PEC-H3A型现场校验仪改进设计及应用

(国网厦门供电公司，厦门　361000)

1　前言

近年来，我国电力行业逐渐走入市场，电能计量是否准确、可靠，对于用户和企业具是重要意义[1]。随着电量交易量越来越大，供电企业和用户对自身的利益越来越重视[2]。因此，为了保障电能计量更好地体现用户用电的准确和公开，引导用户更为有效、合理、均衡的用电，实现电网经济运行的目的，供电企业就必须制定电能计量装置周期性检查[3]。

随着电力行业对电能计量工作提出越来越高的要求，如何更好的使用我们现有设备进行工作，减少自动化设备引起的误差，成为了目前研究电能现场检验仪的关键问题[4]。这就需要我们更为全面的了解电能表现场检验设备。目前大部分的供电公司计量外校班均配备PEC-H3A型三相电能表现场校验仪，因此，本文主要研究该型号设备的优势与劣势，改进它的不足和功能限制，使它的使用符合区域性用电情况，更好的控制更换设备成本、提高工作效率、减少工作的测试差错，实现现场校验的自动化[5]。

鉴于三相电能表现场校验仪在实际工程应用中存在的问题，本文以PEC-H3A型号为例，对其软件和硬件进行改进和设计，来解决因不同接线方式引起的频繁切换电源问题、空负荷下查线精度低的问题。

2　供给电源改进

传统的电能表现场校验仪，它的供电装置不是内部自带的[6]，是通过外接线采集现场电能表电压供电的，如今也基本是靠现场的电表电压启动仪器工作的，它的供给电源工作电路图如图1所示，仪器工作时需要从开关电源的电源输入座引转接线到测试电压，电压范围是100～220V之间。

图1　仪器工作电源电路图

现场电能表根据接线方式的不同，它们的电压可以分三类，有相电压和线电压之分。

表1　电压切换情况分类

受到仪器工作电压范围的限制，因此仪器电源插头必须每次工作时选择正确的工作电压。遇到Ⅰ、Ⅲ类电能表时，我们需要根据它的线电压和相电压来切换电源插头。

① 遇到<100V时，仪器无法启动，需要切换到线电压工作。

② 遇到>220V时，仪器过压保护，无法开机，需要切换到相电压工作。

由于现场电能表数量的繁多，工作时遇到三种型号电能表有一定的随机性，因此这种频繁切换电压造成仪器工作的不稳定性，容易埋下安全隐患，因此我们进行了改进。

(1)制作宽范围开关电源，通过转换开关在测试线上取电，扩大仪器工作电压范围。

(2)将单相全波整流电路制作成三相整流电路。通过三相整流桥将三相交流电转换成直流电供给开关电源用，只要其中一相有电，开关电源就能照样工作。这样使得仪器启动无需在电能表电压插头末端采取。

针对图2搭建的电路图，我们需要选取合适的电子器件，依照实践中的作业感受，该地区的工作区域内，高供高计中心点绝缘的客户有些是用三相四线接线方案，当用户设备存在大谐波会冲击作用于电网，将发生如图3所标注的现象。

图2　仪器改进后工作电源电路图

图3　谐波影响电压作用效果图

谐波将对电压产生很大的作用，使其产生畸变效应。工作人员调查了所在分局管辖内的十四个大谐波用户的畸变比率，并实施了具体详细的分析，见表1所列。

表2　谐波畸变比率统计数据

根据《供电营业规则》中对供电电压偏差的规定,最低电压为：57.7V-57.7V*10%=52V，最高电压：380V+380V*10%=418V[7]。现场实际中，谐波的发生将促使中心点出现位移，三相电压的表现将极其不对称，并且电压在该谐波的冲击下，将出现低于52V或者高于418V的理论电压的现象。越过上限将致使仪器在过压保护功能下，自我休眠或关闭。也会出现畸变之后实际电压难以抵达下限值，机器将没有办法开启。依表1中最大畸变率计算得到：57.7V/125.6%≈46V，380*125.6%≈477V，所以选取场效应晶体管的条件是使其工作电源在46～477V范围内。

