李勇，楊富堂

（1.陜西電力科學(xué)研究院，陜西西安710054;2.渭南供電局陜西渭南714000）

在電能計(jì)量和電能計(jì)量裝置校驗(yàn)中，所使用的計(jì)量電表和校驗(yàn)工具都有相應(yīng)的準(zhǔn)確性要求，對(duì)準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度的變化，是造成其變化的主要因素之一，由于一般低精度計(jì)量電表和校驗(yàn)工具受環(huán)境溫度變化的影響不會(huì)達(dá)到其標(biāo)稱準(zhǔn)確度的量級(jí)，因此在實(shí)際應(yīng)用中往往不被人們重視，所引起的誤差也常常予以忽視[1-2]。而對(duì)于0.05級(jí)或以上等級(jí)的校驗(yàn)工具或電能校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)講，環(huán)境溫度的變化會(huì)直接影響到檢測(cè)或校驗(yàn)的結(jié)果，因此有必要特別強(qiáng)調(diào)?，F(xiàn)場(chǎng)電能表在線檢測(cè)時(shí)環(huán)境溫度引起的測(cè)量誤差變化問(wèn)題應(yīng)該引起所有人的重視。綜上所述，實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)工具和校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的寬溫范圍內(nèi)準(zhǔn)確性的穩(wěn)定性是很有必要的。本文就研發(fā)750 kV變電站關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)中寬溫環(huán)境下所遇到的問(wèn)題及解決方法做一介紹。

1 750 kV變電站關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

750 kV變電站關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)分為主站和分站2個(gè)部分，主站設(shè)在電能計(jì)量中心辦公室，分站安裝在750 kV變電站各保護(hù)小室。所有分站與主站的聯(lián)系通過(guò)專用光纖，并經(jīng)過(guò)通信專用通道聯(lián)入計(jì)量中心主站，完成整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。系統(tǒng)檢測(cè)圖見(jiàn)圖1。

2 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

在電能計(jì)量裝置遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)中，工控機(jī)為其控制核心，系統(tǒng)內(nèi)部的SZBMC01型多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表為其比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。工控機(jī)通過(guò)控制SZBMC01數(shù)字測(cè)量部分切換，可分時(shí)對(duì)所有關(guān)口的計(jì)量主副電能表進(jìn)行校驗(yàn)檢測(cè)。因此，系統(tǒng)內(nèi)的比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、即SZBMC01多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表是保證該檢測(cè)系統(tǒng)指標(biāo)準(zhǔn)確性的核心。SZBMC01多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表原理圖如圖2所示。

圖2 多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表原理框圖

雖然變電站環(huán)境條件相對(duì)較好，有室內(nèi)空調(diào)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控，但是現(xiàn)場(chǎng)溫度有±5℃的變化也很正常，因此，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到其他應(yīng)用場(chǎng)合的極端情況，我們對(duì)該系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度提出了0～43℃的寬溫設(shè)想，爭(zhēng)取控制該系統(tǒng)在寬溫區(qū)間內(nèi)的溫度系數(shù)，使其≤ 2×10-6，即使在極端情況下，環(huán)境溫度在43℃時(shí)，其內(nèi)部比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)變化≤4×10-5，小于0.05等級(jí)的1/10，這樣，由環(huán)境溫度變化所引起的系統(tǒng)檢測(cè)誤差就可以忽略不計(jì)了。

一般使用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄗ詣?dòng)修正寬溫范圍的整機(jī)指標(biāo)或局部指標(biāo)，溫度補(bǔ)償方法主要包含硬件方法和軟件方法，硬件方法最常用的手段有局部恒溫槽和元件加減平衡等，此類方法的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償直接、見(jiàn)效快，便于整機(jī)綜合指標(biāo)的提高，缺點(diǎn)是增加了電路的設(shè)計(jì)難度，在器件選擇、整機(jī)調(diào)試等方面顯得十分麻煩，尤其不適于定型產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。軟件方法對(duì)元器件的篩選要求不高，利用了批量產(chǎn)品和局部元器件的指標(biāo)共性，使用數(shù)學(xué)函數(shù)擬合了整機(jī)或局部的溫度特性，并實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，通過(guò)改變函數(shù)的溫度變量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)具體對(duì)象的溫度補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)方便、便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量化，缺點(diǎn)是前期測(cè)量實(shí)驗(yàn)和軟件編制工作量大，對(duì)CPU的數(shù)據(jù)處理能力要求較高。本設(shè)計(jì)方案依據(jù)計(jì)算機(jī)仿真原理，采用軟件補(bǔ)償方法，儀器內(nèi)部設(shè)置有溫度測(cè)量模塊。以下分別就電壓電流幅度補(bǔ)償和單相的四相限綜合電能誤差補(bǔ)償兩方面給以介紹。

3 寬溫幅度數(shù)據(jù)

