1.前言

電能計量是通過互感器及其二次回路聯(lián)合電能表按照規(guī)定的接線方式進(jìn)行組合構(gòu)成在線電能計量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。

在電力市場條件下，為保證公開、公平、公正地為電能生產(chǎn)者和使用者提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，必須建立現(xiàn)代化的電能計量、管理和交易系統(tǒng)。電能計量系統(tǒng)作為提供電能計量的信息源頭，對電能計量和管理是至關(guān)重要的[1]。

2.發(fā)展歷程

2.1 從電磁式互感器到電子式互感器

2.1.1 電磁式電流互感器和電壓互感器

電磁式互感器的工作是基于電磁感應(yīng)原理，TA的額定輸出信號為1A或5A，TV的額定輸出信號為100V或長期以來，電磁式電流互感器和電壓互感器在繼電保護(hù)和電流測量中的作用一直占有主導(dǎo)地位，但是隨著超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和供用電容量的不斷增長，傳統(tǒng)的電磁式互感器已經(jīng)難以勝任這中工況，因?yàn)榕c這種系統(tǒng)相匹配的電磁式互感器有以下缺點(diǎn)：

①絕緣難度大、防爆困難、安全系數(shù)下降，特別是500kV以上高壓系統(tǒng)，因絕緣而使得互感器的體積、質(zhì)量及價格均提高；

②帶有鐵心結(jié)構(gòu)且頻帶很窄，動態(tài)范圍小，電流較大時，TA會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，影響二次保護(hù)設(shè)備正確識別故障。

2.1.2 電子式互感器

隨著光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，一種結(jié)構(gòu)簡單、線性度良好、性能價格比高、輸出范圍寬且易以數(shù)字量輸出的無鐵心式新型互感器—電子式互感器應(yīng)運(yùn)而生。

(1)光電式電壓互感器(OTV)。它基于Pockels電光效應(yīng)，由光學(xué)電壓傳感頭與相應(yīng)的電子測量電路組合而成。

(2)光電式電流互感器(OTA)。主要分為無源型和有源型2種類型。無源型電流互感器是以法拉第磁光效應(yīng)為原理設(shè)計制造的裝置，有源型電流互感器是以羅柯夫斯基空心線圈為基礎(chǔ)[3-8]。

國外于20世紀(jì)60年代初，我國從20世紀(jì)80年代開始研制光電式電壓互感器和電流式互感器，現(xiàn)今均已部分掛網(wǎng)試運(yùn)行。

2.2 從機(jī)械式電能表到電子式電能表

1890年，弗拉里發(fā)明感應(yīng)式電度表，在本世紀(jì)得到迅速普及應(yīng)用，至今已有百余年的歷史。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電能表的發(fā)展已經(jīng)歷了三個主要的發(fā)展階段[9-12]。

第一階段：本世紀(jì)60年代以前，電能表基本上采用電氣機(jī)械原理，其中應(yīng)用最多的是感應(yīng)式電能表。感應(yīng)式電能表采用電磁感應(yīng)原理制成，包括兩個固定的鐵心線圈和一個活動的轉(zhuǎn)盤。當(dāng)線圈通過交變電流時，在轉(zhuǎn)盤上感應(yīng)產(chǎn)生渦流，這些渦流預(yù)交變磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，從而引起活動部分轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生扭矩。

第二階段：感應(yīng)式電能表具有經(jīng)久耐用、價格低廉、制造技術(shù)較為成熟等優(yōu)點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表就其原理和結(jié)構(gòu)來看，機(jī)械磨損、機(jī)械阻力、放置角度、外磁場、溫度等不同因素會造成種種誤差，要進(jìn)一步提高測量精度是有限的。為了克服感應(yīng)式電能表的缺陷，從70年代起，人們開始研究并試驗(yàn)采用模擬電子電路的方案。到了80年代，大量新型電子元器件的相繼出現(xiàn)，為模擬電子式電能表的更新奠定了基礎(chǔ)。

在1976年日本就研制出電子式電能表，從此以后進(jìn)一步準(zhǔn)確測量交流電參量，包括電壓、電流、功率、電能等成為測量領(lǐng)域的主攻方向和熱門課題。在研制高精度電能測量儀方面，主要是借助于大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步采用時分割乘法器方案來實(shí)現(xiàn)的。

