一體式高壓計量箱及在線校驗設備研究

劉文聰（中國石化勝利油田分公司技術(shù)監(jiān)督處）

一體式高壓計量箱及在線校驗設備研究

劉文聰（中國石化勝利油田分公司技術(shù)監(jiān)督處）

一體式高壓計量箱可以替代現(xiàn)有傳統(tǒng)的電力計量裝置，具有小型化、智能化、信息化、低碳化的特點，其作用是防竊電、避免鐵磁諧振故障、提高10kV負荷節(jié)點電能計量的整體計量精度。通過在高壓側(cè)對電流、電壓進行同步采樣計算，利用無線傳輸方式，研制高壓計量箱在線校驗設備，可對高壓計量箱的整體準確度進行在線校驗，實現(xiàn)在線測量10kV以下電力系統(tǒng)的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)。

配電網(wǎng)一體式高壓計量箱在線校驗采集

一體式高壓計量箱是一種高電壓、三相三線制、寬電流量程的電能計量儀表。它的主要優(yōu)點是將高壓電直接接入電能計量箱，實現(xiàn)電能計量，去除了變壓器損耗的影響。然而，隨著高壓電能計量箱的推廣使用，也暴露了一些問題：計量箱的檢定問題，國家沒有相應的現(xiàn)場校準方法和規(guī)程，也沒有授權(quán)的可進行量值傳遞的計量標準，作為計量器具難以實施正常的周期性檢定（校準）；計量箱一般安裝在配電電力變壓器的前面，安裝部位高且直接與高壓電相連，拆、裝時既危險又耗費大量的人力物力。因此，亟需研究該類電能計量箱的現(xiàn)場校準技術(shù)和規(guī)范，并積極推廣相應設備，及時開展高壓電能計量箱的現(xiàn)場在線校驗。

1　高壓計量設備現(xiàn)狀及存在問題

1.1傳統(tǒng)高壓計量裝置存在的弊端

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的用電貿(mào)易結(jié)算、線損考核管理所實現(xiàn)的高壓電能計量方案均采用高壓互感器、高壓電能表及其連接線組合而成。這些傳統(tǒng)高壓計量裝置存在的弊端主要有：設備運行能耗較高，高壓互感器消耗大量的銅、鐵、絕緣材料等資源；安全隱患較多，存在鐵磁諧振的可能性，干式互感器易老化導致絕緣薄弱，油浸式互感器易發(fā)生漏油問題；由于表箱存放于低壓區(qū)，部分用電客戶改變計量箱的接線及設置實施竊電行為；在戶外高壓配電網(wǎng)上長期運行，環(huán)境條件惡劣，影響到計量的準確度和可靠性。

1.2校驗技術(shù)存在空白

高壓電力計量箱具有防竊電性能優(yōu)異、組合靈活、安裝和使用方便等特點。它的計量誤差與電流、電壓互感器的準確度、接線方式（PT二次壓降）及電能表的準確度密切相關(guān)。

高壓電力計量箱的檢定工作目前只是停留在電能表和互感器的分體檢定層面，這種檢定方法存在局限性，不能正確反映高壓電力計量箱的整體性能。根據(jù)國際電工委員會規(guī)定的基本原則：“所有儀表和計量裝置的誤差都必須進行實際的測量，未經(jīng)測量，僅是以其他測量中計算出來的引用電壓、電流和功率因數(shù)組合的誤差，不能作為評價裝置基本誤差的依據(jù)?！币虼耍狈Ω邏弘娏τ嬃肯湔w檢定裝置一直是電力管理單位開展高壓電力計量箱整體檢定工作的障礙。整個電能計量系統(tǒng)的準確度無法統(tǒng)一標定，誤差無法有效控制，作為計量器具無法進行正常的周期性校驗。用戶與用電管理部門之間的電量出現(xiàn)分歧時，沒有有效的現(xiàn)場校驗手段［1］。

2　高壓計量箱及在線校驗儀技術(shù)原理

2.1高壓計量箱

一體式高壓計量箱是智能電能表、電子式互感器技術(shù)、高電壓技術(shù)相互融合的新型智能電網(wǎng)設備，實現(xiàn)了小型化高壓側(cè)電能量直接計量。智能高壓電能表的顯著特點就是將芯片及電路應用于高壓側(cè)等電位，實現(xiàn)了高壓側(cè)電傳感智能化。

一體式高壓計量箱采用高壓一次側(cè)傳感取樣和二次計量電路相融合的整體式絕緣設計，由于該設計不存在低壓電位的二次部分，避免了傳統(tǒng)互感器必須面對的一次、二次絕緣問題。

一體式高壓計量箱采用三相三線制兩元件法進行測量，在A-B相間和C-B相間安裝高壓分壓器，A相和C相上均安裝有低功耗電流互感器和高壓單相電能計量單元。高壓單相電能計量單元完成的電能計量數(shù)據(jù)通過光纖傳送給B相電能綜合單元，而B相電能綜合單元將各類電量信息進行存儲，并通過光纖隔離傳送至低壓設備進行數(shù)據(jù)信息顯示［2］。