在完成了SZBMC01多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表產(chǎn)品樣機(jī)的常溫功能驗(yàn)證和室溫指標(biāo)校準(zhǔn)工作以后，需要對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)表樣機(jī)進(jìn)行寬溫指標(biāo)測(cè)量。所使用的設(shè)備有：HS-408高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行寬溫試驗(yàn)、XL-803三相功率測(cè)試源、BB3100三相標(biāo)準(zhǔn)電能表（準(zhǔn)確度0.01級(jí)）。溫度箱設(shè)定溫度5.0～45.0℃，室內(nèi)溫度23.0±1 ℃。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2（以A相為例）。

表1 A相電壓V

表2 A相電流A

4 幅度補(bǔ)償及結(jié)果

根據(jù)原始實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，設(shè)測(cè)量值為y，溫度數(shù)值為變量x，使用數(shù)學(xué)函數(shù)擬合工具，找到相符合的逼近函數(shù)。

1）電壓函數(shù)。電壓趨勢(shì)函數(shù)為指數(shù)函數(shù)y=ax-33+b,其中a由電壓測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的溫度特性決定，a=1.1，b為電壓基準(zhǔn)值。

2）電流函數(shù)。電流趨勢(shì)也為指數(shù)函數(shù)，y=ax-53+b,其中a由電流測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的溫度特性決定，a=1.1，b為電流基準(zhǔn)值。

3）測(cè)量值及函數(shù)曲線見(jiàn)圖3（以A相為例）

4）溫度補(bǔ)償。從數(shù)據(jù)表格及變化曲線可以看到，量程內(nèi)信號(hào)幅值變化率相同，既50%以下信號(hào)與額定信號(hào)的變化率相同，只是準(zhǔn)確性變差些。在這個(gè)寬溫范圍內(nèi)，測(cè)量數(shù)據(jù)隨溫度變化而發(fā)生非線性變化，其變化原因可能與系統(tǒng)使用的AD基準(zhǔn)、采樣電容及放大器等器件的綜合特性有關(guān)。

在函數(shù)表達(dá)式中，指數(shù)部分就是測(cè)量系統(tǒng)的溫度變化部分，在測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中，根據(jù)實(shí)時(shí)溫度值，原始測(cè)量值減去指數(shù)函數(shù)值，就實(shí)現(xiàn)了測(cè)量系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償。

5）補(bǔ)償后幅度測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)處理程序加入補(bǔ)償功能后，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表3、表4。

從補(bǔ)償后數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果看，電壓額定量程時(shí)誤差均控制在0.003%以下，50%量程時(shí)最大誤差約0.01%。電流在額定5%時(shí)誤差略大于0.01%。

圖3 各測(cè)量點(diǎn)量程函數(shù)曲線

表3 A相電壓補(bǔ)償結(jié)果V

表4 A相電流補(bǔ)償結(jié)果A

其他相電壓電流補(bǔ)償后測(cè)量結(jié)果與A相基本相同，本文不再詳述。

5 寬溫電能補(bǔ)償

一般在高精度標(biāo)準(zhǔn)表設(shè)計(jì)中，由于電壓電流通道所使用的電路有所差異，其電路網(wǎng)絡(luò)的溫度特性也會(huì)不同，這樣就造成每相電壓電流的角差會(huì)隨溫度變化而發(fā)生非線性變化，因此，也要考慮對(duì)每相的相角進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

在SZBMC01多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表內(nèi)部三相電壓和三相電流6個(gè)通道中，取樣放大及AD轉(zhuǎn)換使用相同結(jié)構(gòu)電路及原理，6個(gè)通道的溫度一致性較好，相位差基本為固定值，這樣，由于6通道設(shè)計(jì)的原因，就不用對(duì)相角進(jìn)行溫度補(bǔ)償了。

6 結(jié)語(yǔ)

電能表遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理軟件中加入溫度補(bǔ)償以后，其整機(jī)穩(wěn)定性指標(biāo)得到了很大的提高，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試源測(cè)試時(shí)，其額定狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值≤0.000 5%，功率穩(wěn)定度≤0.005%，8小時(shí)變差≤0.005%，開(kāi)機(jī)自熱≤0.002%，在寬溫環(huán)境下，其準(zhǔn)確性也得到了保障。SZBMC01多通道現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電能表一次性通過(guò)了相關(guān)部門的型式實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)，并取得中華人民共和國(guó)制造計(jì)量器具許可證，得到了0.05級(jí)計(jì)量準(zhǔn)確度認(rèn)證。

[1] 陰存貞,吳國(guó)偉,李煒東,等.多功能電能表自動(dòng)追補(bǔ)電量功能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源,2010,26(2):46-50.

[2] 莊重,唐寅生.分功率因數(shù)電能表掛網(wǎng)試運(yùn)行分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2008,2(5):71-72.