高压电能计量器具的室内校准与检定

(中国计量科学研究院，北京 100013)

0 引言

目前，世界各国的高压电能计量基本上采用电压互感器、电流互感器和电能表三者组合成电能计量柜或电能计量系统来实现[1]，它的溯源是通过电能表和互感器分别溯源来实现，但对该电能计量装置的整体误差只能是以理论计算的综合误差指标来衡量，而不是通过整体计量检定/校准来评定，这是不符合国际电工委员会(IEC)关于电能表和电能表检验装置规定的基本原则的[2]。本文提出的实现10kV高压电能计量器具室内校准或计量检定的标准装置为已批准授权的国家10kV高压电能计量标准(0.02%)[3]和下一步将要建立的下一级高压电能计量社会公用标准(0.05%)；依据的技术文件为已审定通过的高压电能表和电能计量装置(柜)校准规范NIM-ZY-GJ-GD-001；采用的方法为“以源检表”法来实现整体校准/检定。所谓“以源检表”法就是使用国家10kV高压电能计量标准或高压电能计量社会公用标准中的三相高压标准功率源，按被检计量器具的实际使用状况直接和被检计量器具相连，这时三相高压标准功率源相当于一个等效的标准电网，被检计量器具测量到的三相电能和标准电网输出的标准电能进行比较，即实现了其量值溯源或计量检定。

1 三相四线虚地高压电能测量装置(或电能表)的校准和检定

10kV高压电网为三相三线制，系统中的“地”只是用于保护电网中设备的安全，对电网而言应称为“虚地”。目前大量的高压电能计量器具也是三相三线制，应该指出的是在三相制电网中没有真正的三相四线电能表。近期我国发明的三相四线虚地高压电能表[4]，应用了三相四线电能测量模式，但还是三相三线连接，只不过它有一个“安全虚地GSD”接到电网设备的“地”上，以确保该电能表的安全。

三相四线虚地高压电能表可以沿用传统的三相四线制电能表校准和检定方法，这时三相标准功率源的地端(G)是和三相四线虚地高压电能表的“安全虚地GSD”相连，它的接入是为了被检表的安全，并不影响校准和检定的准确度。

三相四线制虚地高压电能表的校准与计量检定接线见图1，它类似于低压电能表检定时常称为“不脱钩”检定方式，符合电能表实际使用情况。如果采用高压标准源的电流源输出与电压源高压端在标准源内部连接，虽然被检表通过两条电流导线连接到高压标准源相应的电流输出端就可以实现检定，但这时被检表的电压端和检定装置的电压输出端就会存在一个电压差，在实际检定中，当电流达到1000A时，这个差别可能达到0.5V，与5.77kV相比， 误差就会达到1×10-4。为了避免这一原理性误差，图1中采用了电压源输出端与高压电能表电压输入端单独连接的方式，可称为“三端扭接法”，在高压电能表中每一相电流输入高端和电压输入端是在表的内部连接的。

图1 三相四线制虚地高压电能表的校准/检定接线

图1中被检表包含电能测量机构，其输出信号连接到标准功率源主体，运行检表软件进行整体检定。输出信号不管是光电信号，还是485或RJ45接口输出，甚至随着技术发展，将来的互动式智能电表发展到其他接口。这些输出信号的改变都是上述标准装置可以响应的，大大提高其检定/校准能力和效率。

目前，在国家高压电能计量标准体系规划设计中，作为国家标准和社会公用标准，其三相标准功率源的准确度为0.02%和0.05%，所以，它们适应的被检高压电能表的最高计量准确度等级分别为0.1(S)和0.2(S)，已满足现有技术要求。上述标准装置还可以检验被检高压电能表的“掉相”保护功能。

表1 10kV虚地三相四线高压电能表三相电能检定结果

注：检定时输入三相电压为6 kV，相应线电压为10.3923 kV，5A以下由于测量一组数据时间太长，每组只取三个以下的数据，没有统计其标准偏差。

表1给出了一组10kV三相四线虚地高压电能表三相电能检定结果， 这是中国计量科学研究院研制的高压电能计量标准装置，首次实现检定已研制成功的10kV三相四线虚地高压电能表。以该电能表为核心组成的电网高压电能现场校准装置，于2011年10月11日在烟台供电公司成功挂网运行，得到了首次网上现场电能在线检定结果，与串行的电能计量柜比较，两者相差小于0.2%，其检定的标准偏差经过几天运行后达到了0.01%[5]。

