國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司 鄭猷泉 劉浩洋 揭璐琦 陳偉峰 西安雙英科技股份有限公司 高 騰

近年來(lái)，智能化的用電檢查、計(jì)量裝置已廣泛推出，考慮在電力環(huán)境下使用的業(yè)務(wù)需求，移動(dòng)終端的引入給裝置帶來(lái)新的發(fā)展方向[1]。電能計(jì)量作為電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展保障，我國(guó)電網(wǎng)根據(jù)電力相關(guān)部門規(guī)定，在電表使用方面需要定期更換電表，保證電能計(jì)量和供用電雙方的公平交易[2]。在接入電能表時(shí)一般通過(guò)接線盒接入電能表，通過(guò)控制接線盒中電壓通道、電流回路的連接片控制電壓、電流的通斷，更換電能表或需要進(jìn)行電表維修時(shí)都需要將連接片進(jìn)行拉開(kāi)，閉合操作，操作過(guò)程中會(huì)損失一定的電量，尤其是在負(fù)荷變動(dòng)大的情況下[3]，供電公司需要對(duì)這段時(shí)間損失的電量進(jìn)行追補(bǔ)。

目前，電量追補(bǔ)方面涉及到的方法有：傳統(tǒng)方法在換表前的瞬時(shí)功率作平均功率與秒表記錄時(shí)間估算換表期間損失電量，負(fù)荷變化大時(shí)，估算誤差較大，需要人工測(cè)量、計(jì)算[4]；有學(xué)者提出最小二乘法擬合瞬時(shí)功率的離散點(diǎn)曲線、優(yōu)化電量補(bǔ)償計(jì)算的方式，提高損失電量計(jì)算的精確度，估算的準(zhǔn)確度不高，與實(shí)際從測(cè)量存在偏差；還有人提出改良接線盒，電能表斷開(kāi)由負(fù)控終端依舊計(jì)量，確保更換電能表時(shí)沒(méi)有電量損失，但覆蓋范圍太小，推廣程度小，不符合實(shí)際應(yīng)用情況；在2018年時(shí)，針對(duì)關(guān)口電能表更換出現(xiàn)利用兩個(gè)電能表安裝插件交替安裝待換電能表和被換電能表方法[5]，實(shí)現(xiàn)不間斷計(jì)量，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)損更換，但更換過(guò)程存在安全隱患，有學(xué)者對(duì)在負(fù)荷運(yùn)行情況下更換電能表的過(guò)程規(guī)范和影響因素做出分析，更加驗(yàn)證現(xiàn)有技術(shù)中普遍存在的不足。在上述技術(shù)影響下，本文基于藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)一種便攜、快速、精準(zhǔn)的同步測(cè)量裝置，計(jì)量更換過(guò)程存在電量。

1 更換電表時(shí)電量計(jì)量理論研究

DL/T 448-2016《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》中要求：“運(yùn)行中的電能計(jì)量裝置應(yīng)定期進(jìn)行電能表現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)”，則在電能表檢查存在問(wèn)題時(shí)進(jìn)行電表更換，需將多功能接線盒的電壓連接片斷開(kāi)，將每相電流連接片閉合，然后再拆除電能表，安裝新的電能表，新電能表安裝好之后才能打開(kāi)電流連接片，接通電壓連接片，重新恢復(fù)計(jì)量，整個(gè)操作過(guò)程中會(huì)少計(jì)一定的電量，尤其是在負(fù)荷較大的情況下[6]；為實(shí)現(xiàn)公平計(jì)量需要對(duì)這段時(shí)間損失的電量進(jìn)行追補(bǔ)。

電網(wǎng)普遍使用接線盒是容納槽和螺釘上配有可活動(dòng)的連接片，基本型式為接線型（PJ 型）和插接式（FY 型），通過(guò)連接片的閉合與連接，實(shí)現(xiàn)電壓、電流的通斷。

