魯觀娜,劉影,易忠林,李亮,王慧楠,李文文,陸佳

(1.國網(wǎng)冀北電力有限公司計量中心,北京 100085; 2.北京華科同和科技有限公司,北京 100045;3.洛陽高新三L電子產(chǎn)品有限公司,河南 洛陽 471000)

0 引 言

由于建設(shè)智能電網(wǎng)需要全面使用智能電能表。近年來智能電能表改由國家電網(wǎng)集中采購后派分至各省公司集中檢測,由此日檢表能力數(shù)萬只的智能電能表自動化檢定流水線(以下簡稱流水線)應(yīng)運而生。由于流水線日檢表量巨大和檢表過程很快,按照原來的檢定方法空載抽檢表位,已不能完全保證流水線系統(tǒng)及每個表位的準(zhǔn)確性。因為流水線的不同表位受隔離變壓器的帶載能力、短接繼電器狀態(tài)、壓線機構(gòu)接觸電阻等因素的影響很大,目前檢測部門每次耗費大量人力物力,使用臺式標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行停機空載逐個檢測表位的方法,無法準(zhǔn)確檢測出這些表位帶載后真實狀況,也無法準(zhǔn)確判斷流水線掛滿表后每個表位的工作狀態(tài)是否正常[1]。因此,迫切需要應(yīng)用科技創(chuàng)新手段對流水線進(jìn)行不間斷動態(tài)在線檢定及期間核查,以保證流水線上各個表位工作正常及所檢定的每只電能表均能合格下線,因此實現(xiàn)流水線表位在線帶載檢測具有重要意義。

以往的相關(guān)研究一方面是通過普通標(biāo)準(zhǔn)電能表空載檢測裝置輸出或表位基本誤差、裝置測量重復(fù)性判斷裝置及表位工作狀態(tài)是否正常[2-4];通過相對穩(wěn)定的智能電能表對流水線表位進(jìn)行期間核查。然而流水線工作流程復(fù)雜表位狀態(tài)受環(huán)境、磁場干擾、隔離變壓器的帶載能力、短接繼電器狀態(tài)、壓線機構(gòu)接觸電阻等因素的影響很大,這給檢測結(jié)果造成了很大的不確定性,空載檢測的結(jié)果并不能反應(yīng)當(dāng)前表位真實的工作誤差。

由于流水線工作狀態(tài)直接決定被測智能電能表檢測結(jié)論是否準(zhǔn)確[5],如果由于其表位異常未能及時發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致將不合格的智能電能表判定為合格,則不合格電能表的入網(wǎng)會造成嚴(yán)重的計量誤差,影響電力貿(mào)易的公平性及數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性[6-8]。

針對上述問題,文章對流水線表位是否需要帶載檢測進(jìn)行研究[9-11],通過挑選不同廠家生產(chǎn)的流水線采用普通標(biāo)準(zhǔn)電能表、普通標(biāo)準(zhǔn)電能表加智能電能表、安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表三種方法對流水線的固定表位進(jìn)行基本誤差檢測和裝置測量重復(fù)性實驗,實驗結(jié)束后將相關(guān)數(shù)據(jù)對比分析來評估判斷哪種方法檢測結(jié)果更準(zhǔn)確,方法更簡便[12-15]。文章對國網(wǎng)冀北電力公司計量中心智能流水線進(jìn)行在線帶載及空載檢測對比,結(jié)果驗證了帶載檢測的必要性。

1 研究思路

1.1 表位異常的識別

單相智能電能表的檢測需要檢測裝置在每個表位配備輸出隔離變壓器。文章主要研究單相智能電能表流水線表位在線帶載和空載檢測的誤差來驗證表位工作的準(zhǔn)確性,通常單相流水線的一個檢定單元包含60個表位,這60個表位分別裝有60個輸出隔離變壓器,每個隔離變壓器的帶載容量,工作狀態(tài)都可能會影響當(dāng)前表位的準(zhǔn)確度。

對于同一個檢定單元的所有表位,處以同一電氣回路中,每個表位主要差別在于輸出隔離變壓器、壓線端子接觸電阻、表位短接繼電器的狀態(tài)。在實際工作過程中,這當(dāng)中任意一項都可能會導(dǎo)致表位誤差偏差,甚至超差,而如何準(zhǔn)確及時的判斷出表位異常是文章研究的方向。

