電能整體計(jì)量思路在10kV配網(wǎng)中的體現(xiàn)

葉建偉

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司眉山供電公司，四川 眉山 620000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)用電需求進(jìn)一步增加。基于此種需求，我國(guó)10kV高壓電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模較從前有了大程度的增加。目前我國(guó)電力輸送網(wǎng)絡(luò)中10kV配網(wǎng)占了絕大部分，其運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)于保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有較強(qiáng)的影響作用。由于從前技術(shù)手段的限制我國(guó)電能計(jì)量方式較為落后。步入21世紀(jì)以來(lái)，時(shí)代不斷發(fā)展，各種新技術(shù)層出不窮，利用新技術(shù)完成對(duì)傳統(tǒng)電能計(jì)量方式的改進(jìn)對(duì)于提升我國(guó)電能計(jì)量工作的質(zhì)量，保證電能的高效利用將會(huì)起到十分重要的作用。

一、研究電能整體計(jì)量技術(shù)的重要性

電能整體計(jì)量技術(shù)的研究其最終目的是為了實(shí)現(xiàn)由高壓配電網(wǎng)中高壓電一側(cè)直接實(shí)現(xiàn)輸出電能的計(jì)量，避免中間環(huán)節(jié)的出現(xiàn)，將可能出現(xiàn)的誤差控制在最小范圍內(nèi)，同時(shí)減少計(jì)量設(shè)備的體積與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)計(jì)量的便捷化。10kV配電網(wǎng)中通常的電能計(jì)量是由電力計(jì)量柜或者電力計(jì)量箱實(shí)現(xiàn)的，在這兩類(lèi)設(shè)備中是用電壓互感器、電流互感器以及電表等多個(gè)部分組成，利用互感器與電表完成對(duì)所用電量的計(jì)量。除設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中設(shè)備的各組成部分對(duì)電表的精確度會(huì)產(chǎn)生了較大的影響外，由于配電網(wǎng)中電壓在經(jīng)過(guò)回路時(shí)會(huì)經(jīng)歷二次降壓，這也會(huì)對(duì)計(jì)量的精確度產(chǎn)生較大的影響。在利用傳統(tǒng)儀器對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，其誤差值是使用各部件，例如電能表、電壓互感器等中存在的誤差計(jì)算得來(lái)，但依據(jù)相關(guān)規(guī)定，未實(shí)際測(cè)量得出，而是依據(jù)其他方面的內(nèi)容計(jì)算得出的誤差值不能作為評(píng)價(jià)一種設(shè)備實(shí)際誤差值的依據(jù)。針對(duì)電能整體計(jì)量技術(shù)展開(kāi)研究是十分必要且重要的。

當(dāng)前普遍使用的電能整體計(jì)量技術(shù)除了在計(jì)量準(zhǔn)確度方面存在問(wèn)題之外，也存在其他方面的問(wèn)題。例如其高壓互感器的安裝位置通常位于電氣設(shè)備一次回路與二次回路的絕緣部位，體積過(guò)大，質(zhì)量過(guò)大，不能便捷的實(shí)現(xiàn)電能測(cè)量這一目的；其中使用的磁感應(yīng)設(shè)備在高壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中使用可能發(fā)生電磁共振現(xiàn)象，引發(fā)安全事故；電量表位于電氣二次側(cè)低壓電位處，在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生偷電、竊電的情況。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，各種各樣的新技術(shù)、新材料涌現(xiàn)，使得目前實(shí)現(xiàn)電能的精確整體計(jì)量有了較大的可能，改進(jìn)計(jì)量設(shè)備中的各部件，例如電壓互感器、電流互感器等，使用更先進(jìn)的部件能顯著提升電能計(jì)量設(shè)備的性能，同時(shí)由于目前許多電子元件正朝著精密化發(fā)展，使用新型電子元件同樣能實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量設(shè)備體積與重量的較小，在未來(lái)應(yīng)用過(guò)程中使用更方便，改進(jìn)后的電能整體計(jì)量設(shè)備直接安裝于10kV配電網(wǎng)中的高壓一側(cè)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的直接計(jì)量，這種新方法與傳統(tǒng)方法相比更精確同時(shí)更穩(wěn)定，有效提升了我國(guó)高壓配電網(wǎng)的電能整體計(jì)量技術(shù)。