由圖1所示，以三相四線電能表接線為例，上端連接片接通點(diǎn)對(duì)應(yīng)接入電能表，下端連接片對(duì)應(yīng)接入電壓、負(fù)荷輸入端。S1、S2格為A 相所設(shè)，S3、S4格為B 相所設(shè)，S5、S6格為C 相所設(shè)，S7格為電壓中性點(diǎn)（接地）。S1、S3、S5為電壓接線格，①為A 相電壓連接片，通過(guò)①的上下滑動(dòng)可接通和斷開(kāi)A 相電壓；②為B 相電壓連接片，通過(guò)②的上下滑動(dòng)可接通和斷開(kāi)B 相電壓；③為C 相電壓連接片，通過(guò)③的上下滑動(dòng)可接通和斷開(kāi)C 相電壓；④為N 相電壓連接片，通過(guò)④的上下滑動(dòng)可接通和斷開(kāi)地線。S2、S4、S6為電流接線格，其中每個(gè)豎行螺釘分別接通，中間的連接片為短路連接片，上連接片平時(shí)為常閉狀態(tài)接通左邊兩豎行，下連接片平時(shí)為常開(kāi)狀態(tài)，右邊兩豎行是開(kāi)路狀態(tài)：⑤為A 相電流上連接片、⑧為A 相電流下連接片，⑥為B 相電流上連接片、⑨為B 相電流下連接片，⑦為C 相電流上連接片、⑩為C 相電流下連接片。

圖1 接線盒連接片示意圖

電能表更換時(shí)，先將接線盒的三相電壓端子連接片斷開(kāi)，使電能表的接線端無(wú)電壓；然后將接線盒前端連接片從左側(cè)推到右側(cè)，將第2列與第3列每相電流連接片閉合；再將接線盒后端連接片從右側(cè)推到左側(cè)，將第1列與第2列每相電流連接片閉合；最后拆除電能表、安裝新的電能表。打開(kāi)電流連接片，將接線盒前端連接片第1列與第2列每相電流連接片閉合，后端連接片第2列與第3列每相電流連接片閉合；接通三相電壓連接片。

在不同的峰平谷時(shí)段，進(jìn)行電表更換，其少計(jì)的電量不同，瞬時(shí)計(jì)量不能代表時(shí)段的整體，需要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行計(jì)量；同時(shí)，全國(guó)采用峰谷電價(jià)，在電量計(jì)量上考慮電能的實(shí)時(shí)性[7]，方能準(zhǔn)確計(jì)算少計(jì)電費(fèi)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

2.1 電量計(jì)量終端設(shè)計(jì)

根據(jù)更換電能表操作的理論，設(shè)計(jì)電量計(jì)量終端，包括主機(jī)、從機(jī)，主機(jī)和從機(jī)的電壓、電流接入多功能聯(lián)合接線盒前、后端，主、從機(jī)之間采用數(shù)字同步線連接，實(shí)現(xiàn)操作接線盒連接片期間主、從機(jī)的電量同步計(jì)量。三相四線應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 三相四線應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

S1主機(jī)電壓、電流接入多功能聯(lián)合接線盒前端進(jìn)行測(cè)量，計(jì)量電量；S2從機(jī)電壓、電流接入多功能聯(lián)合接線盒后端進(jìn)行測(cè)量，計(jì)量電量；S1主機(jī)和S2從機(jī)電流采用開(kāi)合時(shí)互感器進(jìn)行測(cè)量，無(wú)需斷開(kāi)電流回路。在操作接線盒連接片的時(shí)間中，S1主機(jī)和S2從機(jī)之間采用數(shù)字同步線連接，同步測(cè)量，根據(jù)主機(jī)和從機(jī)同步測(cè)量得到的電量進(jìn)行差值計(jì)算，可得到需要追補(bǔ)的電量。

其中，多功能聯(lián)合接線盒前端電壓接口A 相為S1-1、B 相為S1-2、C 相為S1-3、N 相為S1-4；電流回路A 相為S1-11、B 相為S1-12、C 相為S1-13；CT1為A 相電流互感器、CT2為B 相電流互感器、CT3為C 相電流互感器；多功能聯(lián)合接線盒后端電壓接口A 相為S2-1、B 相為S2-2、C 相為S2-3、N 相為S2-4；電流回路A 相為S2-11、B 相為S2-12、C 相為S2-13；CT4為A 相電流互感器、CT5為B 相電流互感器、CT6為C 相電流互感器。