1.2 方案概述

文章研究主要基于流水線工作環(huán)境(非參比條件)下,采用多種設(shè)備、不同方法測得的流水線標(biāo)準(zhǔn)表及表位的基本誤差、裝置測量重復(fù)性進(jìn)行比對分析。用來準(zhǔn)確判斷其表位工作時真實的工作狀態(tài),完善一套設(shè)備在線核查及檢測方案,為流水線運維提供科學(xué)依據(jù)。

文章采用如圖1所示的實驗流程框架,其中流水線測試端口誤差檢測環(huán)節(jié),采用傳統(tǒng)的方式對流水線進(jìn)行基本誤差、裝置測量重復(fù)性實驗檢測,同時反向驗證不同檢測設(shè)備工作的準(zhǔn)確度及可靠性;流水線表位誤差檢測環(huán)節(jié),采用不同檢測設(shè)備、不同方法對流水線表位進(jìn)行基本誤差、裝置測量重復(fù)性實驗檢測;檢測結(jié)論分析研究環(huán)節(jié),依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提取兩種模式下的檢測結(jié)論進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ确治?得出實驗結(jié)論,根據(jù)實驗結(jié)論進(jìn)行相關(guān)的研究分析。

圖1 實驗流程圖

2 實驗設(shè)備選用

實驗采用普通臺式標(biāo)準(zhǔn)電能表和符合智能電能表尺寸及性能指標(biāo)的安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表為主要檢測設(shè)備。為保證實驗的準(zhǔn)確性,文章選用經(jīng)國家級計量檢定機構(gòu)驗證合格的臺式標(biāo)準(zhǔn)電能表、安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表和單相智能電能表樣機。實驗設(shè)備的準(zhǔn)確性及可靠性在文中進(jìn)行充分驗證后再進(jìn)行相關(guān)研究實驗。

2.1 檢測設(shè)備規(guī)格

某品牌RD3X型便攜式標(biāo)準(zhǔn)電能表(以下簡稱RD):采用A/D轉(zhuǎn)換計量芯片,支持0.1 A～100 A寬量程負(fù)載誤差測試,準(zhǔn)確度等級0.02級。

某品牌FMS63X型安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表(以下簡稱FMS):內(nèi)置TDM時分割乘法器原理計量單元,支持0.1 A～100 A寬量程負(fù)載誤差測試,外觀結(jié)構(gòu)及自身功耗符合國網(wǎng)單相智能電能表要求,準(zhǔn)確度等級0.02級。

某品牌DDZY9XX型安裝式電能表(以下簡稱DDZY):電流規(guī)格5(60) A,外觀結(jié)構(gòu)符合國網(wǎng)單相智能電能表要求,準(zhǔn)確度等級2級,用于標(biāo)準(zhǔn)電能表帶載檢測。

2.2 被檢設(shè)備規(guī)格

某品牌單相流水線(以下簡稱JX1),每個檢定單元60表位,電流量程:0.1 A～120 A;準(zhǔn)確度等級:0.1級。

某品牌單相流水線(以下簡稱JX2),每個檢定單元60表位,電流量程:0.1 A～120 A;準(zhǔn)確度等級:0.1級。

3 流水線測試端誤差檢測

3.1 標(biāo)準(zhǔn)電能表檢測

在參比條件下(環(huán)境溫度20℃±2℃;相對濕度60%±15%;電壓允許偏差0.5%;頻率允許偏差0.3%,波形失真度小于1%),用RD和FMS分別對JX1和JX2進(jìn)行基本誤差及裝置測量重復(fù)性測試,根據(jù)設(shè)備量程選取100 A、20 A、5 A、0.1 A負(fù)載點功率因數(shù) 1.0和0.5 L進(jìn)行檢測。實驗時將RD標(biāo)準(zhǔn)電能表外接AC220 V電源供電,FMS安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表采用回路直接供電。電流回路串聯(lián)、電壓回路并聯(lián)分別接入設(shè)備檢測端口,被測設(shè)備脈沖接入標(biāo)準(zhǔn)電能表,實驗方案如圖2、圖3所示。由流水線設(shè)備升壓、升流實現(xiàn)不同電流負(fù)載點誤差檢測。每個負(fù)載點記錄5個原始誤差,計算平均值進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析研究。

