简析数字化电能计量检测技术

李燕 袁泉

摘 要 电子式互感器的输出遵循IEC61850－9－1、IEC61850－9－2通信规约和IEC60044－8协议标准，通过数字接口输入到数字化电能表进行电能量等参数的计算。传统的互感器、电能表模拟校验装置和技术无法适应对电子式互感器、数字化电能表的校验。

关键词 数字化 电能 检测

中图分类号： TM933. 4 文献标识码：A

目前国家电网公司正在进行智能电网建设，电网电能计量正在快速地向自动化、信息化、互动化方向发展。数字化变电站的信息采集、传输、处理和输出将实现全过程数字化运行，各种功能模块、子系统将共用统一的信息平台，避免了设备重复投入，测量准确度高、无饱和、无电流互感器开路等烦恼。二次接线采用光纤取代电缆，具有电磁兼容性能优越，信息传输通道都可自检，可靠性高，管理自动化等优点。数字化变电站自动化系统的实施，将改变传统变电站的体系及架构，降低变电站的综合建设成本，提高变电站的自动化水平，数字化变电站自动化系统的研究正蓬勃发展。

一、数字化电能计量系统

数字化变电站三相电能计量系统一般由电子式电压互感器、电子式电流互感器、信息合并单元、电能计量表计三部分组成。

电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以将正比于被测量的量传输给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。数字化变电站用电能表分为数字接口和低压小信号模拟接口2种。数字接口数字化电能表的信号输入采用光学接口，可接收合并单元输出的IEC61850－9－1/2协议包，根据电流、电压、采样频率等数据的数字编码和时间相关数组，完成电能计量功能；低压模拟小信号接口的数字电能表的信号输入采用电气接口，与遵循IEC60044－7，IEC 60044－8标准的外接式电子式电压互感器、电子式电流互感器配合使用。

将相同准确度等级的传统电能计量系统和数字化电能计量系统所产生的误差进行比较，数字化电能表在理想状态下的运行误差很小，不需检测。但实际上，由于存在以下原因，还是会给数字化电能表带来一定的误差：数字化变电站对实际的电压、电流信号的不同周期采样的点数会有不同；电能计量上对谐波的处理，是通过FFT分析实现的，不同的采样点数也影响FFT分析的结果；各种电压、电流互感器输出规格对应的计量量化系数不同；数字化电能表在未收到合并单元发来的数据包，或收到的数据信息不合理时，就需要作相应的容错处理。

二、数字化电能计量系统的检测

（一）模拟小信号输出式电子式互感器的检测校验。

当检测电流互感器时，调压器/升流器为标准电磁式电流互感器和被测电子式电流互感器提供一次电流，当检测电压互感器时，它们则为标准电磁式电压互感器和被测电子式电压互感器提供一次电压。标准和被检的二次值分别输入各自连接的数据采集器(可外控采样的数字万用表)，采样同步信号触发器按照控制机指令向两块数据采集器发出同步采样命令。采样完毕后，进行一系列的计算，得出需要的数值。

（二）数字接口电子式互感器的检测技术。

被检电子式互感器二次的输出送到合并单元，合并单元按同步信号节奏输出数据包。标准互感器的二次输出到数据采集器，采样同步信号触发器按照控制机指令向两块数据采集器發出同步采样命令。两路数据包经同步信号的控制而趋于同步。控制计算机将合并单元输出的数据帧进行解析，经计算得到被电子式检互感器的二次输出值的幅值和相位移；再对数据采集器发送的数据包进行计算，得到标准互感器的二次输出值的幅值和相位移，数字接口的电子式互感器比差和角差。

（三）模拟接口数字化电能表检测方案。

通过低压标准测试系统和变换单元的组合，来检测具有模拟接口数字化电能表的准确度。带模拟接口的数字化电能表的检测装置主要由以下几部分组成: 标准源，电压、电流变换单元，被检数字化电能表。标准源采用高速 16bitDAC模块以上百 kHz 的速率输出符合 IEC60044 － 7/8 标准的数字化正弦电压信号，再通过信号调理回路进行幅值调整、滤波整形。经调理后的数字化正弦电压信号再通过输出缓冲后到达带模拟接口的数字化电能表的输入端。该检测系统由上位机软件控制，除可提供实现常规检测点的基本误差外，还能进行走字、启动、潜动、失压、断相等功能的检测。

（四）数字接口电能表测试方案。

考虑到整个装置具有数字化的特点，只须检验被检电能表接收数据的安全性、稳定性以及电能计量的准确性。检测时，数字信号源通过高速DSP输出电压、电流的波形信号，再将其采样并编码为符合IEC61850协议的协议帧输出到网络端口。通过低延时交换机将信号复制到每一个端口，经电/光转换电路将这些符合IEC61850协议的信号转换为多模/单模光信号送入标准表和各被检表。数字标准表脉冲与被检电能表累计电能输出脉冲，并同时送入误差处理器。经比较两者间的比例关系得出误差值。该检测系统由上位机软件控制，除提供实现常规测试点的基本误差外，还能进行走字、启动、潜动、失压、断相、协议符合性、随机丢帧等功能的检测。

三、小结

伴随着电网公司大力加强智能电网建设，电网电能的计量正快速向自动化、信息化、互动化方向发展。研究数字化变电站用电子式互感器、数字化电能表的检测技术，研制出能对数字化变电站用、带模拟接口、数字接口的数字化电能表进行实验室检测及现场检测的检定装置，建立实验室用以及现场用数字化变电站电能表检测平台，无疑具有十分重要的现实意义。本文分析了电子式互感器和数字化电能表的检定技术，为有效解决数字化变电站电能计量的检定问题提出了一种解决方案。□

（作者单位：信阳市质量技术监督检验测试中心）

参考文献：

[1]李前，章述汉，陆以彪．数字化电能计量系统现场检定技术研究．电测与仪表，2010，(10)．

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[3]王旖旎,瞿璋俊.数字化变电站继电保护校验的研究.华东电力.2010(12)

[4]任稳柱,袁渊,杨忠州,李宁,张媛,张宇博.电子式互感器稳态误差校验技术的研究.高压电器.2011(04)