□王黎軍 楊 興

一、引言

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，智能變電站建設(shè)步伐的加快，使用智能變電站數(shù)字技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化電能計量裝置在工作中應(yīng)用也越來越廣泛，本文針對在智能變電站計量方案的應(yīng)用及計量裝置交接實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)收、維護(hù)等方面遇到的實(shí)際問題進(jìn)行了討論。

二、智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)

智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和檢測等基本功能，同時，具備支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能的變電站。

(一)智能變電站與IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)的中文譯名是“變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)”(Communication Networks and Systems in Substations)，IEC61850代表了變電站自動化系統(tǒng)SAS技術(shù)的最新趨勢，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化變電站的關(guān)鍵技術(shù)。IEC61850制定的目標(biāo)主要包括操作性、功能的自由配置、良好的擴(kuò)展性三個方面，以適應(yīng)變電站自動化和通信技術(shù)的發(fā)展。它主要有四方面的特點(diǎn)，即:建立信息模型、建立信息服務(wù)模型、配置描述文件、IEC61850應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義了變電站3層通信接口模型，除了傳統(tǒng)變電站層和間隔層外，將采用數(shù)字化接口的一次設(shè)備定義為過程層。通過3層通信接口模型，IEC61850涵蓋了現(xiàn)在和將來變電站自動化系統(tǒng)的各種通信需求。

(二)智能變電站配置語言SCL。IEC61850－6定義了一種基于智能變電站配置語言(SCL)。制定SCL語言的目的是為不同廠商的工程工具提供一種統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的描述格式，使各種工程工具之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作，從而簡化變電站各個設(shè)備之間集成過程并降低費(fèi)用。SCL是IEC61850技術(shù)體系的重要組成部分。

(三)智能變電站設(shè)備定義和組成。過程層:一次智能化設(shè)備(電子式電流、電壓互感器、智能斷路器等)、合并單元(MU)等;間隔層:保護(hù)裝置、計量裝置、測控裝置;站控層:監(jiān)控、遠(yuǎn)動、故障信息子系統(tǒng)。

三、智能變電站中的計量裝置

在智能變電站中計量裝置主要是由電子式互感器和數(shù)字化電能表或者由傳統(tǒng)電磁式互感器和數(shù)字電能表組成。

(一)電子式互感器?；驹硎菍⒁淮蝹?cè)高電壓、大電流轉(zhuǎn)變成方便傳輸?shù)男盘?，一般為?shù)字信號或頻率變換信號，經(jīng)傳輸系統(tǒng)送到二次側(cè)，在二次側(cè)做一定的處理后，可以以模擬量形式或數(shù)字量形式輸出，供計量和保護(hù)使用。

主要特點(diǎn)有:一是可從實(shí)現(xiàn)原理上根本地避免磁路飽和、鐵磁諧振等問題。二是頻率相應(yīng)寬，動態(tài)范圍大，可有效進(jìn)行高頻大電流的測量，二次信號通過光纖傳輸，避免了二次側(cè)TA開路和TV短路的危險。三是二次信號通過光纖傳輸，沒有電纜傳輸?shù)碾姶鸥蓴_問題。四是絕緣結(jié)構(gòu)簡單，一次高壓與二次設(shè)備通過光纖連接，無電磁式互感器的絕緣問題。五是二次側(cè)可直接輸出數(shù)字信號與其他設(shè)備連接，滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(二)數(shù)字式電能表。在智能化變電站中采用的數(shù)字式三相多功能電能表與傳統(tǒng)的三相多功能電能表的工作原理完全不同，數(shù)字式電能表所接收的信號是以光纖傳送的數(shù)字化電流、電壓信號，而不是傳統(tǒng)的57.7V/100V的電壓信號和5A/1A的電流信號。

數(shù)字式電能表采用數(shù)字信號處理器與中央微處理器相結(jié)合的構(gòu)架，將數(shù)字信號處理器的高速數(shù)據(jù)吞吐能力與中央微處理器復(fù)雜的管理能力完美結(jié)合。通過協(xié)議處理芯片獲取合并單元的數(shù)據(jù)協(xié)議包，傳送至數(shù)字信號處理單元完成對電參量測量，電能累計以及電能的計算等任務(wù)，后與中央微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由中央微處理器最終完成表計的顯示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計，儲存，人機(jī)交互，數(shù)據(jù)交換等復(fù)雜的管理功能。由于數(shù)字計算過程理論上不會產(chǎn)生任何誤差(實(shí)際可能產(chǎn)生的誤差為浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時有效位誤差，為計算機(jī)系統(tǒng)固有誤差，與電能表型號無關(guān)，這種誤差小于1/10000)，所以不規(guī)定精度等級。

數(shù)字式電能表具有分時計量、最大需量、月統(tǒng)計電量、實(shí)時測量、監(jiān)控、負(fù)荷曲線記錄、脈沖輸出與通信接口等功能。

(三)合并單元。合并單元雖然不屬于計量裝置，但是在智能變電站中，所有的電壓、電流信息均由合并單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)處理發(fā)送給二次保護(hù)、控制設(shè)備、計量設(shè)備。合并單元的正常運(yùn)行是計量準(zhǔn)確、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