圖2 RD檢測端接入實驗方案

圖3 FMS檢測端接入實驗方案

被檢裝置基本誤差:

文章中兩種標(biāo)準(zhǔn)表與被檢裝置輸出端連接完成后,經(jīng)預(yù)熱穩(wěn)定后,將參考標(biāo)準(zhǔn)測量的電能與裝置指示的電能i帶入式(1),計算裝置的相對誤差ri(%)。

被檢裝置的相對誤差ri(%)按式(1)計算。

(1)

式中Wi為裝置指示的電能,單位:kW·h;Wo為參考標(biāo)準(zhǔn)測量的電能,單位:kW·h。

計算基本誤差獲取電能值由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對電能脈沖計數(shù)后換算得出。

被測裝置測量重復(fù)性:

選擇100 A電流負(fù)載點,分別在功率因數(shù)1.0,0.5 L分別確定基本誤差。進(jìn)行5次測量,每次測量從開機初始狀態(tài)調(diào)整至測量狀態(tài)。按式(2)計算實驗標(biāo)準(zhǔn)差s(%):

(2)

(3)

式中n為2重復(fù)測量次數(shù)。

不同被測設(shè)備的基本誤差或測量重復(fù)性實驗偏差值ra(%)為RD和FMS兩臺設(shè)備檢測出被測裝置的基本誤差或測量重復(fù)性誤差差值,按式(3)計算。

3.2 檢測結(jié)論

通過上述方案,RD和FMS兩種標(biāo)準(zhǔn)表對兩臺流水線裝置某一檢定單元檢測端基本誤差和裝置測量重復(fù)性檢測,文章實驗過程中進(jìn)行多次重復(fù)檢測,由于文章篇幅限值,文章僅選取其中具有代表性的1次數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計,結(jié)果如表1、表2所示。

表2 JX2裝置檢測端檢測數(shù)據(jù)

由表1、表2數(shù)據(jù)可知,RD和FMS兩臺設(shè)備檢測流水線裝置某一檢定單元檢測端基本誤差數(shù)據(jù)均合格且一致性較好,設(shè)備間誤差偏差在0.005%以內(nèi)。裝置測量重復(fù)性1.0誤差平均值均小于0.01%,0.5 L誤差平均值均小于0.02%(JJG597-2005交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程要求0.1級裝置測量重復(fù)性1.0誤差平均值小于等于0.01%,0.5 L誤差平均值小于等于0.02%),JX1和JX2兩臺流水線檢定單元在檢測端實驗結(jié)論均合格。說明文章選用的檢測設(shè)備在測量準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性方面符合實驗要求,在此基礎(chǔ)上為文章下一步進(jìn)行表位檢測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

4 流水線表位誤差檢測

4.1 表位空載檢測

在流水線工作環(huán)境下,用RD分別對JX1和JX2進(jìn)行基本誤差及裝置測量重復(fù)性測試,根據(jù)設(shè)備量程選取100 A、20 A、5 A、0.1 A負(fù)載點功率因數(shù) 1.0和0.5 L進(jìn)行檢測。實驗時將RD標(biāo)準(zhǔn)電能表外接AC220 V電源供電,電壓、電流、脈沖線分別連接國網(wǎng)單相智能表尺寸的端子座。壓接接入被測表位,實驗方案如圖4所示。由流水線設(shè)備升壓、升流實現(xiàn)不同電流負(fù)載點誤差檢測。每個負(fù)載點記錄5個原始誤差,計算平均值進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析研究。

圖4 RD空載檢測表位實驗方案

基本誤差及裝置測量重復(fù)性誤差計算均采用式(1)～式(3)實現(xiàn)。

4.2 表位帶載檢測

在流水線工作環(huán)境下,用RD和FMS分別對JX1和JX2進(jìn)行基本誤差及裝置測量重復(fù)性測試,根據(jù)設(shè)備量程選取100 A、20 A、5 A、0.1 A負(fù)載點功率因數(shù) 1.0和0.5 L進(jìn)行檢測。實驗時將RD標(biāo)準(zhǔn)電能表外接AC220 V電源供電,電流回路與DDZY9XX智能電能表串聯(lián)后與電壓、脈沖線分別連接國網(wǎng)單相智能表尺寸的端子座。壓接接入被測表位,實驗方案如圖5、圖6所示。FMS631直接壓接接入被測表位。由流水線設(shè)備升壓、升流實現(xiàn)不同電流負(fù)載點誤差檢測。每個負(fù)載點記錄5個原始誤差,計算平均值進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析研究。

