié)議的信號轉(zhuǎn)換為多模/單模光信號送入標準表和各被檢表。數(shù)字標準表脈沖與被檢電能表累計電能輸出脈沖，并同時送入誤差處理器。經(jīng)比較兩者間的比例關(guān)系得出誤差值。該檢測系統(tǒng)由上位機軟件控制，除提供實現(xiàn)常規(guī)測試點的基本誤差外，還能進行走字、啟動、潛動、失壓、斷相、協(xié)議符合性、隨機丟幀等功能的檢測。

三、小結(jié)

伴隨著電網(wǎng)公司大力加強智能電網(wǎng)建設(shè)，電網(wǎng)電能的計量正快速向自動化、信息化、互動化方向發(fā)展。研究數(shù)字化變電站用電子式互感器、數(shù)字化電能表的檢測技術(shù)，研制出能對數(shù)字化變電站用、帶模擬接口、數(shù)字接口的數(shù)字化電能表進行實驗室檢測及現(xiàn)場檢測的檢定裝置，建立實驗室用以及現(xiàn)場用數(shù)字化變電站電能表檢測平臺，無疑具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文分析了電子式互感器和數(shù)字化電能表的檢定技術(shù)，為有效解決數(shù)字化變電站電能計量的檢定問題提出了一種解決方案。□

（作者單位：信陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心）

參考文獻：

[1]李前，章述漢，陸以彪．數(shù)字化電能計量系統(tǒng)現(xiàn)場檢定技術(shù)研究．電測與儀表，2010，(10)．

[2]王鵬，張貴新，羅承沐．消除電壓互感器二次回路壓降問題的方法．清華大學學報:自然科學，2006．46(4):457－459．

[3]王旖旎,瞿璋俊.數(shù)字化變電站繼電保護校驗的研究.華東電力.2010(12)

[4]任穩(wěn)柱,袁淵,楊忠州,李寧,張媛,張宇博.電子式互感器穩(wěn)態(tài)誤差校驗技術(shù)的研究.高壓電器.2011(04)