交流电能表现场运行考核评估测试系统

朱淑媛,刘汉勇

（1.东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006;2.沈阳电力机械总厂,辽宁 沈阳 110026）

目前,随着新技术的不断发展,电能表的产品结构发生了巨大变化。电能表种类已达上百种,年生产能力在2亿台左右。据中国仪器仪表行业协会统计,国内目前电能表的生产企业达到了上千家,但拥有过硬核心技术的较少,简单改进、拼装、小规模生产的厂家居多。

随着电子技术的发展,特别是芯片设计技术的发展,电能计量产品更是百花齐放,不同型号、不同功能、不同级别的电能表面市,且外形尺寸、安装方式各不相同,尤其是三相电能表。如：相同产品,制造商不同,型号就不同;稍有改进,又有新型号;规格等级的不同组合。另外,目前电能表除了基本的计量功能外,还增添了很多管理功能,如最大需量、预付费、防窃电、负荷控制、综合监测和各种方式的通信功能等,造成产品功能虽多,精品极少。

针对目前市场的多元化局面,如何对不同厂家电能表的性能进行综合评估、测试、选用及轮换成为一个急待解决的问题。

虽然现有的电能表标准设备可以在标准环境中实现对电能表的各项基本功能指标的考核,但是由于测试环境与电能表运行安装使用环境的差异,如电能表运行在复杂电磁环境中的性能指标、工作稳定性、长时间的电能累计准确性等一些直接和电费计量相关的功能都无法准确检定,对电能表的长期工作可靠性更是难以考核。

1 系统概述

交流电能表运行考核、评估测试系统主要由现场测控单元（分站）和终端管理系统（主站）两大部分组成,现场测控单元安装在变电站内运行,终端管理系统安装在办公室内,两部分通过电话专线PSTN、GPRS或互联网络Internet实现数据传输。

1.1 系统分站

系统分站（现场测控单元）主要分为试验柜、工控机、标准功率电能表、误差计算及时钟接收模块、分站通信MODEM、温、湿度控制机、数据采集摄像头、UPS不间断供电电源几大模块,被试验电能表安装在试验柜中,所有电能表的电流回路串联连接,电压回路并联连接,电压信号和电流信号可取自变电站TV和TA的二次回路。

系统能同时采集试验电能表和标准电能表的电能量脉冲输出信号,并通过误差计算模块内的20路误差计算器对各试验电能表同时进行误差测试。

通过RS485、RS232等接口采集试验电能表和标准电能表的电能累计总和、各费率电能量值,电压、电流、频率、功率因数等电测参数,各类事件记录,各负荷曲线等数据,可根据采集数据通过分站软件自动判断电能表是否存在故障和异常情况。

通过误差计算及时钟接收模块接收GPS时钟,并可对电能表和电能质量监测终端对时。

通过RS485接口与分站试验柜内安装的温、湿度控制机进行通信,采集2组温、湿度测量数据,并传送给系统主站,系统主站根据主站软件分析接收到的数据,判断是否对试验柜发送控温和抽湿命令,进而进行温度和湿度控制。

通过分站试验柜内安装的摄像头,采集两组摄像监控信号,并按照分站软件设定的间隔时间定时存储图像信号。

将采集的各类数据存放在分站工控机中,并可与系统主站通过GPRS、PSTN或Internet信道进行通信,接收并执行主站下达的采集、对时、控温、抽湿、拍照、数据传送等命令,向主站传送各类数据和图像。

系统分站还具有UPS电源。当现场交流失电后能立即启动UPS电源对系统分站进行供电,保护系统分站在电源出现异常时仍能连续运行一段时间,这段时间主要用来完成对以前测试数据和测试结果的保存工作。

在这段时间内如果系统电源恢复正常则系统将继续工作,如果系统电源依然不能排除故障,为了方便系统电源的检修,同时对系统进行保护,分站软件将控制UPS进行关断操作,同时工控机将自动关机。

1.2 系统主站

系统主站放置在办公室内,由主站计算机、主站通信MODEM和主站软件组成。

通过主站通信MODEM与分站进行通信,可选择GPRS、PSTN或Internet三种通信方式,选择哪一种方式则选择对应的通信MODEM。

通过主站管理软件对系统软件进行控制、设置、数据读入、数据处理、显示等相关操作。

2 系统主要功能

a.电能表误差测量功能

系统能同时采集试验电能表和标准电能表的电能量脉冲输出信号,并对各试验电能表同时进行误差测试。误差测试计算方法符合JJG596—1999电子式电能表检定规程及相关规范中有关要求。

b.电能表累计电能量比对功能

系统通过RS485接口同时采集试验电能表、标准电能表的总电能累计量的累计值,及各费率电能量累计值,并自动计算设定时间内电能量累计值误差,也可根据设置要求,取各试验电能表的平均电能量累计值,作为计算电能量累计值误差的标准电能累计值。为了提高通信效率,系统采用扩展485总线技术,扩展出18路485通信接口,可对18块被监测仪表进行同步数据采集。

c.数据采集、分析功能

系统采集试验电能表内的电能、电压、电流、频率、功率因数等数据及各类事件记录、负荷曲线等。可通过RS485接口采集试验柜的湿、温度测量数据并根据测试结果及软件设置决定是否进行温度和湿度控制,各通信口相互独立。