圖5 RD帶載檢測表位實驗方案

圖6 FMS帶載檢測表位實驗方案

基本誤差及裝置測量重復(fù)性誤差計算均采用式(1)～式(3)實現(xiàn)。

4.3 檢測結(jié)論

通過上述方案,RD和FMS兩種標(biāo)準(zhǔn)表對兩臺流水線裝置某一檢定單元表位空載和帶載檢測基本誤差和裝置測量重復(fù)性,同上一組實驗一樣,進(jìn)行多次重復(fù)檢測,文章僅選取其中具有代表性的1次數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計,結(jié)果如表3、表4所示。

表3 JX1表位接入檢測數(shù)據(jù)

表4 JX2表位接入檢測數(shù)據(jù)

由表3、表4數(shù)據(jù)可知,RD在空載檢測流水線表位對比RD空載檢測裝置檢測端(表1、表2中RD檢測數(shù)據(jù)),在100 A和0.1 A兩個負(fù)載點不同方式檢測出誤差偏差在0.01%～0.02%之間。文章分析同一設(shè)備在流水線不同位置檢測存在偏差,排除帶載影響,影響誤差的主要因素為表位電壓、電流接線柱端面與標(biāo)準(zhǔn)表之間的接觸電阻大小影響電能測量的準(zhǔn)確度,導(dǎo)致誤差偏差。由測量數(shù)據(jù)可知在100 A電流和0.1 A電流工況下,以上因素對測量準(zhǔn)確度影響更大。

RD標(biāo)準(zhǔn)電能表加DDZY9XX電能表進(jìn)行檢測,相當(dāng)于RD在檢測流水線表位時將DDZY9XX電能表自身功耗作為負(fù)載,實現(xiàn)對表位的帶載檢測;而采用FMS安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表進(jìn)行檢測,其設(shè)計無外接電源,采用回路供電,屬于帶載檢測,同時其設(shè)計滿足電能表相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,自身功耗與普通電能表相同,等同于普通標(biāo)準(zhǔn)表加電能表對流水線表位進(jìn)行帶載檢測。

由表3、表4數(shù)據(jù)可知當(dāng)分別采用RD加DDZY 9XX電能表和FMS對流水線表位進(jìn)行帶載檢測時,兩臺設(shè)備在同一流水線檢定單元表位檢測誤差,平均值差值均在0.01%以內(nèi),說明設(shè)備本身準(zhǔn)確度沒有問題,但是檢測出的誤差相對同樣在表位空載檢測RD測出的誤差來說存在較大偏差。分析數(shù)據(jù)如下:JX1裝置最大偏差值達(dá)0.086 6%,JX2最大偏差值達(dá)0.0589%,同時JX2的100 A、20 A、0.1 A電流負(fù)載點檢測誤差已超出0.1%,依據(jù)<>檢定規(guī)程判定該表位實驗不合格。

從實驗數(shù)據(jù)和以上分析可以看出,兩臺裝置在表位帶載的工況下測試的基本誤差偏差較大,且JX2實驗結(jié)論不合格。分析影響表位誤差準(zhǔn)確性的的主要因素為表位電壓、電流接線柱端面與標(biāo)準(zhǔn)表之間的接觸電阻大小、輸出隔離變壓器帶載能力等。由圖5、圖6可知文中實驗均在同一檢定單元表位、都采用端子壓接的方式進(jìn)行實驗,因此實驗的一致性可以排除表位電壓壓降、表位壓接等因素,判定該實驗中影響表位誤差一致性的主要因素為表位輸出隔離變壓器的帶載能力。

5 應(yīng)用實例

5.1 多表位帶載檢測

根據(jù)以上實驗得出的數(shù)據(jù)及分析結(jié)論,文章采用60塊0.02級FMS安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表(60塊FMS采用國網(wǎng)冀北電力公司計量中心0.01級電能表檢定裝置檢測合格,且所有負(fù)載點表與表之間誤差偏差值小于0.01%)對國網(wǎng)冀北電力公司計量中心下屬單相自動化檢定流水線某一檢定單元進(jìn)行全表位帶載檢測,檢測方法同文中4.2,以基本誤差實驗負(fù)載電流為5 A,功率因數(shù)1.0和0.5 L為例,由于篇幅限制文章隨機抽取10個表位的檢測數(shù)據(jù),進(jìn)行對比分析,數(shù)據(jù)內(nèi)容如表5所示。