一體式高壓計量箱的內(nèi)置GPRS通訊模塊全面兼容國家電網(wǎng)公司的智能電表技術(shù)規(guī)范。高壓電能表所采用的電子式電壓互感器、電子式電流互感器均為低功耗的節(jié)能設備，電子式互感器的功耗在100MW以內(nèi)，電能計量模塊、主控模塊和光纖通道所需要的總功耗也小于1W。

2.2在線校驗儀

高壓計量箱在線校驗儀主要由三部分組成：低壓信號數(shù)據(jù)采集模塊、高壓信號數(shù)據(jù)采集模塊和校驗儀主體。高壓信號數(shù)據(jù)采集模塊為3個互相獨立的電流電壓取樣鉗，用于實現(xiàn)6/10kV系統(tǒng)的電能數(shù)據(jù)采集與計算；低壓信號數(shù)據(jù)采集模塊用于電壓等級為100V、5A高壓互感器二次電能數(shù)據(jù)采集與計算。校驗儀主體采用先進的虛擬儀器技術(shù)，基于WINDOWSXP系統(tǒng)，使用圖形用戶界面，可以靈活、方便地實現(xiàn)校驗儀所需要的各種功能。

3　一體式高壓計量箱創(chuàng)新特點

3.1小型化

一次與二次相融合的整體方案，使得產(chǎn)品體積大大降低；由于設計上省去了傳統(tǒng)高壓計量裝置的互感器，產(chǎn)品質(zhì)量大大減少；能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場靈活部署，適應配電網(wǎng)復雜線路形式下應用。

3.2智能化

電能采集芯片植入到高壓電位，實現(xiàn)了高壓側(cè)智能化傳感；在設計上解決了傳統(tǒng)高壓電能計量裝置無整體準確度等級的問題；避免了傳統(tǒng)電磁式電壓的鐵磁諧振事故隱患，提高了電網(wǎng)運行的安全性；具有防止竊電行為的整體式高壓端安置結(jié)構(gòu)。

3.3信息化

全面集成了紅外、RS485、GPRS、Zigbee多種通訊功能，集成了《多功能表通信規(guī)約》、《電力負荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》及各地方電能表采集系統(tǒng)通訊規(guī)約；全面兼容國家電網(wǎng)公司的智能電表技術(shù)規(guī)范，支持費控、負控等各項業(yè)務。

3.4低碳化

一體式高壓計量箱的檢定工作量降低，沒有了傳統(tǒng)高壓計量裝置的諸多檢測環(huán)節(jié)和現(xiàn)場實施不確定性，提高了用電管理部門的工作效率；因裝置小型化節(jié)約了大量銅、鐵、絕緣材料等互感器所需要的資源，如每套高壓電能表將節(jié)省50kg以上的銅排、鐵芯等資源；每套一體式高壓計量箱每年的年運行功耗，可以由傳統(tǒng)裝置的500VA左右降低至50VA左右。

4　高壓計量箱在線校驗儀創(chuàng)新特點

4.1實現(xiàn)計量箱的周期性校驗和有效監(jiān)控

實現(xiàn)了6/10kV高壓計量箱在線整體校驗功能，解決了多年來高壓計量箱無法整體校驗的困擾。高精度、高壓計量桿設計使得校驗過程的接線簡單、安全、方便，能夠在不停電狀態(tài)下開展高壓計量箱在線計量校驗；同時，還能對各項電力參數(shù)進行檢測，從而實現(xiàn)計量箱的周期性校驗和有效監(jiān)控，杜絕電量的流失，為計量校驗和用電監(jiān)察提供了新型技術(shù)手段。

4.2校驗精度顯著提高

在數(shù)據(jù)采集部分采用高精度電流互感器與高電壓采集裝置相匹配的方法，對于被測量的電壓、電流信號在高電位輸入測量單元，采用同步高速采樣、高速計算。相對過去采用電流互感器、電壓互感器、電能表分別校驗的方法，大大減少了校驗誤差［3］。

4.3整機經(jīng)過優(yōu)化設計

操作者可在便攜式筆記本電腦上完成校驗操作。此儀器方便靈活，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，攜帶方便，適用于供電公司、電力公司、用電管理、計量監(jiān)督部門及大型工礦企業(yè)在現(xiàn)場對高壓計量箱進行校驗，確保使用中的高壓計量箱電能計量準確；同時，該裝置還具有對低壓電能表進行在線校驗的功能。

［1］馮凌，候興哲，周華勇，等.三相高壓計量箱誤差影響量探討［J］.電測與儀表，2010（12）：41-42.

［2］賴振學.電能計量與高壓變比測試［M］.北京：中國電力出版社，2012：85-96.

［3］郭琳云，徐芝貴，張樂平，等.高壓電能計量裝置整體誤差校驗臺［J］.電測與儀表，2010（1）：18-21.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.011

2014-09-28）

劉文聰，工程師，2004年畢業(yè)于山東經(jīng)濟學院（信息管理專業(yè)），從事油田節(jié)能管理工作，E-mail：jack198179@126.com，地址：山東省東營市東營區(qū)濟南路258號勝利石油管理局技術(shù)監(jiān)督處，257001。