便携式计量二次回路综合测试装置

2020-03-27罗金平赵元李力马姚俊和凌冬王镝

云南电力技术 2020年1期

罗金平，赵元，李力，马姚俊，和凌冬，王镝

（云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明650000）

0前言

电能计量装置是电力企业和用户确定电量交易的重要装置，因此它的稳定性、准确性是电能公平交易的关键所在[1-8]。在电能计量过程中，互感器及电能表所产生的误差由设备制造过程中所使用的元器件及设备使用过程中的环境条件所决定，在设备一经安装后即成为一个固定不变的量。二次回路是连接互感器和电能表的重要回路，但是其阻抗及负载会产生电压降与其安装环境和运行工况有着密切联系[9-11]。

目前，对计量二次回路的校验一般采用分项校验的方法，即分别校验电能表和测试二次回路电压降，各分项误差满足误差限值要求后即认为整套装置的计量误差合格，但是该方法无法测得二次回路计量装置的整体误差，即使计算得到的综合误差也不能满足对二次回路计量装置的考核。

因此，非常有必要研制便携式计量二次回路综合测试装置，实现二次回路计量装置的整体校验，以达到有效评估计量二次回路装置的计量性能、简化校验环节、减轻工作强度、降低校验安全风险、提高工作效率的目的。

1二次回路计量装置特性和试验方法

1.1二次回路计量装置特性

电能计量装置包括CT和PT误差、二次电压降误差、电能表误差，并且每个设备的误差检查通常在子项中执行以评估设备的性能状态。由于互感器的误差一般采用离线检测，在计量装置投运前便可获得现场误差数据。然而，回路的二次压降以及电能表的现场误差往往无法衡量。

1.2计量二次回路综合误差测试方法

计量装置的二次回路综合误差可分为带电测试和离线测试。图1为三相四线制时计量二次回路带电测试原理图。

带电状态下电能表误差及电能质量测试时使用室内机装配在被检表附近。三相电压直接并接在被检表电压端子上，室内机内部采用精密电阻分压的方法。三相电流采用高精度电磁式电流互感器从被检表电流测试线上获取，三相电压、电流信号经过信号调理电路后进入AD转换器，在逻辑时序控制电路的作用下，3路电压和3路电流信号被实时采集，送至DSP进行相应的分析和处理。另一方面，被检电能表的电能脉冲通过光电采样器或脉冲测试线进行采集，送至室内机内的误差比较器，从而得到带电状态下电能表误差。

图1计量二次回路带电状态检测示意图

室内机装置使用直接数模转换方案来实现各种功率测量。具体地，多通道逐次比较型模-数转换器由微处理器控制采样电压电流波形，然后微处理器根据获得的同一组采样值计算电压、电流、功率、功率因数和电量。同时，DSP运行电能质量算法，对计量二次回路电能质量参数进行测量。

在带电状态和停电状态对计量二次回路进行测试的区别是在带电状态下计量二次回路的电压、电流信号由PT 和CT提供，而在停电状态下，计量二次回路的电压、电流信号由装置的测试仪提供，测试仪内部集成了三相交流模拟源和室外机的功能。

2计量二次回路综合误差装置研制

本文为了实现在停电或带电状态下电能表误差测试、PT 二次压降测试、PT 二次负荷测试、CT二次负荷测试、二次回路综合误差测试以及电能质量分析等功能，研制的便携式计量二次回路综合测试装置由以下组成：便携式计量二次回路综合测试装置室内机（室内机）、便携式计量二次回路综合测试装置室外机（室外机）和便携式计量二次回路综合测试装置测试仪（测试仪）。

2.1便携式计量二次回路综合测试装置测试仪

图2为便携式计量二次回路综合测试装置测试仪系统结构，其由液晶显示、按键输入、USB接口、无线通讯、RS232、DSP、FPGA、DA、功率放大和室外机模块组成。利用DSP的快速浮点数计算能力，可以实时计算六路信号每个周期的波形数据，并保证输出正弦波波形的失真在0.05%以内。

图2测试仪的硬件电路框图

其中，FPGA 的PLL 根据频率参数生成精密时钟信号用以同步六路数模转换器，以确保输出正弦波形的频率稳定性。

传统的电压电流源采用数字信号处理器、D/A 转换器、线性功放、电压电流互感器、线性电源的组合方式，存在体积笨重、效率低、成本高、故障率高、不易携带的缺点。在本项目中，用数字功率放大器、开关电源和低通滤波器来代替传统电压电流源中的线性功放、线性电源和电压电流互感器，使得设备体积小，重量轻，易携带。

2.2二次回路综合误差测试系统

其中，二次回路综合测试装置中的PT二次压降测试硬件原理框图如图3所示。

图3 PT二次压降测试硬件原理框图

带电状态下PT二次压降测试时使用室内机装配在被检表附近，室外机装配在PT 端子箱附近。室外机负责采集PT二次回路始端电压幅值、采集被测电压的过零点做为角差测量同步基准时间，再通过高频载波传输方式将采集到的电压幅值、同步基准时间以高频载波的形式通过二次回路电缆线传输给室内机。室内机负责采集电能表侧PT二次回路末端电压幅值和过零点，结合通过二次回路载波接收到的PT 二次回路始端电压幅值和角差、同步基准时间最终完成PT二次回路压降的计算，同时将测试结果再通过载波传输反馈给室外机显示。

带电状态下二次回路综合误差测试时使用室内机装配在被检表附近，室外机装配在CT 端子箱附近。室内机在主控室采集被检电能表输出的电能脉冲信号，三相电压直接并接在被检表电压端子上，利用高频载波传输电路把被检表的电能脉冲通过高频载波发送给室外机。室外机装配在CT 端子箱附近，就近采集二次电流信号，利用电压放线车采集电压端子箱内的电压信号，解决CT-PT 端子箱距离较远的问题。室外机计算电能的方法和室内机带电状态下计算电能的方法相同，利用高频载波传输电路接收被检表的电能脉冲并与室外机计算的标准电能脉冲进行比较，从而得到计量二次回路综合误差。