2.2 基于同步測(cè)量的電量計(jì)量裝置

主機(jī)系統(tǒng)單元包括電壓輸入、電壓采樣、電流輸入、電流采樣、ADC、處理器、開(kāi)關(guān)控制、存儲(chǔ)單元、藍(lán)牙模塊、同步通信、充電電路、內(nèi)置電池、電源轉(zhuǎn)換電路；從機(jī)系統(tǒng)單元包括電壓輸入、電壓采樣、電流輸入、電流采樣、ADC、處理器、開(kāi)關(guān)控制、存儲(chǔ)單元、RS485、同步通信、充電電路、內(nèi)置電池、電源轉(zhuǎn)換電路；如圖3電量計(jì)量終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3 電量計(jì)量終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主機(jī)和從機(jī)的電壓輸入以A、B、C 三相輸入設(shè)計(jì)，滿足在單相、三相三線、三相四線電能表對(duì)應(yīng)接線方式下使用。

主機(jī)和從機(jī)帶有同步通信單元，主、從機(jī)之間采用數(shù)字同步線連接，處理器集中控制同步，時(shí)鐘穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度高，實(shí)現(xiàn)主、從機(jī)的電量同步計(jì)量。

從機(jī)計(jì)量數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)將從機(jī)數(shù)據(jù)和主機(jī)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以電量差值作為追補(bǔ)電量，不受現(xiàn)場(chǎng)更換操作速度和過(guò)程的影響，結(jié)果精準(zhǔn)，保證電量計(jì)量差值的準(zhǔn)確度。主機(jī)和從機(jī)電量計(jì)量采用更換階段采集的瞬時(shí)值做累積，若從機(jī)電量計(jì)量為E1，主機(jī)電量計(jì)量為E2，操作期間少計(jì)的電量為ΔE=E2-E1得，即需要追補(bǔ)的電量為ΔE。

引入移動(dòng)終端，方便給用戶展示和數(shù)據(jù)分享：主機(jī)帶有藍(lán)牙模塊，可使用手機(jī)端配套軟件連接主機(jī)，實(shí)時(shí)可查看主機(jī)、從機(jī)測(cè)量和計(jì)量電量、追補(bǔ)電量，以幅值、向量圖、趨勢(shì)圖等多種方式顯示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

3 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文研究裝置的可行性和準(zhǔn)確性，采用一臺(tái)三相四線電能表和一個(gè)多功能聯(lián)合接線盒,做電能表更換試驗(yàn)，利用標(biāo)準(zhǔn)功率源作為模擬電網(wǎng)電源輸入，電壓輸入220V，電流2A 持續(xù)輸入3min，再3A 持續(xù)輸入3min，再2A 持續(xù)輸入3min，依次循環(huán)輸入從更換電能表開(kāi)始到結(jié)束（三相電壓與電流相角為15°）。

表3 本研究裝置追補(bǔ)電量

電能表更換時(shí)長(zhǎng)為13min，由表1和表2可得常規(guī)平均值方法計(jì)算追補(bǔ)電量，以瞬時(shí)功率作為階段的平均值，其測(cè)量誤差較大，在更換期間電流為3A 時(shí)沒(méi)有相關(guān)的瞬時(shí)功率記錄，存在偏差；在接線盒前端接入裝置測(cè)試，計(jì)算需追補(bǔ)電量為：E=0.42415kW×（13/60）h=0.0919kWh；在接線盒后端接入裝置測(cè)試，計(jì)算需追補(bǔ)電量為：E=0.42279kW×（13/60）h=0.0916kWh；同時(shí)多功能聯(lián)合接線盒前端和后端的追補(bǔ)電量存在誤差，則利用一個(gè)測(cè)量終端進(jìn)行單一的計(jì)量存在誤差。本文研究裝置電量計(jì)量需追補(bǔ)電量為1.0816kWh，在更換的13min 比平均值估算電量多追回約1°電，此研究計(jì)量更加精準(zhǔn)，具有一定的研究意義和實(shí)用價(jià)值。

表1 主機(jī)更換前和更換后的測(cè)量數(shù)據(jù)

表2 從機(jī)更換前和更換后的測(cè)量數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)更換電表時(shí)電量的理論研究，設(shè)計(jì)了在接線盒兩端同步計(jì)量的終端，包括主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)和從機(jī)分別安裝在多功能聯(lián)合接線盒前端、后端，雙機(jī)同步計(jì)量，以電量差值作為追補(bǔ)電量，不受現(xiàn)場(chǎng)更換操作速度和過(guò)程的影響，結(jié)果精準(zhǔn)；智能移動(dòng)終端引入，實(shí)時(shí)查看主、從機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)和計(jì)量電量，方便給用戶展示和數(shù)據(jù)共享。最終通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證本文研究裝置的可行性和計(jì)量的準(zhǔn)確度。