2 三相三线制高压电能表或电能计量柜的校准和检定

用一个被检高压电能表或电能计量柜，按其在电网中的实际连接方式接到10kV高压电能计量标准装置的三相高压标准功率源上，则可由标准功率源对这些高压电能表或电能计量柜的实施整体校准/检定。校准/检定三相三线高压电能表或电能计量柜的接线见图2，A-A′、C-C′分别与其A相、C相的电流回路连接， B-B′短路作为三相电能表A-B、C-B电压公共端，这和三相高压电能表在电网中的接线方式相同。标准源工作于三相四线状态，并且满足iA+iB+iC=0，它输出的标准电能与被检表测量到底电能进行比较即实现检定，这种状态和三相三线电能表实际工作状态是等同的，但和过去低压三相三线电能表V型B相接地的模式是有区别的，前者称为“等同”校准/检定方式，后者称为“等效”校准/检定方式，本文推荐采取的方式是“等同”方式，它和实际情况一样，输出正常的A相、B相、C相电压、电流，其功率因数为1.0和0.5，而不是低压“等效”模式的±30°、0°、90°。这样更符合实际应用状态，特别是高压状态，更符合定义，具有更好的操作性和检定准确度。

必须指出：上述从定义出发的“等同”校准/检定方式是适用于所有的三相四线制虚地、三相三线制的高压电能表或高压电能计量柜，包括“三相三线两元件”和“三相三线制两个电压元件加三个电流元件”的高压电能计量器具。“三相三线两元件”高压电能计量器具校准/检定接线见图2，“三相三线制两个电压元件加三个电流元件”高压电能计量器具校准/检定接线见图3。

图2 三相三线高压电能计量柜的“等同”校准与计量检定连接方式

图3 三相三线三电流元件高压电能计量柜的校准与计量检定连接方式

当然，上述标准装置也可以提供“三相三线两元件”高压电能表或高压电能计量柜的“等效”检定方式，其接线见图4，它可以采用传统的校准/检定方法，运行传统的检定软件程序即可实现。但在此只说明传统检定方式也适用而不推荐采用此方式。

图4 三相三线高压电能计量柜“等效”校准与计量检定连接方式

3 组合互感器在电能测量模式下的计量校准/检定

图5 三相三线制组合互感器校验接线图

目前PT/CT的校准/检定是相互独立的。但实际PT/CT是组合使用的，是一种电能测量模式的组合，而且是一种高压电能测量模式的组合，它直接用于组建高压电能计量柜或高压电能表，待测参数包括电能、角差和比差。比差和角差在高压大电流运行状态下存在着相互影响，而且这种影响是随量程改变的。所以，PT/CT组合在电能测量模式下的校准/检定，应该考虑这种影响以及这种组合状态下可能引起的测量电能的误差。用上述标准装置，借助工作于低压状态的三相多功能标准表，即可实现从定义出发对PT/CT组合的整体校验。被检对象可以是三相三线连接，也可以是单相连接。电流互感器、电压互感器组合在电能测量模式下的计量校准/检定连线见图5。采用该校准/检定PT/CT方式，和传统的PT/CT检定方式不同之处就在于：一是在高压大电流组合下校准/检定，校准/检定的结果是考虑了它们之间的相互影响；二是可以按实际使用情况，在校准/检定时电流源和电压源都可以加入谐波，这样可以观察到PT/CT的谐波响应。当然，这时对其测量结果的评估，值得研究、探讨和规范。

由于在三相高压电网中不存在真正意义上的三相四线高压电能表，所以文中没有提及三相四线接法的组合互感器校验方法。

4 结论

本文论述了高压电能表或电能计量柜及PT/CT组合的整体室内校准/检定，提出了“以源检表”的新方法，非常直接简单；同时，提出了“等同”检定方式的新概念，非常真实科学。这为高压电能计量器具的整体校准/检定提供了新思路。

[1] 瞿清昌.新型三相电能表和高压电能计量关键技术的研究[J].计量学报，2007，28(4A)

[2] 王月志.电能计量[M].北京：中国电力出版社，2004

[3] 郑志受，陈希武，漆小建，张志高，王立新，瞿清昌.10kV/1000A高压电能计量标准及其量值溯源的研究.计量学报，2012，33(5)

[4] Zheng zhi-shou，Deng wen-dong，Zhang zhi-gao1，Fan wen，Xia zhong-min，QI xiao-jian，Zhang jia-hai，Qu qing-chang .Study on Establishing the Power Grid Advanced Metering Infrastructure by ApplyingOn-site Working Standard.ICSAI 2012.550-555

[5] 郑志受，贾超，夏忠民，邓文栋，张嘉海，瞿清昌.10kV电网高压电能现场校准装置挂网运行.电子测量与仪器学报，2012，Vol26