婁彥杰　陳靖公

摘要：文章參照了JJG 596所運(yùn)用的電子式電能表檢測(cè)原理及負(fù)載點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字化電能表的采樣特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)裝置，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電能表在線誤差校驗(yàn)，并且可分析電子式互感器及合并單元的采樣值報(bào)文合法性，從而提高了數(shù)字化電能表的運(yùn)維便利性。

關(guān)鍵詞：電能量計(jì)量；數(shù)字化電能表；誤差校驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)；校驗(yàn)裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TN911 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.008

1 系統(tǒng)工作原理

數(shù)字化電能表相對(duì)于電子式電能表而言，采樣部分使用了電子式互感器以及IEC 61850-9采樣通信，但電能計(jì)量過程基本類似，因此系統(tǒng)校驗(yàn)原理參照了JJG 596-2012檢定規(guī)程中所提到的標(biāo)準(zhǔn)表法-定低頻脈沖測(cè)量法。式（1）為標(biāo)準(zhǔn)表法-定低頻脈沖測(cè)量法的校驗(yàn)精度計(jì)算公式：

（1）

式中：γ0為檢定裝置的系統(tǒng)誤差，可通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修正而消除；W為檢定裝置實(shí)測(cè)電能值；W0為被檢表的計(jì)量電能值。在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，所校驗(yàn)電能表以及系統(tǒng)的電能量都以脈沖數(shù)讀取。將被檢表的脈沖常數(shù)記為C，校驗(yàn)裝置的高頻脈沖常數(shù)為C0：

W0=N/C W0=NO/CO （2）

則（1）式簡(jiǎn)化為：

（3）

式（3）中，N為電能表校驗(yàn)圈數(shù)，N0為裝置檢測(cè)到電能表N個(gè)電能脈沖時(shí)所發(fā)出的高頻脈沖數(shù)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

2.1 裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)數(shù)字式電能表的運(yùn)行特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)的校驗(yàn)原理，結(jié)合DTAD6268數(shù)字化電能表的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過對(duì)其相應(yīng)軟、硬件的更改、設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了便攜式數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀。校驗(yàn)儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包含了CPU處理器、檢測(cè)脈沖信號(hào)接收單元、采樣值報(bào)文收發(fā)部分、工作電源、通信以及相應(yīng)的顯示、按鍵操作等部分，采用MPC8274為系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理器，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理，繼而實(shí)現(xiàn)軟件功能；被檢表的脈沖信號(hào)，通過高速光耦芯片TLP114傳輸?shù)教幚砥饕鹬袛囗憫?yīng)，其μs級(jí)的響應(yīng)速度迅速將脈沖信號(hào)傳輸給處理器接收并處理，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了信號(hào)隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全；系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了兩路光纖以太網(wǎng)口，其中一個(gè)用于校驗(yàn)儀接收IEC 61850采樣值報(bào)文并進(jìn)行電能計(jì)量，另一個(gè)用于校驗(yàn)儀向外發(fā)送IEC 61850采樣值報(bào)文供被檢表計(jì)量；電源部分通過NI-MH電池供電，不僅對(duì)系統(tǒng)提供工作電源，同時(shí)也提供+5V電源輸出，以檢測(cè)被檢表的無源脈沖信號(hào)；校驗(yàn)儀系統(tǒng)文件的傳輸通過RJ45電以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)；240×128的LCD液晶屏以及3個(gè)按鍵用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)量顯示以及系統(tǒng)的各項(xiàng)功能操作控制。

2.2 系統(tǒng)功能

校驗(yàn)儀的功能有電能計(jì)量、電能校驗(yàn)、通信、顯示操作等，采用了Vxworks RTOS系統(tǒng)，在Tornado開發(fā)環(huán)境下，使用C語言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的開發(fā)。

校驗(yàn)儀的系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，首先進(jìn)行初始化，包括中斷寄存器設(shè)置、定時(shí)寄存器設(shè)置、運(yùn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)、系統(tǒng)自檢等；初始化完成后，系統(tǒng)開始運(yùn)行各項(xiàng)任務(wù)，分別完成校驗(yàn)儀的采樣值收發(fā)、電能計(jì)量、校驗(yàn)電能表、界面顯示以及按鍵的控制等任務(wù)。

系統(tǒng)的電能計(jì)量以IEC 61850的數(shù)字化信號(hào)為基礎(chǔ)，即將電能計(jì)算進(jìn)行離散化，得到數(shù)字信號(hào)的電能計(jì)算公式；根據(jù)IEC 61850協(xié)議，采樣一般按照每周波80點(diǎn)進(jìn)行，因此由采樣報(bào)文中得到的電壓、電流值相乘得到瞬時(shí)功率，根據(jù)采樣的時(shí)間間隔進(jìn)行相乘、累加從而得到相應(yīng)的電

