耿建坡，王永輝，岳國義，陶 鵬

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

數(shù)字化變電站中數(shù)字式電能計量裝置主要由電子式互感器和數(shù)字量輸入電能表組成，其工作原理是電子式互感器按照一定的比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流變?yōu)闈M足IEC標準的數(shù)字信號,通過光纖通道傳輸?shù)綌?shù)字量輸入電能表進行電能計算、數(shù)據(jù)處理和儲存，光纜代替電纜作為系統(tǒng)測量、控制、保護和電能計量的信息采集和傳輸通道。在數(shù)字化變電站中采用三相數(shù)字量輸入電能表，電能表接收的信號是光纖以太網(wǎng)傳送的數(shù)字量電流電壓信號，完成實時運算，CPU系統(tǒng)對該數(shù)據(jù)進行處理以完成電能計量，實現(xiàn)變電站的電能計量。由于目前國內(nèi)尚不能對電子式互感器和數(shù)字量輸入電能表進行標準量值傳遞，其計量電能量準確性需要研究。

按照中華人民共和國計量法規(guī)定，用于貿(mào)易結(jié)算的工作計量器具要實行強制檢定，未進行檢定和檢定不合格的不得使用。計量檢定必須按照國家計量檢定系統(tǒng)表進行，必須執(zhí)行計量檢定規(guī)程。貿(mào)易結(jié)算用互感器和電能表屬于國家規(guī)定的強制檢定計量器具，對其進行檢定的計量標準需要合法量值溯源，其檢定方法也應依據(jù)國家規(guī)程或行業(yè)標準。目前檢定電子式互感器及數(shù)字量輸入電能表的計量標準無法向上級進行溯源，也缺少檢定或檢驗所依據(jù)的規(guī)程，貿(mào)易結(jié)算用電子互感器、合并器及數(shù)字量輸入電能表還沒有辦法進行合理、合法溯源檢定和檢驗，無法得到計量檢定合格證。但對于經(jīng)濟指標考核用電子互感器及數(shù)字量輸入電能表可以使用經(jīng)政府計量行政部門批準制造的計量標準進行企業(yè)內(nèi)部計量器具的檢驗。因此數(shù)字式電能計量裝置的準確性需要與傳統(tǒng)電能計量裝置進行比對和試驗研究。以下介紹2種電能計量裝置的電量比對試驗情況。

2 數(shù)字式與傳統(tǒng)電能計量裝置電量比對試驗

2.1 試驗原理

為將數(shù)字式電能計量裝置與傳統(tǒng)電能計量裝置的電量進行比對和研究，在實驗室搭建了一路10 kV供電線路的模擬電能計量裝置電量比對系統(tǒng)。該裝置采用虛負荷法給電能計量裝置提供測量用負荷，升壓器提供三相四線的10 kV電壓，供給每相并聯(lián)的電子式電壓互感器和傳統(tǒng)電磁式電壓互感器所需的電壓；升流器提供沒有零序電流的三相電流，供給電子式電流互感器和傳統(tǒng)電磁式電流互感器所需的電流；由數(shù)字量輸入電能表和傳統(tǒng)電子式電能表分別計量出模擬供電線路的電能量進行比對，電能計量裝置電量比對系統(tǒng)示意如圖1所示。

2.2 試驗設(shè)備與試驗條件

圖1 電能計量裝置電量比對系統(tǒng)示意

標準設(shè)備采用的是0.05級單相標準電壓互感器和單相標準電流互感器，一次電壓為10 kV，二次電壓為100 V，一次電流為300 A，二次電流為5 A，標準電能表采用的是0.05級電能表現(xiàn)場校驗儀。