表5 不同表位檢測數(shù)據(jù)

5.2 數(shù)據(jù)分析

由表5數(shù)據(jù)可知,在同樣采用0.02級FMS安裝式標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行基本誤差檢測的情況下(所有負(fù)載點表與表之間誤差偏差值小于0.01%),不同表位間的誤差存在較大的差異,誤差一致性較差。圖7則直觀的展示了不同表位間誤差差異,功率因數(shù)為1.0最大誤差差值達(dá)0.051 3%,功率因數(shù)為0.5 L最大誤差差值達(dá)0.076 4%。因此流水線多表位同時采用在線帶載檢測可以快速的得出檢測結(jié)論,準(zhǔn)確判斷每一個表位的真實誤差。通過橫向分析檢測數(shù)據(jù)對整個流水線的狀態(tài)進(jìn)行評估,保障被測電能表檢定結(jié)論準(zhǔn)確可靠。

圖7 流水線不同表位誤差曲線

6 結(jié)果與分析

通過以上實驗檢測數(shù)據(jù)分析可以判斷,采用普通標(biāo)準(zhǔn)電能表對流水線的檢測端或表位端空載進(jìn)行檢測時,僅能檢測出裝置功率源空載輸出的穩(wěn)定性及裝置內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)表接功率源時的整體誤差。而采用普通標(biāo)準(zhǔn)表加電能表帶載表位檢測或者采用安裝式標(biāo)準(zhǔn)表帶載表位檢測,則可以準(zhǔn)確檢測出當(dāng)前被測表位在工作時真實準(zhǔn)確的誤差狀況。分析文中實驗相關(guān)數(shù)據(jù)可知,流水線表位在空載、帶載情況下,測量準(zhǔn)確性是存在差異的。而隔離變壓器的穩(wěn)定性及帶載能力直接影響表位的工作狀態(tài)即檢測準(zhǔn)確度。文中相關(guān)實驗進(jìn)一步驗證了流水線表位在空載和帶載工況下的檢測量準(zhǔn)確度差異。

由以上分析可知,采用傳統(tǒng)的方法對流水線檢測端或表位進(jìn)行空載檢測,檢測結(jié)論不能準(zhǔn)確的反應(yīng)流水線的真實狀態(tài),采用表位帶載檢測出的結(jié)論更為準(zhǔn)確。通過文中實驗過程比較及應(yīng)用實例中表3～表5數(shù)據(jù)結(jié)論分析可以進(jìn)一步判斷,同樣是表位帶載檢測,采用尺寸外觀、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的高準(zhǔn)確度等級的安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表,進(jìn)行流水線表位在線帶載檢測,是更可靠、更精準(zhǔn)、更有效的技術(shù)工藝發(fā)展方向[16-20]。而采用一定數(shù)量的安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表同時進(jìn)行在線帶載檢測能更高效準(zhǔn)確的檢測出流水線表位的工作狀態(tài)。

7 結(jié)束語

文中設(shè)計制定了多種方法對電能表流水線進(jìn)行基本誤差及測量重復(fù)性檢測,目的是研究流水線表位檢測的準(zhǔn)確性。實驗結(jié)果也驗證了表位帶載檢測的必要性。通過實驗數(shù)據(jù)分析可以看出,電能表計量檢定裝置在演變升級成電能表自動化流水線之后,其系統(tǒng)的硬件、軟件均更復(fù)雜;工作時其準(zhǔn)確度的影響因素也更多。例如流水線工況并不是100%的參比條件工況,存在諸如溫度變化、磁場干擾、EMC/EMI條件、隔離變壓器帶載能力、端子壓接的可靠性,表位短接繼電器等等變化因素。此時若僅采用原來的傳統(tǒng)方法只對裝置檢測口或者表位進(jìn)行空載檢測,顯然已不能滿足實際工作需求,無法及時準(zhǔn)確判斷表位的真實工作狀態(tài)。為了保證流水線檢測合格的電能表都是準(zhǔn)確合格的,確保電力貿(mào)易的公平性,建議推廣采用表位帶載的方式對流水線進(jìn)行定期檢測。