浅谈电子式互感器和智能电能表校验技术

史冉冉　徐龙涛

摘要：电子式互感器和智能电能表在数字化变电站中对智能电网建设起到重大的促进作用，因此这两方面的应用、在线校验和实时监测对于电网的安全运行非常重要。文章介绍了电子式互感器和智能电能表的基本工作原理及校验方法。

关键词：电子式互感器；智能电能表；校验技术；数字化变电站；智能电网建设 文献标识码：A

中图分类号：TM452 文章编号：1009-2374（2016）12-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.034

1 电子式互感器

1.1 引言

目前数字化变电站的技术比较成熟，在很多试点推广。作为决定性设备，电子式互感器的推广应用有着举足轻重的作用，适用的校验技术需要企业及时引进和采用，以此保障整个电网的安全运行。

1.2 常见的电子式互感器工作原理

1.2.1 无源电子式交流互感器在以磁光效应理论为基础（法拉第）运行，主要是光波通过磁光材质时使其偏振面旋转，旋转的角度即可确定电流大小，也称为电流产生的磁场发生的偏振面旋转。因此测量原理可以分为逆压电效应（或电致伸缩效应）和Pokels效應两种，其中第二个是主要作用原理。Pokels效应在外加电场的作用下，某些警惕的折射率发生变化。比如一束偏振光在晶体表面发生折射时，将分为相互垂直的两束线性光线（震动方向上），其电压和相位差成正比。

1.2.2 有源电子式电流互感器是通过电子技术将一次传感器输出的电压转化为数字信号，此时数字信号可以通过光线传给二次设备。需要电源给A/D转换装置供电，所以称为有源电子式互感器。此种传感部分工作原理主要是传统的电容分压技术，电容分压测量单位使被测对象形成较低电压，此时可以将输出的模拟信号转成数字信号，再利用光纤传导给二次设备。

2 电子式互感器校验技术

2.1 电子式互感器校验的原因和意义

目前电子式互感器的校验均为离线式校验，使得现场校验时的工作效率较低，在线校验可以提高和完善电子式互感器的性能检测以及提高监测工作效率。在运行中定时在线校验，不仅可以提前预防事故的发生并降低企业损失，还提高了整个变电站的运行稳定性和可靠性。电子式互感器在线校验技术相比离线状态下更加具有优势：（1）在不断电的情况下，监测数据和误差校验，减少损失，高效运转；（2）为其他互感器提供参数；（3）数据还可以支持之后的数字式电能表的安全有效运行；（4）针对性维护，电子式电流互感器利用率大大增加；（5）产品可靠性增加，全面的故障分析可以提供有效的反馈。

2.2 电子式互感器校验的工作原理

电子式互感器校验有两种形式，即模拟小电压信号和数字信号。相比传统的电磁式，电子式互感器区别很大。传统的电磁式是在不需要实时进行监测的情况下校验，因为其原理颇为简单，已经具有成熟的运行经验。但是在数字化变电站中，主要是针对电子式互感器的误差测量来实现。标准电流数据被采集和传输是在线校验的主要方式，即输出的数据与标准通道的数据进行对比和校验，即可得到误差和运行时的状态量。标准电流通道、被校验电流通道及校验平台三部分形成在线校验的主要系统。与离线校验的区别分析：（1）操作流程不同。离线校验方法简单，没有高压，而在线校验需要绝缘高压，确保工作人员的人身安全；（2）电流传感头不同。离线校验的多为电磁式，在线校验多为电流传感头；（3）校验算法有差异。

模拟小电压信号和数字信号是被电子式互感器输出的两种形式，研究新校验方法才能有效地使整个系统高效运

行，因为这两种形式和旧的即电磁式互感器有很大的区别。

如图1所示为数字输出式电子式电流互感器校准接线图的细节部分。该图清晰地说明被测电子式电流互感器和标准电流互感器串联在一起，标准电流互感器通过标准电阻将二次输出的信号转化为电压信号，接着将其连到标准A/D输入端，另外被测电子式电流互感器的二次输出连通MU，再通过光线将其数字信号传输到电子式互感器校验仪的数字接入端。在同步脉冲采集样品，校验被测电子式电流互感器

与标准A/D的输出信号，最后利用有效算法计算出比差和角差。

2.3 电子式电流互感器校验关键技术

2.3.1 带电作业方式研究。由于离线的校验没有高电压的存在，其采用的升流装置以及设备的安装连接和拆卸等过程并没有考虑到操作人员的人身安全问题。因此在电子式互感器校验时，要重新加入高压带电作业方式，即在高压电气设备上进行检修、测试和故障部件更换（处理故障）作业时，不能切断电源。在这种情况下，操作人员一般会采用一些绝缘操作方法等，比如利用绝缘操作杆和等电位作业、水冲洗等。

2.3.2 高准确度标准电流传感头研究。由于标准电流传感头的准确度只有在高于被测电子式电流互感器两个等级以上才能算符合校验标准。在目前电力系统中的电子式互感器普遍为0.2级和0.5级及特殊用途0.2S和0.5S级，故标准传感头的准确级应满足0.02级。如果想要在不断电的情况下进行校验，应当采用非接触式测量电流传感头或钳形结构的电流传感头。

3 智能电能表

3.1 引言

伴随着智能电网在全国范围内的推广，作为智能电网的终端，智能电能表在系统内得到了很大的推广和应用。为了确保智能电表安全高效地运行，只有加强对其的校验，才能更好地促进其性能的发挥。