圖1 電能整體計(jì)量原理圖

二、10kV配電網(wǎng)中如何體現(xiàn)電能整體計(jì)量思路

目前針對(duì)10kV配電網(wǎng)開(kāi)展電能計(jì)量時(shí)使用的大都是兩元化法，因?yàn)槠洳捎玫氖切‰娏鹘拥氐姆绞剿允褂孟铝泄介_(kāi)展計(jì)算:

由上式可知，想要得到電流的三相總功率，可以先對(duì)AB、CB以及A、C間的電流進(jìn)行檢測(cè)，然后展開(kāi)計(jì)算得出最終結(jié)果。

電能整體計(jì)量思路如圖1，圖中陰影部分表示的是設(shè)備上的主絕緣材料，其中也包含了AB、CB兩相間存在的高壓電容以及光纖等。此計(jì)量電路整體分為三部分，三個(gè)部分分別位于A、B、C三相，例如可以將電流計(jì)量裝置直接設(shè)置在A相中，使用這種方案不用考慮TA對(duì)地絕緣因素的影響，所以能實(shí)現(xiàn)計(jì)量裝置的體積與重量產(chǎn)生一定幅度的減小。當(dāng)電流信號(hào)進(jìn)入A相時(shí)會(huì)直接經(jīng)過(guò)設(shè)置于于A相中的電流計(jì)量設(shè)備，最終信號(hào)會(huì)作用于分壓電容，此時(shí)CL則會(huì)參照A相中的基礎(chǔ)電位。利用這種方式進(jìn)行電壓的測(cè)量直接得出的電壓值與實(shí)際值之間只存在幾伏的差值，所以該值可以直接傳遞至A相中存在的計(jì)量模塊，然后計(jì)算出一個(gè)結(jié)果，而后此結(jié)果會(huì)由各相中連通的光纖進(jìn)行進(jìn)一步的傳播，傳入B相中的主控模塊。需要注意的是在此種電能計(jì)量設(shè)施中C相的工作原理與A相基本相同。由于10kV配電網(wǎng)中的電壓直接作用于該設(shè)備中的各個(gè)部件，所以其也被稱(chēng)作“高壓電能表”。

此電能計(jì)量設(shè)施的工作原理是在三個(gè)高壓端A、B與C點(diǎn)之間連接使用單獨(dú)電容器的供電電源，利用開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)其中電流的直流、交流控制。當(dāng)母線中存在電壓時(shí)，電能表就能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始電能的計(jì)量。B相中存在的主控模塊能夠?qū)相以及C相中計(jì)算所得結(jié)果進(jìn)行綜合性的分析，最終完成高壓電能具體數(shù)值以及數(shù)據(jù)得出的具體時(shí)間存儲(chǔ)至特定區(qū)域，完成對(duì)電壓的信息化統(tǒng)計(jì)與管理。

三、電能整體計(jì)量設(shè)備的具體設(shè)計(jì)

（一）絕緣設(shè)施設(shè)置

在過(guò)去使用的10kV高壓電能計(jì)量裝置中，電壓互感器與電流互感器中電氣一次與二次想要要滿足絕緣需求需要利用環(huán)氧樹(shù)脂、絕緣油等物質(zhì)，具體做法是將這些能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣的物質(zhì)填充于互感器中電氣一次與電氣二次線路之間，這樣能有效實(shí)現(xiàn)兩者之間的絕緣。使用這種方式絕緣雖然其絕緣性能得到較好的保障但是其存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：造成了設(shè)施體積與重量的過(guò)大。傳統(tǒng)做法下的100A/5A，10kV/100v電壓互感器與電流互感去的電子元件重量大都在100公斤以上，使用過(guò)程中十分不方便。并且由于此類(lèi)絕緣物質(zhì)自身的特點(diǎn)使得其在使用過(guò)程中發(fā)生故障的可能性較大，在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)使用或者氣候的持續(xù)高溫或潮濕時(shí)將有可能使絕緣層被損壞，產(chǎn)生故障或者直接產(chǎn)生短路的現(xiàn)象。高壓電能整體計(jì)量技術(shù)使用的則是一種原理不相同的絕緣技術(shù)，將電氣一次回路與電氣二次回路相融合，使用了智能電路的設(shè)計(jì)，在電氣一次回路與電氣二次回路之間不需要進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)，對(duì)于減小設(shè)備的總體積與總重量起到了十分重要的作用。