可对电能表按设立的采集频率进行自动采集。支持的试验电能表通信协议包括DL/T645、IEC61107规约。

可根据测量的误差和采集的电参量、事件记录等数据自动分析、判断电能表是否存在故障和异常情况,判断条件可设置。若存在故障、异常,可通过GPRS、PSTN或Internet信道自动向主站发送报警信息。

d.摄像功能

系统可根据设定要求或主站命令启动摄像功能,实现录像及照相。图像数据能自动存储。

通过试验柜门开启接点信号自动启动摄像功能,其持续时间或间隔可设定。

e.数据存储功能

系统可对采集的各种数据和图像按时标关系自动存储,各类数据采集时刻应相同,便于分析数据。存储的数据在系统失电后仍能正常保存10年以上。

f.数据本地拷贝和远程传送

系统采集的数据可通过工控机实现本地拷贝,可按照主站要求的数据传送方式进行数据自动上传,也可根据主站的命令上传数据。

g.对时功能

系统工控机自动接收GPS时钟,并可按照设定的要求与电能表对时。

h.控温抽湿功能

工控机能接收主站发送的命令,并传送到试验柜,以启动或停止试验柜内安装的温、湿度控制机的控温抽湿功能。

i.远方监控功能

主站系统通过GPRS、PSTN或Internet信道与现场测试系统进行数据通信,实现命令传送和数据采集。实现所有功能的参数设置,并可传送到现场测试系统中。

自动接收现场系统主动上传的数据,也可发送命令采集现场数据,接收通过本地拷贝上传的数据。对各种数据存储、分析,对故障、异常能报警。

j.软件功能

软件界面友好,可靠性和安全性高,具有数据保存、查询、统计、打印及用户权限管理等功能。

3 系统内标准表

系统内标准表除了需要具备目前市场标准表的电压电流测量、功率测量及有功高频、有功低频、无功高频、无功低频的脉冲输出的常规功能外,还应具有如下功能。

a.电能累计功能。由于本系统具有累计电能比对功能,因此要求标准表作为一个累计电能的标准表使用,需要具备电能累计功能,同时累积的电能量数据可通过通信口传送,并保证掉电后累计数据不丢失。

b.全电压、电流测量范围中输出的高（低）频电能脉冲具有统一的电能脉冲常数。只有量程内各个电压、电流档位下的电能脉冲常数相同才能保证累计电能的准确。

c.高可靠性和极强的电磁兼容性。系统安装在变电站内,使用现场具有较强的电磁干扰。需保证在传导和辐射的电磁及静电放电的影响下不损坏或不受影响;在无干扰时,能恢复其原有性能,并能准确工作。干扰包括静电放电、射频电磁场、快速瞬变脉冲群、浪涌等。电磁兼容指标应符合GB/ T17215—2002《1级和2级静止式交流有功电能表》标准的要求。

d.需要有有功脉冲和无功脉冲两个电能脉冲输出端子。对被校电能表的有功和无功同时进行累计,标准表必须有有功脉冲输出和无功脉冲输出两个脉冲输出端子,并具备有功脉冲和无功脉冲同时输出的功能。

4 系统技术指标

a.标准表精度有功0.05级,无功0.2级。

b.相角测试精度为0.05%,分辨率为0.001°;测量范围为0.000°～359.99°。

c.频率测试精度为0.05%,分辨率为0.001 Hz。

d.电压输入回路为45～450 V,电压量程自动切换,接线方式支持P3（三相三线）、P4（三相四线）;电压测试精度为0.05%,分辨率为0.001 V。

e.电流输入回路为0.001～6 A直接输入,电流量程自动切换;电流测试精度为0.05%,分辨率为0.000 1 A。

f.电压回路的功耗≤2 VA。

g.电流回路的功耗≤2 VA。

h.装置内所有电压、电流、开关量接线端子绝缘电阻＞100 MΩ。

i.现场设备数据存储容量在4 000组以上。

j.采用先进的GPS（全球卫星定位系统）授时系统作为基准时钟,时钟日计时误差小于0.01 s。

k.运行环境：温度为0～55℃;相对湿度≤90%。

l.供电电源：220 V±10%;50±0.5Hz。

交流电能表运行考核、评估测试系统,是一种全新的电能计量测试设备。其应用将大大提高电网运行中电能计量装置的可靠性和安全性。