能值。

系統(tǒng)的校驗(yàn)功能利用RTOS的信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)。校驗(yàn)任務(wù)隨著系統(tǒng)的啟動(dòng)開始運(yùn)行，等待相應(yīng)控制量的狀態(tài)改變；當(dāng)通過按鍵進(jìn)入校驗(yàn)儀的校驗(yàn)界面啟動(dòng)其功能后，相關(guān)變量狀態(tài)改變使得校驗(yàn)任務(wù)允許脈沖中斷響應(yīng)中開始進(jìn)行電能計(jì)量；當(dāng)接收到的脈沖數(shù)達(dá)到在進(jìn)行校驗(yàn)前所輸入的脈沖常數(shù)C時(shí)，中斷中停止電能計(jì)量，并通知校驗(yàn)任務(wù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果按照式（3）進(jìn)行處理，計(jì)算出被檢表的計(jì)量精度，一次檢測(cè)完成；為了提高校驗(yàn)的精度，減小隨機(jī)誤差的影響，每次校驗(yàn)共累計(jì)5次檢測(cè)的結(jié)果再求平均值，得到校驗(yàn)的結(jié)果。另外，系統(tǒng)在計(jì)量電能的同時(shí)也能夠?qū)ζ浞?、頻率、相序等信息進(jìn)行檢測(cè)。在利用現(xiàn)場(chǎng)的采樣值進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn)儀對(duì)其電壓、電流信息相關(guān)量的顯示，可直接用來檢查前端電子式互感器的CT反序等錯(cuò)誤接線問題。

在檢定過程中，按鍵設(shè)置為禁用，顯示界面處于校驗(yàn)狀態(tài)，更好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的可視化和交互功能；在系統(tǒng)啟動(dòng)后，當(dāng)校驗(yàn)儀沒有采樣值報(bào)文輸入時(shí)，自動(dòng)通過程序向外發(fā)送模擬采樣值報(bào)文。

3 系統(tǒng)性能及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)脈沖響應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響在于從脈沖發(fā)出到系統(tǒng)開始響應(yīng)這段時(shí)間內(nèi)所測(cè)電能的功率波動(dòng)造成的誤差；高速光耦芯片TLP114對(duì)脈沖的響應(yīng)動(dòng)作延時(shí)為μs級(jí)，根據(jù)變電站的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看，功率波動(dòng)對(duì)檢測(cè)造成的影響可以忽略。從設(shè)計(jì)原理上來看，校驗(yàn)儀有著很高的校驗(yàn)精度，參照J(rèn)JG 596-2012中的電子式電能表的檢測(cè)負(fù)載點(diǎn)，可以對(duì)數(shù)字化電能表進(jìn)行精度

校驗(yàn)。

在軟硬件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后，通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)所設(shè)計(jì)的校驗(yàn)儀進(jìn)行驗(yàn)證。校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇DTAD6268型數(shù)字化電能表（有功0.2s，無功優(yōu)于2.0s精度等級(jí)）。首先使用傳統(tǒng)電子式電能表校驗(yàn)裝置的電源裝置向合并單元發(fā)送模擬電壓、電流信號(hào)，由合并單元對(duì)電能信號(hào)進(jìn)行采樣輸出數(shù)字信號(hào)，校驗(yàn)儀及電能表使用合并單元的采樣值進(jìn)行校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)四項(xiàng)電能（有功正反向、無功正反向）校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的校驗(yàn)結(jié)果顯示界面，然后直接由校驗(yàn)儀向電能表發(fā)送采樣值報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，其校驗(yàn)結(jié)果與第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。分別對(duì)兩種模式進(jìn)行了多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果均一致。

在校驗(yàn)儀對(duì)被檢表發(fā)送模擬采樣值報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，模擬報(bào)文則是由程序所生成的標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)字信號(hào)，因而故其檢測(cè)誤差結(jié)果也為0。由于校驗(yàn)儀及被檢表使用同一數(shù)字化采樣值進(jìn)行計(jì)量計(jì)算，消除了由于采樣值不同而引入的誤差，故正常工作的電能表的誤差應(yīng)十分??；檢測(cè)結(jié)果中的誤差為0，并不代表被檢表的計(jì)量絕對(duì)準(zhǔn)確，而表示被檢表和校驗(yàn)儀的計(jì)量精度一致，即被檢表的計(jì)量是準(zhǔn)確的。由此看出，數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)裝置能夠快捷地對(duì)數(shù)字化電能表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果十分準(zhǔn)確，能夠達(dá)到所設(shè)計(jì)的要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能，同時(shí)也能夠?qū)﹄妷?、電流的幅值、相序以及頻率等信息進(jìn)行檢測(cè)。相對(duì)于常用電能表校驗(yàn)裝置而言，現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的體積、重量都大為減小，其便攜性能使得數(shù)字式電能表的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)更加快捷、

簡(jiǎn)便。

校驗(yàn)儀已經(jīng)能夠滿足實(shí)驗(yàn)使用需求，而對(duì)于形成產(chǎn)品很好的滿足還需要進(jìn)一步改進(jìn)。隨著數(shù)字化電能表應(yīng)用的不斷推廣，其現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)工作的便捷也顯得越來越重要；數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)裝置不僅能夠快速完成數(shù)字化電能表的精度校驗(yàn)，而且其攜帶、操作都非常方便，對(duì)于變電站的日常維護(hù)、檢查工作能夠發(fā)揮重要作用，也必將隨著智能變電站的發(fā)展得到越來越廣泛的

應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：婁彥杰，女，國電南京自動(dòng)化股份有限公司工程師，MBA，研究方向：數(shù)字化電能表相關(guān)的智能變電站電能計(jì)量產(chǎn)品研制設(shè)計(jì)和管理；陳靖公，男，供職于國電南京自動(dòng)化股份有限公司，研究方向：電能計(jì)量及電能表相關(guān)智能電網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）