四、智能變電站計量方案

(一)基于電子式電流互感器、電子式電壓互感器輸出的計量方案。如采用電子式電壓、電流互感器，互感器本身輸出就是數(shù)字信號，所以無需通過合并單元的處理即可以直接使用光纖接入數(shù)字電能表。(這種方案必須保證互感器自身有專有的計量信號輸出接口。如與測量共用仍需通過交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)接。)

(二)基于合并單元輸出計量解決方案。使用的互感器仍是傳統(tǒng)的電流、電壓互感器，由于電子式互感器在使用中仍存在計量精度差的缺點(diǎn)，所以這種計量方案使用很多。

(三)智能變電站的計量特點(diǎn)。數(shù)字式電能表的電量輸入采用了數(shù)字輸入接口模式。它的信號接收通過光纖以太網(wǎng)傳送的數(shù)字化電流電壓瞬時值，傳輸數(shù)據(jù)快，抗干擾能力強(qiáng)，可以和電子式互感器實(shí)現(xiàn)真正意義上的無縫連接。其實(shí)際意義上是一個高精度的積分運(yùn)算器，從功能上說具備了現(xiàn)行電子式多功能電能表的所有功能，數(shù)字計算理論上可保證計算出的各項(xiàng)電量值完全沒有誤差。

智能化變電站的電子式電流、電壓互感器與數(shù)字式電能表的接口在物理和鏈路層上采用了IEC61850推薦的高速光纖以太網(wǎng)，減少了傳統(tǒng)二次回路的各種損耗，具有傳輸數(shù)據(jù)快，抗干擾能力強(qiáng)，接線簡潔等特點(diǎn)。計量系統(tǒng)的誤差由電子式電流、電壓互感器決定。電子式互感器的測量精度能夠滿足電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程要求，它的使用可以大大減少電能計量裝置的測量誤差，從而提高了計量裝置的精度。下面就傳統(tǒng)計量裝置和數(shù)字式計量裝置的測量系統(tǒng)進(jìn)行簡要對比。第一，傳統(tǒng)計量系統(tǒng)由電磁式模擬互感器、電能表通過電纜連接構(gòu)成。假設(shè)電流、電壓互感器、電能表均為0.2級，加上線纜傳輸誤差，最終計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度為0.7。第二，數(shù)字式互感器和數(shù)字式電能表之間通過光纖傳輸電流、電壓信號，可采用諸如CRC校驗(yàn)等檢錯手段保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。因此數(shù)字式計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度由電子式互感器決定。假設(shè)數(shù)字式光電電流、電壓互感器均為0.2級，最終計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度為0.4。

五、智能變電站計量裝置的驗(yàn)收與調(diào)試

雖然智能變電站的建設(shè)已經(jīng)開展多年，但是對于智能變電站內(nèi)計量裝置安裝、驗(yàn)收、調(diào)試的工作，仍處于探索階段，以下是根據(jù)工作中具體的操作情況對于計量裝置驗(yàn)收、調(diào)試等工作取得的一些經(jīng)驗(yàn)。

(一)交接實(shí)驗(yàn)階段。

1.交接實(shí)驗(yàn)工作開展時間節(jié)點(diǎn)及必要條件。進(jìn)行交接實(shí)驗(yàn)工作的時間節(jié)點(diǎn)應(yīng)為合并單元及后臺設(shè)備的調(diào)試已經(jīng)完成后開展。需要取得本變電的SCL文件。(由合并單元廠家提供，每個智能變電站的SCL文件為獨(dú)有，不可通用)

2.工作開展的具體內(nèi)容。

(1)裝固定電能表并連接光纖。此工作中需連接電能表的直流工作電源，進(jìn)行光纖連接時首先要確認(rèn)該線路電能表在交換機(jī)上對應(yīng)的接口。接口信息可以由后臺調(diào)試人員提供，也可以使用紅光筆在合并單元輸出側(cè)光纖接口打光確定。連接光纖均為輸入、輸出兩個接口，電能表正常運(yùn)行只需接入輸入。

(2)電能表參數(shù)調(diào)試。此工作需要使用電能表廠家提供的設(shè)表軟件及解析SCL文件軟件進(jìn)行。一是在電能表參數(shù)設(shè)置中應(yīng)設(shè)置該線路的一次二次電流、電壓比值。二是從解析SCL文件中獲取MAC地址，使用電能表設(shè)表軟件進(jìn)行設(shè)置。三是根據(jù)SCL文件中獲取的數(shù)據(jù)通道對電能表的電壓、電流通道進(jìn)行設(shè)置。四是根據(jù)SCL文件中獲取的UsvID對電能表的UsvID進(jìn)行設(shè)置。

(3)電能表是否接收到光纖信號。一是可以通過觀察電能表工作指示燈來進(jìn)行判斷(各廠家規(guī)格不同，觀察方法也不同)。二是可以通過在互感器二次側(cè)升壓、升流，觀察電能表電流、電壓值來判斷。三是可以通過報文接收軟件，使用筆記本電腦接收光纖傳輸?shù)膱笪摹?/p>

