数字电能计量系统现场检定技术研究

王再冉

安达供电有限责任公司

摘要：数字电能计量系统在数字化变电站中得到较为良好的应用，电子式互感器及电能表工作原理及接口方式的现代化发展，对数字电能表的校验工作提出了更为严格的要求，。本文就数字电能计量系统现场检定技术进行探索和研究，以提高数字电能计量系统的可靠性和准确性，仅供相关人员参考。

关键词：数字电能计量系统；电子式互感器；数字电能表；现场检定

数字化变电站在互感器输出信号以及电能表的校验方面都与传统变电站之间存在着明显的差异性，电子式互感器因其自身运行特点而得到相关人员的广泛关注，它能够一次性完成电流电压的数字化，最大程度上减少了数字信号传输中所产生的误差，弥补了传统电磁式互感器的不足，促进了数字化变电站的发展。在这种情况下，传统的校验设备无法满足数字电能计量系统的实际需求，因而加强数字电能计量系统现场检定技术的研究具有重要性和必要性。

1 数字电能计量系统现场检定技术概述

1.1电子式互感器现场检定技術的实际情况

通常情况下，直接测量法是电子式互感器现场检定的常用方法，在实际应用过程中，将被测电子式互感器与传统标准互感器进行直接测量和对比分析，从而明确电子式互感器在实际误差。从实际情况来看，这种现场校验方式满足数字化变电站电子式互感器的实际工况，具有一定的合理性和有效性。但是所采取的直接测量法具有一定的特殊性，在实际测量检定过程中对电子式互感器的精准度有着严格的要求，在进行现场校验之前，应当对电子式互感器的整体精准度进行合理的明确和控制。

1.2数字电能表检定技术的实际情况

在数字化变电站中采用的数字化电能表与传统的三相多功能电能表的工作原理完全不同，数字电能表所接收的信号是光纤以太网传送的数字化电流、电压信号，而不是传统的57.7 V/100 V的电压信号，或者是5 A/1 A的电流信号。不存在电流互感器、电压互感器及A/D转换等单元。数字化电能表获取数字化的电流电压瞬时值后，采用数字信号处理算法直接计算得到电功率和电能等电能计量数据。

理论上说数字电能表自身没有A/D环节，只是进行一下数学运算，是没有误差的。但实际可能产生的误差有两部分，一是由算法引起的误差，这种误差与信号的频率波动、波形以及非同步采样有关；另外是浮点数运算时有效位误差，为计算机系统固有误差，可以说是截断误差。

某研究院研制了数字电能表校验装置及其溯源体系，如图1所示，整个校验系统包含标准功率源、校准装置和工控机三部分。校验装置的关键部分是模拟合并单元，将模拟信号采集后，按照IEC61850-9-1协议组成以太网帧，通过光纤网络或者双绞线网络发送给被检电能表。这种方法很好的解决了数字电能表的溯源问题。

图1 数字电能表校验图及量值溯源图

2 数字电能计量系统整体检定技术

从整体情况来看，数字电能计量系统中数字电能表的检定问题始终困扰着业内人士，那么加强数字电能计量系统的整体检定技术的研究和探索具有重要意义。

2.1数字电能计量系统整体检定技术的原理分析

根据图2 可知，数字电能计量系统由被测电子式互感器、电子式电压互感器、合并单元以及数字电能表组合而成。电子式电流互感器实现了对一次电流信号的有效转化，以光纤为传送方式，将其传送到合并单元。从实际情况来看，合并单元能够将数字化的电流电压信号进行标准处理后发送给数字电能表。数字电能表能够通过数字帧直接提取电流电压相关的数据，在此基础上进行标准化的计算，可得出精准可靠地电能信息，从而进行电能脉冲信号的发送。

图2 数字计量系统整体校验图

与此同时，传统的标准电能计量系统在实际运行过程中，传统标准电能表校验仪直接进行二次信号的数字采样，并进行精准的计算后得出标准电能值。将此结果与数字电能表的电能脉冲进行对比分析，即可得出数字电能系统的电能计量误差。数字化电能计量系统整体检定技术的实际应用情况显示，该技术能够真实的反映出数字电能计量系统的误差，并且该校验方式的实际应用原理结构简单且清晰，满足数字化变电站的实际需要，与此同时该测试方法在一定程度上节约了测试相关投资，可以使用常规设备进行操作测试，无需开发新设备，因而具有良好的适用性。

2.2数字电能计量系统整体检定方法的测试结果

本文中我们采用数字电能计量系统整体检定技术对某市数字化变电站中的电能计量系统进行现场检定，现进行简要分析和讨论。该数字化变电站采用标准规格的电子式光学电流互感器，额定电流满足国家相关标准。数字电能表为同一公司生产的三相数字式多功能电能表。采用传统电磁式电压互感器为被测电压互感器。将标准电流互感器的级别进行明确，对额定工作电流进行明确，并对标准电压互感器和标准电能表校验仪的准确度级别进行明确。表1为功率测量结果，通过对表1 的观察和分析可知，额定功率下系统功率误差存在合理性，与理论上的系统误差相一致。

表1 功率测量结果

3 功率测量误差A类不确定度评定

由于试品校准点较多，此处评定只选择了两个有代表性的校准点进行：30%额定电流处（常用负荷），100%额定电流处两点。对30%额定电流和100%额定电流两点功率误差进行6次重复测量，数据见表2。

表2 功率重复测量6次结果