2.3 比對試驗

對10 kV供電線路的模擬電能計量裝置進行加電，使其連續(xù)運行，2套計量裝置所計電量見表1。

表1 2套電能計量裝置計量的電量比對

2.4 綜合誤差分析

電能計量裝置由電壓電流互感器和電能表組成，其計量的供電電能量均有誤差，在進行電量比對分析時應對各計量裝置的綜合誤差進行測量或計算。

傳統(tǒng)式電能計量裝置的互感器和電能表均可以按照國家電能量值傳遞系統(tǒng)進行檢定和綜合誤差計算，得到計量裝置的綜合誤差。光電數(shù)字式計量裝置由于互感器和電能表的測試原理與目前國家電能量值傳遞系統(tǒng)原理不同，因此無法進行量值溯源，目前光電互感器誤差和數(shù)字量輸入電能表誤差計算的綜合誤差不能直接與傳統(tǒng)電能量值誤差相比較。

利用在實驗室搭建的10 kV供電線路的模擬電能計量裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)中2種不同原理的計量裝置使用同一路三相電壓和電流，使用標準電壓互感器、電流互感器和電能表現(xiàn)場校驗儀對每相供電電能測量，作為標準電能量，再與2種計量裝置測量的電能量比較就可測出各種計量裝置的綜合誤差。

誤差分析試驗中使用的標準電壓互感器為0.02級，標準電流互感器為0.02級，電能表現(xiàn)場校驗儀為0.05級，標準電能表的綜合誤差不超過0.1%。試驗U相時將標準電壓互感器并接在供電的U相電路上，標準電流互感器串聯(lián)接入U相電流回路，升U相電壓和電流，將2種電能計量裝置中電能表的輸出脈沖分別送入標準電能表校驗儀就可以直接測出各自電能計量裝置的綜合誤差。

首先對2套電能計量裝置各相綜合誤差進行測試，測試電壓為10 kV額定電壓，電流為長期試驗運行電流，約為額定電流的50%，測試結(jié)果見表2。

表2 2套電能計量裝置綜合誤差測試數(shù)據(jù)

由表1可知，經(jīng)過1個月實際的運行，傳統(tǒng)電能計量裝置計量誤差比數(shù)字式電能計量裝置計量誤差多1.285%，分析表2 測試數(shù)據(jù)，并對2套電能計量裝置綜合誤差進行實際測試，表明傳統(tǒng)電能計量裝置計量誤差比數(shù)字式電能計量裝置計量誤差多1.277%。與2套電能計量裝置的試驗綜合誤差相比較的結(jié)果完全一致，從而說明2套電能計量裝置誤差穩(wěn)定、運行可靠。

傳統(tǒng)電能計量裝置計量誤差比數(shù)字式電能計量裝置計量誤差多1.285%的原因是傳統(tǒng)計量裝置與數(shù)字式計量裝置之間存在一定的綜合誤差。

同時對傳統(tǒng)電壓互感器、電流互感器和電子式電能表在運行狀態(tài)，(實際工作時)互感器二次負荷只帶電子式電能表時的誤差進行了測試，電壓互感器綜合誤差為+0.247%，電流互感器

綜合誤差為+0.519%，電能表誤差為+0.208%，計算總誤差為+0.974%。實際用標準裝置測試的合成誤差為+1.036 2%，二者僅差0.05%，說明傳統(tǒng)電能計量裝置可以通過量值傳遞檢驗方法準確確定出測試誤差，同時也佐證了2套電能計量裝置綜合誤差測試的正確性。

對電子式電壓互感器、電流互感器和數(shù)字量輸入電能表在運行狀態(tài)的誤差進行測試，電壓互感器綜合誤差為+0.02%，電流互感器綜合誤差為+0.013%，電能表誤差為-0.033%，計算總誤差為+0.000%，而實際用標準裝置測試的合成誤差為-0.2410%，二者相差0.241%，說明電子式互感器和數(shù)字量輸入電能表試驗數(shù)據(jù)帶有較大不確定度。

3 結(jié)束語

通過分析數(shù)字式電能計量裝置與傳統(tǒng)電能計量裝置的比對試驗及綜合誤差試驗，說明數(shù)字式電能計量裝置可以正確計量電能量，綜合誤差在合理的范圍內(nèi)，可以正確計量電能量，但其試驗數(shù)據(jù)帶有不確定度，分元件試驗誤差組成的合成誤差與實際用標準裝置測試的合成誤差存在差異，需要進一步研究其標準量值傳遞問題。