第三階段：從90年代末數(shù)字采樣技術(shù)應(yīng)用于電功率的測量，數(shù)字式的電子式電能表是以處理器為核心，對數(shù)字化的被測對象進(jìn)行各種判斷、處理和運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)多種功能。90年代數(shù)字采樣技術(shù)的電能表在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了多種壽命長、可靠性高、適合現(xiàn)場使用的電子式電能表；1.0、0.5、0.2級收費(fèi)電子標(biāo)準(zhǔn)是電能表相繼商業(yè)化，而且當(dāng)時最高的精度已經(jīng)達(dá)到了0.01級。數(shù)字采樣技術(shù)方案所具有的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，例如壽命長、準(zhǔn)確度高、維修方便、功耗低等。以數(shù)?；旌蠑?shù)字信號處理技術(shù)為核心的一系列適于不同場合的常用單相和三相電能計量芯片有：

①普通單相電能計量芯片AD7755；

②復(fù)費(fèi)率、預(yù)付費(fèi)及集中抄表單相專用芯片AD7756；

③防竊電單相專用電能計量專用芯片AD7751；

④數(shù)字式單相視在電能表計量芯片CS5460A；

⑤普通功能三相電能計量芯片ADUC812；

⑥高精度多功能三相電能計量芯片AD73360；

⑦低成本、多功能三相電能計量芯片AD7754；

⑧數(shù)字式三相視在電能表計量芯片ADE7753等。

3.幾種特殊功用的新型互感器和電能表

3.1 互感器

Rogowski光電式電流互感器：

光電式電流互感器（OTA）雖然具有顯著特點(diǎn)，但由于他對溫度、振動的敏感性及長期工作的時間穩(wěn)定性尚待進(jìn)一步解決，加上其傳感頭制作要求高、價格昂貴等問題，限制了其推廣使用。如果在光電式電流互感器中使用Rogowski繞組，則能較好解決上述問題。

3.2 電能表

單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表。單相電子式復(fù)費(fèi)率電表一般具有以下功能：

①紅外通訊，通過紅外接口和抄表手機(jī)進(jìn)行通訊，可抄設(shè)電量、時段、時間等數(shù)據(jù)。

②運(yùn)用電能計量模塊實(shí)行計量功能，能有功、無功計量。

③能實(shí)現(xiàn)分時處理，兩費(fèi)率(峰和谷)多時段電能計量能力。

4.現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

21世紀(jì)將是信息網(wǎng)絡(luò)化、高新科技成果被廣泛應(yīng)用和電力企業(yè)持續(xù)發(fā)展的時代。數(shù)字化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

(1)數(shù)字化。所謂數(shù)字化就是采用數(shù)字式計量芯片，應(yīng)用高新技術(shù)成果研制電子式電能計量系統(tǒng)。電能計量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，能夠不斷提高計量系統(tǒng)性能，進(jìn)一步保證計量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)智能化。所謂智能化就是采用高新技術(shù)不斷完善多功能電能表標(biāo)準(zhǔn)DL/T614—1997規(guī)定的所有功能，同時，開發(fā)研制具有自校準(zhǔn)組合互感器、電能計量綜合誤差自動跟蹤補(bǔ)償?shù)忍厥夤δ艿娜码娔苡嬃肯到y(tǒng)。電能計量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，能夠進(jìn)一步適應(yīng)我國電價制的變革，滿足運(yùn)營管理的需要，解決特殊負(fù)載用戶的計量問題，開展現(xiàn)場實(shí)負(fù)載整體檢驗(yàn)電能計量系統(tǒng)。

5.結(jié)束語

文中回顧了電能計量系統(tǒng)的發(fā)展歷程，介紹了幾種特殊功用的新型互感器和電能表，以及電能計量芯片，展望了21世紀(jì)現(xiàn)代電能計量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以供讀者參考并引起大家參與討論。

[1]李來偉,李書全,孫曉莉.面向21世紀(jì)的電能計量裝置——淺談電能計量裝置的發(fā)展與未來[J].電力設(shè)備,2004,4.

[2]狐曉宇.光電互感器與電磁互感器的比較[J].電力學(xué)報,2005,3.

[3]薛永樂.光學(xué)電流電壓互感器的發(fā)展述要[J].華通技術(shù),2002,4:27-29.

[4]張貴新,趙清姣,羅承沐.電子式互感器的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].電力設(shè)備,2006,7(4):108-109.

[5]吳伯華,李紅斌,劉延冰.電子式互感器的使用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].電力設(shè)備,2007,1.

[6]徐大可,趙建寧,張愛祥,鑒慶之,黃德祥,孫志杰.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù),2007,1.

[7]IEC 60044-7 Instrument transformers(part 7):Electronic volt-age transformers[S].1999.

[8]IEC60044-8,Instrumenttransformers(part8):Electroniccurrenttransformers[S].2002.