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三相電能表現(xiàn)場校驗儀技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與展望

2019-8-7  閱讀(1613)

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2003年以來,也就是中國的城市和農(nóng)村電網(wǎng)進行大規(guī)模改造,、建設(shè)之后,電力系統(tǒng)對三相多功能表的需求量迅速增長,2004年產(chǎn)量估計約70萬臺,,以不足全國電能表總產(chǎn)量1%的份額,創(chuàng)造11%的電能表總產(chǎn)值,。由此,,、國內(nèi)電表企業(yè)紛紛看好商機,,抓緊新技術(shù)開發(fā),,不斷推出三相多功能表的新產(chǎn)品,以滿足電能表市場的應用需求,。

與傳統(tǒng)的機械表相比,,采用電子計量原理的三相多功能表,具有高精度,、多參數(shù)測量,、諧波功率電能計量等優(yōu)勢。從總體評價,,三相多功能表還是穩(wěn)態(tài)電力負荷計量產(chǎn)品,,由于其應用領(lǐng)域擴大,電力系統(tǒng)對電表不斷提出新的技術(shù)要求?,F(xiàn)有的三相多功能表性能和品質(zhì),,都不能*適應電力系統(tǒng)的需求。因此,,如何正確把握產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢,,改進產(chǎn)品設(shè)計,將三相多功能表技術(shù)水準推向一個新的高度,,無疑是電表行業(yè)和電力系統(tǒng)共同關(guān)注的課題,。

一,、引進的三相多功能電能表新技術(shù)

引進的三相多功能表新技術(shù),代表目前上電能表技術(shù)的高水平:

1,、高精度,、長壽命計量三相電能表現(xiàn)場校驗儀

準確度為0.1%的有功電能計量,超過IEC在線計量的高準確度要求,,其誤差曲線的帶寬為+/-0.05%,;

0.2 S級三相基波表,具有分相的2—50次諧波有功功率計量,;

0.2S級長壽命的電網(wǎng)關(guān)口表,,具有電能質(zhì)量計量模塊。

2,、高速率,、實時測量三相電能表現(xiàn)場校驗儀

交流采樣速率為256點/周波,記錄周期短為10毫秒,;

電能質(zhì)量計量:63次諧波,、電壓閃變、故障錄波78微秒的瞬變,,供電可靠性指標的記錄為99.9999999%,。

3、開放式,、高速率通信技術(shù)應用

開放式通信協(xié)議IEC62056-61/62/53/46/42,,抄表、費率,、負荷控制數(shù)據(jù)交換,;

互聯(lián)網(wǎng)通信,自動發(fā)送E-mail報警信號,、系統(tǒng)運行狀態(tài)刷新,、數(shù)據(jù)記錄,通過以太網(wǎng)連接到某些的電量計費系統(tǒng)的關(guān)口表,,Web服務器可直接讀取電表各種實際數(shù)據(jù),、電能質(zhì)量參數(shù),無需任何軟件,。

4,、三相電能計量芯片三相電能表現(xiàn)場校驗儀

采用低頻濾波法計量諧波無功功率的三相計量芯片,高位∑-△A/D,,負荷動態(tài)范圍1000:1,,線性度0.1%,具有溫度測量功能,,片上接口可直接與微分電流互感器連接,;精度優(yōu)于0.1%的三相SOC單芯片,,21位2階∑-△A/D,32位可編程的電能量計算引擎,,負荷動態(tài)范圍2000:1,,片內(nèi)集成:高速8051單片機、硬實時鐘,、LCD驅(qū)動電路,、看門狗電路、定時器,、多種存儲器,、多種通信接口等。

5,、諧波功率電能計量標準

在歐洲:三相0.01級標準表,具有諧波功率計量功能,;建立起諧波有功功率,、諧波視在功率的計量傳遞標準;

在美國:電能表自動校準系統(tǒng),,在任意波形諧波總含量30%以下,,計量準確度為+/-0.005%—0.05%;高精度三相標準表,,在功率因數(shù)低于0.5(60°—90°),,計量準確度為+/-0.02%/功率因數(shù);電能功率標準源,,提供七種非正弦信號的無功功率計算方法,。

需要指出:盡管IT產(chǎn)業(yè)新技術(shù)的應用,推動了進口電能表技術(shù)的快速發(fā)展,,但是現(xiàn)在進口的在線電能表產(chǎn)品技術(shù)不規(guī)范,,0.1級電能表、任意波形功率和電能計量,、0—360°計量等關(guān)注的問題正在探索,,電能表誤差穩(wěn)定性、可靠性指標尚未量化,,器件損壞,、數(shù)據(jù)丟失、自檢有誤的情況時有發(fā)生,,這些情況說明進口電能表技術(shù)走向成熟還有一個很長的過程,。

二、國產(chǎn)三相多功能電能表新技術(shù)

國產(chǎn)電子式三相多功能表技術(shù)開發(fā)起步較晚,,近幾年,,注重吸收計量技術(shù)與管理經(jīng)驗,,強化自主開發(fā),取得了許多新的技術(shù)成果:

1,、三相多功能表

0.2S級有功功率計量,,16位∑-△A/D,160M IPS的DSP,,交流采樣速率256點/周波,,運行和備用兩套費率時段,負荷曲線記錄和容量為4M字節(jié)的存儲器,,寬電源電壓范圍,,互感器合成誤差補償,變壓器銅損,、鐵損計算,;

