用电信息采集终端电压测量方法研究

吴飞财

（福建水利电力职业技术学院，福建永安，366000）



用电信息采集终端电压测量方法研究

吴飞财

（福建水利电力职业技术学院，福建永安，366000）

［摘要］针对用电信息采集终端长期运行后电压测量误差容易超差的现象，本文在分析电能表和终端测量方案误差的基础上，指出终端电压测量误差变化量为负的原因。本文提出了一种改进的终端电压测量方法，满足电压测量对电气隔离和测量精度的要求。

［关键词］用电信息采集终端；电压测量；误差分析

Study of Voltage Measurement Method in Electric Energy Data Acquisition Terminal

WU Feicai
(Fujian College Of Water Conserwancy And Electric Power,Yong'an 366000,Fujian )

［Abstract］The voltage measurement error of electric energy data acquisition terminal tends to be bigger after long-term operation. This paper analyses the measurement error in electric energy meters and terminals. Then the reason of negative error variety is pointed out. Finally, an improved voltage measurement method in terminals is proposed, which meets the requirement of electrical isolation and measuring accuracy.

［Key words］electric energy data acquisition terminal；voltage measurement；error analysis

1　引言

用电信息采集终端可用于监控电力用户的电压、电流等信号。电压采集是终端的重要功能，其准确性直接影响电力用户用电电量、电费的正确计算，有利于减少电力公司和用户的结算纠纷。根据终端相关技术规范[1-2]的要求，终端的电压测量准确度为0.5，有功功率准确度为1，即电压误差极限为±0.5％，有功功率误差极限为±1％。在电能表和终端运行抽检中发现，电能表的电压测量误差很少超差，终端的电流测量误差超差也较少，但是部分投运时间较久终端的电压测量误差却超差，导致终端有功电量计量不准确。终端中的电压测量方案必须满足以下要求。

（1）电压测量电路必须与电压二次回路隔离。为了避免触电危险，终端电源电路必须与外部输入电路隔离，因此不能采用简单的电阻分压法测量电压。

（2）需具备电压测量误差自诊断功能。由于终端误差超差概率远大于电能表误差超差概率，因此当误差超差时，终端需要及时发现并将误差异常上报主站。

为了提高终端电压测量准确性，本文在分析电压测量误差的基础上，设计了一种新的终端电压测量方案，以期解决上述问题。

2　误差分析

国内已有很多学者对电能表和终端的计量误差进行分析[3-7]。本文首先介绍电能表电流测量电路、电能表电压测量电路、终端电流测量电路、终端电压测量电路的工作原理，然后通过对比分析终端电压测量误差超差的原因。

（1）电能表电流测量电路

电能表的电流测量电路原理图如图1所示，该电路利用电阻R将电流信号转换成电压信号，然后送入A/D进行采样。

图1　电能表电流测量电路原理图

假设电阻R的标称值为r、误差为+δ，电流真实值为I，忽略其他误差，则电流信号的测量误差为

（2）电能表电压测量电路

电能表的电压测量电路原理图如图2所示，该电路利用电阻R1和R2对高电压分压，然后将低电压送入A/D进行测量。

图2　电能表电压测量电路原理图

假设电阻R1的标称值为r1、误差为-δ，电阻R2的标称值为r2、误差为+δ，电压真实值为U，忽略其他误差，则电压信号的测量误差为

（3）终端电流测量电路

终端的电流测量电路原理图如图3所示，电流互感器即实现了电气隔离又将大电流转换成小电流。为便于分析，将电流互感器以T形等效电路展开，如图4所示。其中RT1和LT1是一次绕组的漏阻抗，RT2和LT2是二次绕组的漏阻抗，RTm和LTm是励磁阻抗。

图3　终端电流测量电路原理图

图4　终端电流测量电路等效图

由于励磁阻抗较大，可忽略励磁支路的分流作用。假设电阻R的标称值为r、误差为+δ，电流真实值为I，忽略其他误差，则电流信号的测量误差为

由式（1）和式（3）可知，在忽略励磁电流的前提下，终端电流测量误差与电能表电流测量误差相同。在运行抽检中，电流测量误差超差的终端比例与电能表比例相近，间接印证了电流互感器对电流测量误差影响不明显的结论。

（4）终端电压测量电路

终端的电压测量电路原理图如图5所示，1:1的电流互感器CT实现了电气隔离。将电流互感器以T形等效电路展开，等效图如图6所示。其中RT1和LT1是一次绕组的漏阻抗，RT2和LT2是二次绕组的漏阻抗，RTm和LTm是励磁阻抗。

图5　终端电压测量电路原理图

图6　终端电压测量电路等效图

比较式（4）和式（2）可知，终端电压测量误差受电流互感器漏阻抗变化量的影响。若Δ为零，则终端电压测量误差变化量为零；若Δ>0，则终端电压测量误差变化量为负；若Δ<0，则终端电压测量误差变化量为正。

某些电流互感器可靠性较差，在长期运行后其漏阻抗容易出现变大（即Δ>0），导致电压测量误差变化量为负。这与运行抽检中大部分电压误差不合格终端均为负偏差的现象相符合。

3　改进的终端电压测量方案

由终端电压测量误差的分析可知，为了避免测量误差随时间出现较大的偏差，需要选择稳定性较好的元器件。本文从另外一个角度提出一种新的电压测量电路，原理图如图7所示，等效电路图如图8所示。

图7　改进的电压测量电路原理图

图8　改进的电压测量电路等效图

考虑到r1、r2、r3、r4的阻值为MΩ级，rT1、rT2的阻值为mΩ级，因此δ5＜δ4。也即当电流互感器的阻抗变大时，改进方案的电压测量误差小于图5方案的测量误差。

4　总结

本文首先分析电能表和用电信息采集终端的电压、电流测量误差，指出了终端电压测量误差容易出现负向变化的原因。然后提出了一种改进的终端电压测量电路，该电路具备隔离功能，避免终端使用过程中的触电危险；同时该电路具备误差变化量超差自动告警功能，可有效提高测量精度。该改进方法可有效避免因电流互感器参数变化而引起测量误差超差，为改进终端电压测量电路提供了一种新的解决思路。

[参考文献]

[1]Q/GDW 1374.1-2013电力用户用电信息采集系统技术规范[S]. 2013.

[2]Q/CSG11109002-2013,中国南方电网有限责任公司负荷管理终端技术规范[S]. 2013.

[3]魏双双,滕召胜,周良璋等.一种新型的智能电能表设计与实现[J].计算机测量与控制, 2011, 19(10).

[4]陈俊,陈应龙,郭雨等.智能电能表自助误差校准装置设计[J].电测与仪表, 2014, 51(18).

[5]黄艳,周文斌,吴晓昱等.智能电能表的发展应用及误差调整[J].电测与仪表, 2012, 49(z1).

[6]何永全.试析电能表误差的影响因素及现场校验[J].科技资讯, 2014, (33)

[7]王博.多功能电能表实负荷校验方法探讨[J].电工技术, 2010, (10).

［作者简介］吴飞财（1979-），男，福建永安人，福建水利电力职业技术学院讲师、硕士，研究方向：电气工程及自动化。

［收稿日期］2015-10-10

［中图分类号］TM451

［文献标识码］A

［文章编号］1671-5004（2015）06-0001-03