3.需要注意的事項(xiàng)。第一，連接光纖時需確認(rèn)光纖是否連接正確，即確認(rèn)交換機(jī)側(cè)連接的光纖頭對側(cè)是否連接進(jìn)電能表。第二，進(jìn)行電能表參數(shù)設(shè)置時，應(yīng)仔細(xì)核對電能表端口號是否與SCL文件規(guī)定的端口號一致。如電能表端口號起為0，SCL的端口號起為1。在設(shè)置電能表端口號時就應(yīng)該相應(yīng)－1端口設(shè)置。在使用筆記本接收報文時也需要注意解析報文軟件的端口號是否與電能表的一致。如不一致也需要相應(yīng)+1或－1。第三，由于一些變電站中保護(hù)測量與計量共用一組互感器繞組，測量要求的電流方向與計量規(guī)程中要求的電流方向有時相反，傳統(tǒng)情況下是在電能表接線處進(jìn)行調(diào)整，但是數(shù)字式電能表是光纖傳輸信號，沒有進(jìn)行調(diào)整的條件?，F(xiàn)階段一般是以保護(hù)測量的電流方向?yàn)闇?zhǔn)，送電后，電流數(shù)值即為負(fù)電流，電能表應(yīng)為反向計量。第四，在二次側(cè)升壓升流后，也可以使用筆記本安裝的抓包工具對傳輸?shù)诫娔鼙淼臄?shù)字信號進(jìn)行分析，檢查二次接線是否正確。

(二)日常維護(hù)調(diào)試階段。運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題:

1.電能表接收不到信號。一是光纖損壞，可使用紅光筆進(jìn)行檢查通斷。二是合并單元端口進(jìn)行調(diào)整，需與保護(hù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。在合并單元進(jìn)行調(diào)整時，電能表也需要進(jìn)行調(diào)整。三是如出現(xiàn)一項(xiàng)沒有數(shù)據(jù)，應(yīng)檢查互感器二次側(cè)是否連接良好，進(jìn)入合并單元的電流、電壓線是否連接良好。

2.電能表計量不準(zhǔn)確(在不考慮電能表故障的情況下)。

一是如出現(xiàn)計量不準(zhǔn)確，應(yīng)立即核對電能表設(shè)置的變比參數(shù)是否有誤;二是由于計量可能與保護(hù)共用電壓互感器統(tǒng)一繞組，電壓變比應(yīng)與保護(hù)定值進(jìn)行核對。如:35000V/100V的電壓互感器保護(hù)定值可能會與此變比不一樣。在這樣的情況下電能表電壓變比設(shè)置為35000V/100V。電壓值就會相應(yīng)出現(xiàn)偏差。造成計量不準(zhǔn)確。三是應(yīng)該檢查電流、電壓互感器的二次線接入合并單元的接線是否正確。

六、未來展望

智能變電站計量裝置的應(yīng)用，必然會隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展逐步全面過渡到數(shù)字化?，F(xiàn)階段電子式互感器的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，精度及運(yùn)行穩(wěn)定程度也不斷提高。在很多的大型變電站已經(jīng)進(jìn)行了使用。符合精度要求有專門計量接口的電子式互感器大量使用將給計量裝置在智能變電站帶來更大的變化，計量電能表可以脫離合并單元的控制，在IEC61850統(tǒng)一數(shù)據(jù)中直接接收到來自于電子式互感器的電流、電壓的數(shù)字信號，運(yùn)行變得更加獨(dú)立，精度也會更有保證。

在數(shù)據(jù)采集上傳方面，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的大量使用，未來的電能表必將淘汰485接口上傳的數(shù)據(jù)形式。改由IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸模式。這些技術(shù)的使用將使得電能表數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣却蠓忍嵘?，上傳?shù)據(jù)由于使用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式，也可以直接傳輸至站控層，由其他設(shè)備共享。數(shù)據(jù)將會更加開放。

七、結(jié)語

雖然智能變電站已經(jīng)推廣多年，技術(shù)也相對成熟。但是我們對于智能變電站計量裝置應(yīng)用還處在探索階段。依據(jù)IEC61850－9－2標(biāo)準(zhǔn)格式的生產(chǎn)的數(shù)字化電能表，還缺乏可以對其進(jìn)行檢定的計量裝置以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電能表計量值溯源。使得數(shù)字化電能表在定期檢定及維護(hù)方面還存在不足之處。在調(diào)試方面也存在諸多限制需要協(xié)調(diào)解決。文中提出的關(guān)于驗(yàn)收調(diào)試及日常維護(hù)的方法相對簡單，只能為一些常規(guī)問題提出解決方案，仍需要繼續(xù)探索。

［1］浙江省電力公司，陳安偉.IEC61850在變電站中的工程應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2012

［2］李毅.淺析智能化變電站計量方案［J］.電力學(xué)報，2010