高精度全自动交直流指示仪表标准装置设计

河南电力试验研究院 刘玮蔚

电网电参量测量数据的精确度对于电网的稳定运行具有重要作用，各种高精度的测量装置在电网和电厂的应用也越来越多。高精度的标准表及检定装置具有功能齐全、测量量程大的优点，能够较好地满足各市级单位工作的需要，在电力系统中的应用极为广泛，检定任务也较为繁重。目前在电力系统使用的检定装置、标准表和指示仪表类型较多，每种仪器的功能、使用方法和量程设置也不相同，每次检定都需查看说明书和历史测试记录，使检定工作变得更加繁杂，也增加了检定人员的劳动强度。因此，高精度全自动交直流指示仪表标准器的研发就显得尤为重要。

一、工作原理

整个系统由主控制模块、三相交流精密测试电源、单相直流精密测试电源、切换模块、COM3000 三相交流标准、8508A单相直流标准、计算机等功能模块组成。其基本工作原理是由计算机通过读出被检表或被检装置的各种电参量，同时由主控制模块读出标准测量器具的各种电参量，并将这些电参量值上传给计算机，计算机将这两组数据进行比较处理，计算出被检表或被检装置的误差，并根据设置的误差限给出测量结果。

二、主控制模块

主控制模块通过扩展RS232 串口实现对交流标准电源、直流标准电源、切换模块和COM3000 的控制，将计算机控制软件设置的电源信息、控制信息传递到交流标准电源，并增加实时握手功能，用来保证交流标准电源、直流标准电源、切换模块和COM3000 的工作可靠性、稳定性和安全性。

三、三相交流精密测试电源

标准交流测试电源采用模块化设计，包括波形发生与控制模块、波形前置放大模块、功率放大模块、输出反馈控制模块等部分，各模块组装成两个机箱，即波形发生控制、波形前置放大与电压输出箱和电流输出箱。电流输出易产生较强电磁干扰，为避免干扰，要采取合理的走线工艺，以减少其电磁干扰强度；同时还要将波形发生控制与电压输出箱放置在离电流输出箱较远的位置，通过适宜的工艺处理，最终使电压电流的输出都能达到比较高的输出稳定度和较小的失真度，而且输出时互不影响。

四、单相直流精密测试电源

标准装置整体采用模块化设计思路，所以直流电源作为一个相对独立的模块而嵌入到整个工作系统之中。直流电压的实现分成两个部分，10 V 及其以上挡位的电压信号由交流源的电压输出通过整流滤波生成；10 V 以下挡位由CPU 通过D/A 合成直流电压波形信号，然后再对波形信号的放大来实现。

直流电流信号的实现是先由CPU 通过D/A 合成一个直流电压波形信号，再让这个电压信号流过一个高稳定度的标准电阻而产生一个电流信号，然后再对这个电流信号进行放大进而得到需要的电流值。直流电压电流的报警保护功能是通过取样电阻对输出进行采样，再将采样得到的电压信号送给CPU 进行测量计算，进而根据测量值与设置的输出值是否一致来判断有无电压短路、电流开路的现象出现，如果判断有电压短路、电流开路的情况出现，应立即关掉电源输出，以保护电源的安全使用。

五、切换模块

由于交直流标准装置既有交流特性又有直流特性，因此，需要有至少两个标准器具分别进行交流和直流的各种电参量的测量。本文，笔者选用了ZERA 公司的标准功率电能表COM3000作为交流测量的标准比较器具，选用了FLUKE 公司的直流电压电流参考标准8508A 作为直流测量的标准比较器具。

切换模块能由用户设置手动或自动切换使用，因为COM3000的电压测量范围为30～500 V，所以由装置默认自动选择标准表时，30～500 V 的交流电压挡位使用COM3000 作为测量标准，30 V 以下和500 V 以上（小于800 V）的交流电压挡位以8508A 为主要标准。该装置还设置了用户手动选择标准表的功能，当用户选择手动选择标准表的时候在0～500 V 的电压挡位可以由用户根据需要选择使用标准为COM3000 或8508A，但当设置电压大于500 V 后，因为设置值已超出COM3000 的最大测试范围，所以此时标准表就固定选择8508A，而不管用户设置的是否为8508A。

六、软件控制方案

软件编制模块化设计，总控台负责对电源、标准表控制及误差和数据的处理，校验模块针对不同被检装置类型方便地定制不同的校验方案，可较方便地进行通讯协议配置及检定内容设置，并能方便地进行方案编辑和修改。软件支持自动和手动模式，手动模式可由软调节按钮设置测试点，误差结果可存入相应测试点。控制软件可控制装置、电源，能够与标准表通讯，并能依据标准表的显示直接调整电源的输出。

七、结论

电侧量指示仪表检定是确保电气设备安全、电网可靠运行的重要环节。0.01 级交直流指示仪表标准装置通过研制高稳定的电源、了解各仪表生产厂家的标准通讯规约、配合0.01 级标准表实现标准仪表和仪表装置的全自动检定，实现检定数据的自动采集、数据处理、证书打印等操作，极大地提高了检定的准确度，并降低了检定人员的劳动强度，使电测仪表计量检定工作更加标准化、规范化。本文，笔者所研制的高精度全自动交直流指示仪表标准装置自2009年1月起在河南电力试验研究院进行了使用，运行稳定、准确、有效地提高了检定效率。