电能整体计量思路在10kV配网中的体现

叶建伟

（国网四川省电力公司眉山供电公司，四川 眉山 620000）

随着社会经济的发展，我国用电需求进一步增加。基于此种需求，我国10kV高压电网的建设规模较从前有了大程度的增加。目前我国电力输送网络中10kV配网占了绝大部分，其运行的稳定性对于保障供电系统的稳定运行有较强的影响作用。由于从前技术手段的限制我国电能计量方式较为落后。步入21世纪以来，时代不断发展，各种新技术层出不穷，利用新技术完成对传统电能计量方式的改进对于提升我国电能计量工作的质量，保证电能的高效利用将会起到十分重要的作用。

一、研究电能整体计量技术的重要性

电能整体计量技术的研究其最终目的是为了实现由高压配电网中高压电一侧直接实现输出电能的计量，避免中间环节的出现，将可能出现的误差控制在最小范围内，同时减少计量设备的体积与质量，实现计量的便捷化。10kV配电网中通常的电能计量是由电力计量柜或者电力计量箱实现的，在这两类设备中是用电压互感器、电流互感器以及电表等多个部分组成，利用互感器与电表完成对所用电量的计量。除设备运转过程中设备的各组成部分对电表的精确度会产生了较大的影响外，由于配电网中电压在经过回路时会经历二次降压，这也会对计量的精确度产生较大的影响。在利用传统仪器对电压进行测量的过程中，其误差值是使用各部件，例如电能表、电压互感器等中存在的误差计算得来，但依据相关规定，未实际测量得出，而是依据其他方面的内容计算得出的误差值不能作为评价一种设备实际误差值的依据。针对电能整体计量技术展开研究是十分必要且重要的。

当前普遍使用的电能整体计量技术除了在计量准确度方面存在问题之外，也存在其他方面的问题。例如其高压互感器的安装位置通常位于电气设备一次回路与二次回路的绝缘部位，体积过大，质量过大，不能便捷的实现电能测量这一目的；其中使用的磁感应设备在高压配电网系统中使用可能发生电磁共振现象，引发安全事故；电量表位于电气二次侧低压电位处，在其运转过程中可能会发生偷电、窃电的情况。随着时代的不断发展，各种各样的新技术、新材料涌现，使得目前实现电能的精确整体计量有了较大的可能，改进计量设备中的各部件，例如电压互感器、电流互感器等，使用更先进的部件能显著提升电能计量设备的性能，同时由于目前许多电子元件正朝着精密化发展，使用新型电子元件同样能实现电能计量设备体积与重量的较小，在未来应用过程中使用更方便，改进后的电能整体计量设备直接安装于10kV配电网中的高压一侧，能实现对电能的直接计量，这种新方法与传统方法相比更精确同时更稳定，有效提升了我国高压配电网的电能整体计量技术。

图1 电能整体计量原理图

二、10kV配电网中如何体现电能整体计量思路

目前针对10kV配电网开展电能计量时使用的大都是两元化法，因为其采用的是小电流接地的方式所以使用下列公式开展计算:

由上式可知，想要得到电流的三相总功率，可以先对AB、CB以及A、C间的电流进行检测，然后展开计算得出最终结果。

电能整体计量思路如图1，图中阴影部分表示的是设备上的主绝缘材料，其中也包含了AB、CB两相间存在的高压电容以及光纤等。此计量电路整体分为三部分，三个部分分别位于A、B、C三相，例如可以将电流计量装置直接设置在A相中，使用这种方案不用考虑TA对地绝缘因素的影响，所以能实现计量装置的体积与重量产生一定幅度的减小。当电流信号进入A相时会直接经过设置于于A相中的电流计量设备，最终信号会作用于分压电容，此时CL则会参照A相中的基础电位。利用这种方式进行电压的测量直接得出的电压值与实际值之间只存在几伏的差值，所以该值可以直接传递至A相中存在的计量模块，然后计算出一个结果，而后此结果会由各相中连通的光纤进行进一步的传播，传入B相中的主控模块。需要注意的是在此种电能计量设施中C相的工作原理与A相基本相同。由于10kV配电网中的电压直接作用于该设备中的各个部件，所以其也被称作“高压电能表”。

