劉文聰（中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)監(jiān)督處）

一體式高壓計(jì)量箱及在線校驗(yàn)設(shè)備研究

劉文聰（中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)監(jiān)督處）

一體式高壓計(jì)量箱可以替代現(xiàn)有傳統(tǒng)的電力計(jì)量裝置，具有小型化、智能化、信息化、低碳化的特點(diǎn)，其作用是防竊電、避免鐵磁諧振故障、提高10kV負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電能計(jì)量的整體計(jì)量精度。通過(guò)在高壓側(cè)對(duì)電流、電壓進(jìn)行同步采樣計(jì)算，利用無(wú)線傳輸方式，研制高壓計(jì)量箱在線校驗(yàn)設(shè)備，可對(duì)高壓計(jì)量箱的整體準(zhǔn)確度進(jìn)行在線校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量10kV以下電力系統(tǒng)的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)。

配電網(wǎng)一體式高壓計(jì)量箱在線校驗(yàn)采集

一體式高壓計(jì)量箱是一種高電壓、三相三線制、寬電流量程的電能計(jì)量?jī)x表。它的主要優(yōu)點(diǎn)是將高壓電直接接入電能計(jì)量箱，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量，去除了變壓器損耗的影響。然而，隨著高壓電能計(jì)量箱的推廣使用，也暴露了一些問(wèn)題：計(jì)量箱的檢定問(wèn)題，國(guó)家沒(méi)有相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法和規(guī)程，也沒(méi)有授權(quán)的可進(jìn)行量值傳遞的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，作為計(jì)量器具難以實(shí)施正常的周期性檢定（校準(zhǔn)）；計(jì)量箱一般安裝在配電電力變壓器的前面，安裝部位高且直接與高壓電相連，拆、裝時(shí)既危險(xiǎn)又耗費(fèi)大量的人力物力。因此，亟需研究該類電能計(jì)量箱的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)和規(guī)范，并積極推廣相應(yīng)設(shè)備，及時(shí)開(kāi)展高壓電能計(jì)量箱的現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)。

1　高壓計(jì)量設(shè)備現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置存在的弊端

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的用電貿(mào)易結(jié)算、線損考核管理所實(shí)現(xiàn)的高壓電能計(jì)量方案均采用高壓互感器、高壓電能表及其連接線組合而成。這些傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置存在的弊端主要有：設(shè)備運(yùn)行能耗較高，高壓互感器消耗大量的銅、鐵、絕緣材料等資源；安全隱患較多，存在鐵磁諧振的可能性，干式互感器易老化導(dǎo)致絕緣薄弱，油浸式互感器易發(fā)生漏油問(wèn)題；由于表箱存放于低壓區(qū)，部分用電客戶改變計(jì)量箱的接線及設(shè)置實(shí)施竊電行為；在戶外高壓配電網(wǎng)上長(zhǎng)期運(yùn)行，環(huán)境條件惡劣，影響到計(jì)量的準(zhǔn)確度和可靠性。

1.2校驗(yàn)技術(shù)存在空白

高壓電力計(jì)量箱具有防竊電性能優(yōu)異、組合靈活、安裝和使用方便等特點(diǎn)。它的計(jì)量誤差與電流、電壓互感器的準(zhǔn)確度、接線方式（PT二次壓降）及電能表的準(zhǔn)確度密切相關(guān)。

高壓電力計(jì)量箱的檢定工作目前只是停留在電能表和互感器的分體檢定層面，這種檢定方法存在局限性，不能正確反映高壓電力計(jì)量箱的整體性能。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的基本原則：“所有儀表和計(jì)量裝置的誤差都必須進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量，未經(jīng)測(cè)量，僅是以其他測(cè)量中計(jì)算出來(lái)的引用電壓、電流和功率因數(shù)組合的誤差，不能作為評(píng)價(jià)裝置基本誤差的依據(jù)?！币虼?，缺乏高壓電力計(jì)量箱整體檢定裝置一直是電力管理單位開(kāi)展高壓電力計(jì)量箱整體檢定工作的障礙。整個(gè)電能計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度無(wú)法統(tǒng)一標(biāo)定，誤差無(wú)法有效控制，作為計(jì)量器具無(wú)法進(jìn)行正常的周期性校驗(yàn)。用戶與用電管理部門(mén)之間的電量出現(xiàn)分歧時(shí)，沒(méi)有有效的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)手段［1］。

2　高壓計(jì)量箱及在線校驗(yàn)儀技術(shù)原理

2.1高壓計(jì)量箱

一體式高壓計(jì)量箱是智能電能表、電子式互感器技術(shù)、高電壓技術(shù)相互融合的新型智能電網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了小型化高壓側(cè)電能量直接計(jì)量。智能高壓電能表的顯著特點(diǎn)就是將芯片及電路應(yīng)用于高壓側(cè)等電位，實(shí)現(xiàn)了高壓側(cè)電傳感智能化。

一體式高壓計(jì)量箱采用高壓一次側(cè)傳感取樣和二次計(jì)量電路相融合的整體式絕緣設(shè)計(jì)，由于該設(shè)計(jì)不存在低壓電位的二次部分，避免了傳統(tǒng)互感器必須面對(duì)的一次、二次絕緣問(wèn)題。

一體式高壓計(jì)量箱采用三相三線制兩元件法進(jìn)行測(cè)量，在A-B相間和C-B相間安裝高壓分壓器，A相和C相上均安裝有低功耗電流互感器和高壓?jiǎn)蜗嚯娔苡?jì)量單元。高壓?jiǎn)蜗嚯娔苡?jì)量單元完成的電能計(jì)量數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給B相電能綜合單元，而B(niǎo)相電能綜合單元將各類電量信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)光纖隔離傳送至低壓設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)信息顯示［2］。

