李瑞

摘要：本文從原理上回顧了電能計量的系統(tǒng)發(fā)展歷程，闡述了電磁互感器及機械式電能表，電子式互感器及電子式電能表的原理和特點，并綜述了現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，指出現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、標準化和系統(tǒng)化特點。

關鍵詞：電能計量、電磁互感、電子式互感、信息化

Abstract：This paper reviews the development of electric energy metering system in principle， expounds the principles and characteristics of electromagnetic transformer and mechanical watt-hour meter， electronic transformer and electronic watt-hour meter， summarizes the present situation and development direction of modern electric energy metering system， and points out the characteristics of digitalization， intelligence， standardization and systematization of modern electric energy metering system.

Key words： electric energy measurement， electromagnetic mutual inductance， electronic mutual inductance， informationization

電能計量系統(tǒng)的主要目的是保證電能生產者和使用者之間公開、公平和公正的電力服務，同時也方便電力供應方系統(tǒng)內部進行電力計算和考核，其主要工作原理是通過互感器及其二次回路聯(lián)合電能表按照規(guī)定方式組合而實現(xiàn)的，對現(xiàn)有電能計量裝置運行現(xiàn)狀及問題進行分析，發(fā)現(xiàn)不合格的電能計量裝置基本都處在二次電流回路和二次電壓回路上。本文對電能計量系統(tǒng)的發(fā)展里程進行系統(tǒng)闡述，為電能計量系統(tǒng)的發(fā)展方向提供依據(jù)和參考。

1. 電磁互感器及機械式電能表

1890年，富拉里發(fā)明感應式電度表并被廣泛使用，電磁互感器是給予電磁感應原理，在電流測量中一直占據(jù)主要位置，感應式電能表基本上采用電氣機械結構，利用電磁感應原理制成。與之對應的是機械式電能表，機械式電能表包括固定的鐵芯線圈和活動轉子，當線圈通過交變電流時，交變磁場相互作用產生磁力，引起活動部分轉動，產生扭矩。直到本世紀六十年代，互感式電能表使用百余年。但電磁互感器的工作原理決定了電能表其結構存在機械磨損，機械阻力，磁場影響等其精度的因素。而隨著超高壓電力輸送網絡的發(fā)展和電容量的更新，因為其絕緣難度大，防爆困難，體積大，互感器輸出信號不能直接對接微機的計量接口等原因，傳統(tǒng)電磁互感器的工作方式也越來越難以滿足需求。

2. 電子式互感器及電子式電能表

1976年，日本研制出了電子式電表，此后，電子式電表從電壓、電流及功率等方向進一步發(fā)展。電子式互感器是一種輸出范圍寬的無鐵芯式新型互感器，其輸出可以數(shù)字化。光電式電壓互感器基于pochels光電效應，由傳感頭與電子測量電路組合構成，光電式電流互感器以法拉第光效應或者洛科夫斯基空心線圈為理論基礎。上世紀九十年代，數(shù)字采用技術已經逐漸應用于電功率的測量，電子式電能表是以處理器為核心，對被測量的各種數(shù)字化參數(shù)進行判斷、處理和運算。電子式電能表的核心計量芯片，一種為采用dsp技術、運用高精度快速進行A/D轉換，并將控制電路、轉換器和基準電路等集成到一片芯片上的電子電能表，另一種是采用模擬算法進行信號轉換計算電能的電子電能表。電子式電能互感器具有精度高，工作穩(wěn)定，對工作環(huán)境適應性強等特點。電子式電能表將負責的二次回路合并到一個數(shù)字單元上，體現(xiàn)了數(shù)字信號的優(yōu)越性，取代了大量的二次電纜線，徹底解決了二次接線復雜的問題。

3. 現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)

現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)以數(shù)字化和網絡化為發(fā)展基調，電壓、電流測量輸逐漸實現(xiàn)信息數(shù)字化和信息傳網絡化，實現(xiàn)過程一種是對傳動的電網系統(tǒng)進行數(shù)字化改造，另一種是直接新建數(shù)字化電網系統(tǒng)?，F(xiàn)代電能計量系統(tǒng)主要有兩種結構。

3.1電子式互感器電能計量系統(tǒng)

數(shù)字化電站結構由過程層、間隔層、站控層三層結構構成，而位于間隔層的數(shù)字化電能表從位于過程層的合并單元或數(shù)字化變電站外置互感器接 收采樣數(shù)據(jù)來完成計量工作。其中電子式互感器采 集一次側三相電壓信號、三相電流信號，合并單元輸出 IEC 61850 協(xié)議報文中包含三相電壓波形數(shù)據(jù)、三相電流波形數(shù)據(jù)。數(shù)字化電能表為全數(shù)字處理系 統(tǒng)，接收對應合并單元輸出的 SMV 報文，解析出電 壓、電流波形的瞬時值，進行功率和電能計算。數(shù)字化電能表 / 電子式互感器構成的測量系統(tǒng)中，數(shù)字化電能表獲取已經數(shù)字化的電壓、電流瞬 時值后，計算得到所需電量值。由于數(shù)字計算過程理論上不會產生任何誤差，所以數(shù)字化電能表不規(guī)定精度等級。

3.2傳統(tǒng)互感器改造數(shù)字化電能計量系統(tǒng)

目前電子式互感器產品不是很成熟，相關的檢測也未能很好的考慮現(xiàn)場的使用環(huán)境，因此事故率比傳統(tǒng)互感器高。運用電網系統(tǒng)電流互感器和電壓互感器運行可靠，故障率低的特點，模擬輸入合并單元采集傳動電磁電流互感器的信號，轉換成電流數(shù)字信號和電壓數(shù)字信號進行處理，并提供后續(xù)數(shù)字電能表設備的信號參數(shù)，數(shù)字電能表對信號參數(shù)進行處理計算。

3.3現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)的檢定

現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)的檢定包括合并單元的檢定和數(shù)字化定能表的檢定，合并單元的檢定所用設備結構上應該包括三相模擬功率源和單元校驗儀，三相模擬功率源的電壓和電流、頻率相位獨立連續(xù)可調。合并單元的檢驗應同時完成模擬量輸入合并單元誤差校驗和自動檢驗流程。數(shù)字式電能表的測定采用傳統(tǒng)方式不能完成，常用方式為采用標注數(shù)字功率源法進行測定活采用模擬標準源及模擬標準表法進行測定，前一種比較理論電能值和備件電能表的累積電能值，計算出被檢數(shù)字電能誤差，后一種采用A/D轉換對模擬信號采樣，對比模擬標準表，從而進行電能表檢定。

4.結語

本文從原理上回顧了電能計量的系統(tǒng)發(fā)展歷程，隨著電能市場經濟的發(fā)展，電能計量的科學性和準確性收到社會各方面的關注，21世紀是信息網絡化、高新科技被廣泛應用的時代，電能計量逐漸實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、標準化和系統(tǒng)化也是現(xiàn)代電能表的發(fā)展趨勢。電能計量技術在新時期的應用也會隨著科技的發(fā)展產生化學連鎖反應，如電能計量自動抄表技術等的發(fā)展，新的發(fā)展方向和勢頭也要求電能計量技術往更科學、合理和可靠的方向進步，現(xiàn)代電能計量技術還有許多待改進的地方，隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代電能計量技術也必將日益成熟，對現(xiàn)代電能計量技術的更新，不僅是對電能計量最高技術的突破，也符合新時期科技智能發(fā)展的方向。

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