（二）傳感器設(shè)施設(shè)置

雖然在對(duì)高壓電能進(jìn)行計(jì)量時(shí)使用的絕緣方式大都是電器一次回路與二次回路相融合的方式，所以基本消除了傳感器中發(fā)生鐵磁共振現(xiàn)象的可能。但是想要正常的獲取電壓以及電流信息需要進(jìn)行電壓以及電流傳感器的重新設(shè)計(jì)。

1電壓傳感器

如圖1所示，電壓傳感器在電能整體計(jì)量中起到的作用是十分重要的。電壓信號(hào)是由其在相間傳感器中的分壓器路獲得的。目前階段我國(guó)10kV配電網(wǎng)中廣泛使用的電壓傳感器有兩種，一種采用電阻分壓的形式，另一種則是采用電容分壓的形式，雖然本文中討論的是利用電阻完成分壓的電壓傳感器，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中電容分壓傳感器由于其性能的優(yōu)越性更適用。為保障高壓電路的安全，通常會(huì)將各個(gè)電容使用串聯(lián)法連接起來(lái)，且電容內(nèi)部同樣有串聯(lián)的成分，這樣做能保證電壓在每一個(gè)電容中均勻的分布，防止某一個(gè)電容中承受的電壓過(guò)大產(chǎn)生安全事故。需要注意的是，在進(jìn)行電容元件的購(gòu)買(mǎi)時(shí)盡量保證購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品為同一批次，最大限度保證各電容元件在工作時(shí)承擔(dān)的壓力值更平均，同時(shí)保證其外包裝的完整性，減少其使用前受溫度、濕度的影響。

2電流傳感器

如圖1所示，A相與C相之間的電能計(jì)量模塊設(shè)置在需要被測(cè)試的部分，由這種情況可知，TA的電氣一次回路與電氣二次回路之間持續(xù)處于等電位狀態(tài)中，所謂等電位就是說(shuō)在其兩者之間的電壓值完全相同，且在進(jìn)行電流計(jì)量時(shí)不需要考慮到電流傳感器的絕緣問(wèn)題，所以在實(shí)施針對(duì)其的電流計(jì)量時(shí)，可以用體積較小的、使用高科技原料的精密電流傳感器，精密電流傳感器不僅可以做到計(jì)量更精確，同時(shí)由于其構(gòu)成材料的先進(jìn)性，還能更好的實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的運(yùn)行。這樣做不僅能有效減少電能整體計(jì)量設(shè)備的體積與重量，同樣能提升電流傳感器工作的穩(wěn)定性與精確性。

結(jié)束語(yǔ)

目前在10kV配電網(wǎng)中被廣泛使用的電能計(jì)量設(shè)備存在體積大、重量大、使用壽命較短以及故障發(fā)生率較高等方面的問(wèn)題，使用高壓整體計(jì)量設(shè)施能在很大程度上解決并改進(jìn)這些問(wèn)題，使用電能整體計(jì)量方法的高壓配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，能有效的對(duì)電網(wǎng)中電能的輸送情況進(jìn)行監(jiān)管，避免竊電等情況的發(fā)生。并且這種方式由于測(cè)量的主體為配電網(wǎng)中的高壓側(cè)，在保證設(shè)備精確度的情況下發(fā)生誤差的可能性較小，并且誤差值能有效確定，符合相關(guān)規(guī)范的說(shuō)法，即其誤差值是直接測(cè)定出來(lái)的，而非通過(guò)其他測(cè)定計(jì)算的。電能整體計(jì)量思路在10kV配電網(wǎng)中的使用實(shí)踐取得了良好的成效，同時(shí)這種電能計(jì)量模式同樣符合我國(guó)目前階段智能電網(wǎng)的建設(shè)需求。事實(shí)證明，此種方式具有良好的推廣價(jià)值。

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