此电能计量设施的工作原理是在三个高压端A、B与C点之间连接使用单独电容器的供电电源，利用开关按钮实现对其中电流的直流、交流控制。当母线中存在电压时，电能表就能正常运转，开始电能的计量。B相中存在的主控模块能够将A相以及C相中计算所得结果进行综合性的分析，最终完成高压电能具体数值以及数据得出的具体时间存储至特定区域，完成对电压的信息化统计与管理。

三、电能整体计量设备的具体设计

（一）绝缘设施设置

在过去使用的10kV高压电能计量装置中，电压互感器与电流互感器中电气一次与二次想要要满足绝缘需求需要利用环氧树脂、绝缘油等物质，具体做法是将这些能够实现绝缘的物质填充于互感器中电气一次与电气二次线路之间，这样能有效实现两者之间的绝缘。使用这种方式绝缘虽然其绝缘性能得到较好的保障但是其存在一个明显的缺点：造成了设施体积与重量的过大。传统做法下的100A/5A，10kV/100v电压互感器与电流互感去的电子元件重量大都在100公斤以上，使用过程中十分不方便。并且由于此类绝缘物质自身的特点使得其在使用过程中发生故障的可能性较大，在经历长时间的持续使用或者气候的持续高温或潮湿时将有可能使绝缘层被损坏，产生故障或者直接产生短路的现象。高压电能整体计量技术使用的则是一种原理不相同的绝缘技术，将电气一次回路与电气二次回路相融合，使用了智能电路的设计，在电气一次回路与电气二次回路之间不需要进行绝缘设计，对于减小设备的总体积与总重量起到了十分重要的作用。

（二）传感器设施设置

虽然在对高压电能进行计量时使用的绝缘方式大都是电器一次回路与二次回路相融合的方式，所以基本消除了传感器中发生铁磁共振现象的可能。但是想要正常的获取电压以及电流信息需要进行电压以及电流传感器的重新设计。

1电压传感器

如图1所示，电压传感器在电能整体计量中起到的作用是十分重要的。电压信号是由其在相间传感器中的分压器路获得的。目前阶段我国10kV配电网中广泛使用的电压传感器有两种，一种采用电阻分压的形式，另一种则是采用电容分压的形式，虽然本文中讨论的是利用电阻完成分压的电压传感器，但是在实际应用过程中电容分压传感器由于其性能的优越性更适用。为保障高压电路的安全，通常会将各个电容使用串联法连接起来，且电容内部同样有串联的成分，这样做能保证电压在每一个电容中均匀的分布，防止某一个电容中承受的电压过大产生安全事故。需要注意的是，在进行电容元件的购买时尽量保证购买的产品为同一批次，最大限度保证各电容元件在工作时承担的压力值更平均，同时保证其外包装的完整性，减少其使用前受温度、湿度的影响。

2电流传感器

如图1所示，A相与C相之间的电能计量模块设置在需要被测试的部分，由这种情况可知，TA的电气一次回路与电气二次回路之间持续处于等电位状态中，所谓等电位就是说在其两者之间的电压值完全相同，且在进行电流计量时不需要考虑到电流传感器的绝缘问题，所以在实施针对其的电流计量时，可以用体积较小的、使用高科技原料的精密电流传感器，精密电流传感器不仅可以做到计量更精确，同时由于其构成材料的先进性，还能更好的实现长时间持续的运行。这样做不仅能有效减少电能整体计量设备的体积与重量，同样能提升电流传感器工作的稳定性与精确性。

结束语

目前在10kV配电网中被广泛使用的电能计量设备存在体积大、重量大、使用寿命较短以及故障发生率较高等方面的问题，使用高压整体计量设施能在很大程度上解决并改进这些问题，使用电能整体计量方法的高压配电网运行稳定，能有效的对电网中电能的输送情况进行监管，避免窃电等情况的发生。并且这种方式由于测量的主体为配电网中的高压侧，在保证设备精确度的情况下发生误差的可能性较小，并且误差值能有效确定，符合相关规范的说法，即其误差值是直接测定出来的，而非通过其他测定计算的。电能整体计量思路在10kV配电网中的使用实践取得了良好的成效，同时这种电能计量模式同样符合我国目前阶段智能电网的建设需求。事实证明，此种方式具有良好的推广价值。

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