表3　两种型号场效应晶体管比对数据

按照上面的标准以及表2所列晶体管信息，本文选取了P4N100类型的场效应晶体管，该晶体管可使仪器输入电压在30～620V之间。

表4　两种不同类型二极管比对数据

同理，实际应用中三相整流桥电路中可耐受的最大关闭电压能够高达540V，因此本研究选取R2000类型的二极管作为基准二极管。

根据选取出的场效应管和二极管的选取，设计出整改后电源电路，如图4所示，相比于原有的电源供给，整改后的电源电路可调范围增加，从而达到消除因电压影响测试精度低的影响。

3　小负荷检验改善措施

经统计，“负荷小”占比高达72.5%。正是由于小负荷占比较高才致使工作单重复数据居高不下的重要因素[8]。传统电能表现场校验仪的电流采样回路如图5所示。

鉴于AD采集设备最大可以承受的信号为正负5V，且交流电在正负3.536V之间，电流钳又有一倍过载，因此该校验仪仅可以指示0.05～5A之间的被测电流。

图4　整改后电源电路示意图

对于高供高计用户现场计量装置的采集的基础电流表示如图6所示。

图6　外校仪基础电流结构图示

由图6可说明电能表测量基础电流约等于变压器空载电流与使用者生产负载之和。使用者一侧负荷小的最小值称为无或空负荷，变压器空载电流无论多小都会存在。因此，变压器的空载电流即可以成为我们校验仪查线所需电流。

放大变压器空载电流至现场实负荷满足电能表校验标准，通过测算首校用户中变压器空载电流最小值，来确定电流放大倍数。此外，变压器的空载运行耗能涵盖铁损与铜损，根据变压器空载运行耗能可以反应出计量电流回路的空载电流值，根据电网运行经验，容量100kV安变压器所相应的空载运行电流最低，在0.003A以上。因此，测算变压器二次空载运行电流最低值必须大于0.003A。

由于变压器空载电流值较小，电流采集后需要在仪器的电流采集回路中添加一放大电路。市场上最常用的有4种型号的放大器，进行比选得出结论如表5所示。

表5　4类规格型号的运算放大器对比表

由于OP07C型号的放大器输入阻抗高，失调电压温飘小且失调电压可调，并且可抑制高频干扰，所以选择OP07C型号的放大器。根据实际采购的元件，组合的电路放大倍数为11倍。电路的构建及原理如图7所示。

图7　放大电路构建原理图

4　改进仪器实践测试分析

4.1　仪器检验接线

三相电能表现场校验仪的校验接线只要有检验单相接线、三相三线和三相四线，分别如图8～10所示，测试的功能界面如图11所示。

图8　检验单相电能表线路连接示意图

图9　检验三相三线电能表线路连接示意图

图10　检验三相四线电能表线路连接示意图

图11　电能表检验仪检验功能界面图

4.2　实测结果

三相不平衡负载运行检测合格结果，如表6所示；三相平衡负载运行检测合格结果，如表7所示。

表6　三相不平衡负载运行检测合格结果

表7　三相平衡负载运行检测合格结果

5　结论

本文详尽阐述了PEC-H3A型三相电能表现场校验仪在某地区供电公司校表使用中存在的实际情况，在三相电压不平衡以及新上用户无负荷等两种情况下，针对设备本身的局限性，增加了两个设计：(1)给仪器的工作电源增加了更宽的工作电压范围；(2)利用放大变压器空载负荷作为仪器查线时候的基础电流，完成现场无负荷的查线检验。经过这两种技术的实施改进，最终使PEC-H3A型设备更符合我们的工作需求。

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[4]赵玉梅,张忠正,夏军,等.一种三相电能表的温度补偿新方法[J].电测与仪表,2015,(10):92-96.

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