一體式高壓計(jì)量箱的內(nèi)置GPRS通訊模塊全面兼容國(guó)家電網(wǎng)公司的智能電表技術(shù)規(guī)范。高壓電能表所采用的電子式電壓互感器、電子式電流互感器均為低功耗的節(jié)能設(shè)備，電子式互感器的功耗在100MW以內(nèi)，電能計(jì)量模塊、主控模塊和光纖通道所需要的總功耗也小于1W。

2.2在線校驗(yàn)儀

高壓計(jì)量箱在線校驗(yàn)儀主要由三部分組成：低壓信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊、高壓信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊和校驗(yàn)儀主體。高壓信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊為3個(gè)互相獨(dú)立的電流電壓取樣鉗，用于實(shí)現(xiàn)6/10kV系統(tǒng)的電能數(shù)據(jù)采集與計(jì)算；低壓信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊用于電壓等級(jí)為100V、5A高壓互感器二次電能數(shù)據(jù)采集與計(jì)算。校驗(yàn)儀主體采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，基于WINDOWSXP系統(tǒng)，使用圖形用戶界面，可以靈活、方便地實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)儀所需要的各種功能。

3　一體式高壓計(jì)量箱創(chuàng)新特點(diǎn)

3.1小型化

一次與二次相融合的整體方案，使得產(chǎn)品體積大大降低；由于設(shè)計(jì)上省去了傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置的互感器，產(chǎn)品質(zhì)量大大減少；能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)靈活部署，適應(yīng)配電網(wǎng)復(fù)雜線路形式下應(yīng)用。

3.2智能化

電能采集芯片植入到高壓電位，實(shí)現(xiàn)了高壓側(cè)智能化傳感；在設(shè)計(jì)上解決了傳統(tǒng)高壓電能計(jì)量裝置無(wú)整體準(zhǔn)確度等級(jí)的問(wèn)題；避免了傳統(tǒng)電磁式電壓的鐵磁諧振事故隱患，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性；具有防止竊電行為的整體式高壓端安置結(jié)構(gòu)。

3.3信息化

全面集成了紅外、RS485、GPRS、Zigbee多種通訊功能，集成了《多功能表通信規(guī)約》、《電力負(fù)荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》及各地方電能表采集系統(tǒng)通訊規(guī)約；全面兼容國(guó)家電網(wǎng)公司的智能電表技術(shù)規(guī)范，支持費(fèi)控、負(fù)控等各項(xiàng)業(yè)務(wù)。

3.4低碳化

一體式高壓計(jì)量箱的檢定工作量降低，沒(méi)有了傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置的諸多檢測(cè)環(huán)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施不確定性，提高了用電管理部門(mén)的工作效率；因裝置小型化節(jié)約了大量銅、鐵、絕緣材料等互感器所需要的資源，如每套高壓電能表將節(jié)省50kg以上的銅排、鐵芯等資源；每套一體式高壓計(jì)量箱每年的年運(yùn)行功耗，可以由傳統(tǒng)裝置的500VA左右降低至50VA左右。

4　高壓計(jì)量箱在線校驗(yàn)儀創(chuàng)新特點(diǎn)

4.1實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱的周期性校驗(yàn)和有效監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)了6/10kV高壓計(jì)量箱在線整體校驗(yàn)功能，解決了多年來(lái)高壓計(jì)量箱無(wú)法整體校驗(yàn)的困擾。高精度、高壓計(jì)量桿設(shè)計(jì)使得校驗(yàn)過(guò)程的接線簡(jiǎn)單、安全、方便，能夠在不停電狀態(tài)下開(kāi)展高壓計(jì)量箱在線計(jì)量校驗(yàn)；同時(shí)，還能對(duì)各項(xiàng)電力參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱的周期性校驗(yàn)和有效監(jiān)控，杜絕電量的流失，為計(jì)量校驗(yàn)和用電監(jiān)察提供了新型技術(shù)手段。

4.2校驗(yàn)精度顯著提高

在數(shù)據(jù)采集部分采用高精度電流互感器與高電壓采集裝置相匹配的方法，對(duì)于被測(cè)量的電壓、電流信號(hào)在高電位輸入測(cè)量單元，采用同步高速采樣、高速計(jì)算。相對(duì)過(guò)去采用電流互感器、電壓互感器、電能表分別校驗(yàn)的方法，大大減少了校驗(yàn)誤差［3］。

4.3整機(jī)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)

操作者可在便攜式筆記本電腦上完成校驗(yàn)操作。此儀器方便靈活，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，攜帶方便，適用于供電公司、電力公司、用電管理、計(jì)量監(jiān)督部門(mén)及大型工礦企業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高壓計(jì)量箱進(jìn)行校驗(yàn)，確保使用中的高壓計(jì)量箱電能計(jì)量準(zhǔn)確；同時(shí)，該裝置還具有對(duì)低壓電能表進(jìn)行在線校驗(yàn)的功能。

［1］馮凌，候興哲，周華勇，等.三相高壓計(jì)量箱誤差影響量探討［J］.電測(cè)與儀表，2010（12）：41-42.

［2］賴振學(xué).電能計(jì)量與高壓變比測(cè)試［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012：85-96.

［3］郭琳云，徐芝貴，張樂(lè)平，等.高壓電能計(jì)量裝置整體誤差校驗(yàn)臺(tái)［J］.電測(cè)與儀表，2010（1）：18-21.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.011

2014-09-28）

劉文聰，工程師，2004年畢業(yè)于山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院（信息管理專業(yè)），從事油田節(jié)能管理工作，E-mail：jack198179@126.com，地址：山東省東營(yíng)市東營(yíng)區(qū)濟(jì)南路258號(hào)勝利石油管理局技術(shù)監(jiān)督處，257001。