3.2 智能电能表特点

由于智能电能表将测量、数字信号、自动控制、通信以及计算机等众多技术有效地结合在一起，成为现如今高效率智能型电网系统的有效控制终端。因此这些技术使智能电能表在性能方面和可操作性方面都具有更大的提升，不仅节省了人力物力，而且提高了效率。各方面优秀技术与电子集成电路的设计组合是智能电能表广泛使用的基础，另外其最大的特点是信息技术，信息技术的发展为智能电能表提供了基础和出现的前提条件，因此信息技术的很多显著特点也体现在智能电能表之中，主要有功率小、功能多、过载与工频范围较宽等特点。其中功耗小是相对比传统的电能表功耗（1.7W左右），智能电能表的功耗平均每个表仅为0.6W左右，并且使用越多，功耗平均也将更小，此特点大大地节省了能源。另外，功能相对齐全，具有防偷电、可预付电费、数据处理、识别非正常负载（短路等情况下）、复费率、存储等功能，且这些功能在一个比传统电能表体积更小的智能电能表中实现。过载与工频范围较宽的特点与传统电子式电表相对比而言，过载倍数提高了2倍（智能电能表为8～10倍，传统电表为4倍），同时精确度方面也提高了等级，总结来说就是精确度高、误差小。综合以上的特点，使得智能电能表更节省人力物力和财力，并且能够提高智能电能表的工作质量和效率。

4 智能电能表的构成与工作原理

传统的电表是感应式，随着信息科技的发展，其在供电企业的应用逐步被替代和淘汰。智能电能表的表计有两部分隔离的工作电源：一部分给RS485供电；另一部分给CPU、液晶驱动芯片供电。电阻分压后网络完成电压信号取样并完成计量部分，被取样的电压电流信号传送给计量芯片。计量芯片内部有计算其功率信号的转换器，从而可以转换成脉冲信号输出。接着单片机对脉冲信号累加处理，再根据该电表所在区域进行电费计价，最终通过LCD液晶显示器显示最后的数据，即电量、电费等用户需要的数据。

5 智能电能表校验的注意事项

5.1 智能电能表校验过程中报警代码方面的注意事项

就智能电能表而言，其在日常运行时，智能电能表可以对内部异常进行及时检测，并且通过推广和研发，智能电能表已经有了个性化的设计，报警代码（不同种类的）可以通过显示屏及时地显示出来，然而由于智能电能表的型号不同，对于报警代码的规定和呈现不同，而部分校驗人员在对其校验时往往忽视报警代码的查看。在智能电能表校验过程中，校验人员首先就应注意智能电能表的报警代码。切实掌握其所代表的意义，才能更好地确保智能电能表的缺陷和安全隐患得到及时发现和排除，以促进现场校验效率的提升。

5.2 智能电能表校验过程中电池电压方面的注意事项

在智能电能表中，电池是其不可缺少的元器件之一，是外部电源停电后的备用电源，尤其是一旦外部电源停电后，其作为后备电源确保整个电表时钟的正常运行。电池不仅存在容量限制问题，而且元器件自身也会耗电，随着其运行时间的加长，不管采用哪种电池，其均会存在失压的情况，从而导致时钟显示错误，会给智能表的安全运行带来诸多不良影响，尤其是公司阶梯式电价策略实施以来，很多企业的电费计量方式是分费率和分时段的进行，若智能电能表的时间不准确，就会导致智能电能表的记录时间与用户的用电时间不同，而在不同的时段就会产生不同的电价。在对智能电能表进行校验时，必须注重其时间的检查，尤其是应核对时钟是否正确、电池状态是否有效等，并结合检查的情况进行针对性的检修和校验，才能更好地避免计量纠纷的发生。若检查过程中存在时钟超范围或电池欠压，就应及时地退补电量和更换表计，并在此基础上确保表计轮换计划得到严格的执行，预防其出现超期限服役的情况。通常情况下，时钟错误主要是由于电池欠压所导致，最终导致电量数据在转储时出现错误，这就需要校验人员严格按照电池电压规约标准，利用红外掌机或者PAD抄录电池的电压值，并将其与标准核定后对其进行检查，对于存在失压的电池应及时的更新，预防因此导致的电量差错。

5.3 智能电能表校验过程中电量方面的注意事项

除上述注意事项外，在实际校验工作中，还应注意电量方面的分析和判断。部分智能电能表电量在累计、存储停电数据转储过程中，由于程序设计上的失误，会存在一定的概率导致组合电量、正向电量和反向电量不一致，红外掌机抄读正向电量，而部分智能电能表液晶显示组合电量，出现红外掌机抄录电量和液晶显示电量不符。由于目前普遍采用红外掌机抄读电表电量，并据此和用户进行结算，这样就会造成计量纠纷。所以在校验电表过程中，必须对液晶显示电量和红外掌机抄读电量进行检查，避免出现差错。

参考文献

[1] 李萌.电子式互感器数字接口[D].华中科技大学，2005.

[2] 刘琨.电子式互感器合并单元（MU）的研究与设计[D].湖南大学，2006.

作者简介：史冉冉（1980-），女，山东成武人，供职于国网山东省电力公司成武县供电公司，研究方向：农电配网建设及低压线损治理；徐龙涛（1978-），男，山东郓城人，供职于国网山东省电力公司成武县供电公司，研究方向：农电管理、农电配网建设。

（责任编辑：王 波）