0.5S級三相基波有功表;

采用三相SOC單芯片或三相有功,、無功計量芯片的低端三相多功能表設(shè)計,,從技術(shù)上適應電表量大、面廣的市場需求,;

高壓電能表,,采用電子式傳感器,懸浮式電源設(shè)計,,有功電能計量準確度為0.5級,,用于10千伏中壓電網(wǎng)直接計量電能量。

2,、諧波功率,、電能計量三相電能表現(xiàn)場校驗儀

三相諧波表,有功功率計量0.2S級,,無功功率計量0.5S級,,高準確度的基波和諧波有功電能計量,采用實時積分法計算總有功電能,,通過FFT算法,,提供基波、諧波電能量和諧波功率方向,;

沖擊負荷電能計量理論與算法,,應用廣義功率理論,定義任意波形的單相電路和三相電路的功率,,應用正弦電路功率理論,、傳統(tǒng)非正弦電路功率理論和廣義功率理論進行沖擊負荷的有功、無功,、視在,、畸變,、三相不對稱功率電能的計算;

基于IIR型Hilbert數(shù)字濾波法的諧波無功功率的測量,,Hilbert數(shù)字濾波器具有*的頻率響應特性,,數(shù)值計算簡單,經(jīng)計算的諧波無功功率,,與仿真實驗結(jié)果只差0.02%,;

諧波有功功率潮流分析方法,經(jīng)研究指出:FFT理論具有局限性,,實際的電力負荷,,除基波和整數(shù)倍頻成份外,尚有間諧波存在,,需要開發(fā)電能表新的算法,。

3、三相電能計量芯片

具有基波/諧波電能計量的三相多功能計量芯片,,16位∑-△A/D,、24位DSP,負荷動態(tài)范圍1000:1,,線性度0.1%,測量帶寬21次諧波,,集成溫度傳感器,;

采用Hilbert數(shù)字濾波器計量諧波無功功率的三相計量芯片;

采用數(shù)字并行算法和降低晶振頻率技術(shù)的低功耗三相有功功率計量芯片,。

4,、基于GPRS通信網(wǎng)的用電需求側(cè)管理系統(tǒng)及其終端

該系統(tǒng)具有遠程抄表、用電異常信息報警,、電能質(zhì)量檢測,、線損分析、無功電壓管理和電力負荷控制管理等功能,,系統(tǒng)指標為:并發(fā)數(shù)據(jù)量不小5萬采集點,,一次采通率不小于95%,二次采通率不小于99.5%,,遙測合格率大于98%,,對時精度小于100毫秒。

5,、關(guān)口表遠程校準系統(tǒng)

該系統(tǒng)由多路關(guān)口表的測量,、校準回路和計算機通信網(wǎng)絡構(gòu)成,就是將高精度三相標準表置于變電站內(nèi)環(huán)境條件符合要求的場所,,被測電流的變換是通過計量電流互感器的二次回路接入0.02級,、5/0.的中間互感器,,標準表和關(guān)口表的三相接線方式和有功、無功計量方式是通過工控機指令切換,,關(guān)口表的實時誤差通過信道送至系統(tǒng)主站,,整個系統(tǒng)誤差為0.1%。

6,、電能質(zhì)量和電能計量標準

準確度為0.02%的數(shù)字式三相標準表,,四象限測量,多種無功功率計量方式,,諧波和基波有功功率計量,,50次諧波分析,三相不對稱測量,;

電力系統(tǒng)的正弦無功功率計量標準,,它以電流比較儀技術(shù)為基礎(chǔ),通過基本電學參量溯源,,正弦無功功率計量的擴展不確定度為75×10-6,;

電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量計量標準,包括:諧波電壓,、電流測量,,諧波次數(shù)從直流和2—100次整數(shù)倍諧波,任意次間諧波,,諧波電壓擴展不確定度為0.02%,,諧波電流擴展不確定度為0.04%;閃變,,常用的指標是短時間閃變Pst(10min)和長時間閃變Plt(2h),,該標準裝置的擴展不確定度為0.5%;頻率:1Hz-21MHz,,該裝置擴展不確定度為2×10-10,;相位,該標準裝置擴展不確定度為0.02°,;

產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范,,鑒于上尚未有三相多功能表的統(tǒng)一標準,中國電工儀器儀表標準化技術(shù)委員會組織起草國家標準《多功能電能表特殊要求》,,現(xiàn)正進入審定階段,。制定該標準的目的,是為制造商和使用電能的用戶提供一個產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范,,并使其體現(xiàn)產(chǎn)品訂貨技術(shù)規(guī)范的大部分內(nèi)容,,多功能表的通用要求,將參照中國相關(guān)國家標準的的內(nèi)容。

綜上所述,,經(jīng)過十幾年的發(fā)展,,中國的三相多功能表門類比較齊全,中,、低端電表技術(shù)開發(fā)水平較高,,特別是沖擊負荷電能計量理論與算法、諧波無功功率計量,、具有諧波功率計量的三相芯片,、高壓電能表、GPRS通信技術(shù)應用,、電能遠程校準等技術(shù)項目具有創(chuàng)新意義,。但是也應該看到,電表技術(shù)沒有*過關(guān),,電網(wǎng)關(guān)口計量仍以進口電表為主導產(chǎn)品,,這是一個值得深思的問題。

三,、未來三相多功能電能表技術(shù)的走向

正視現(xiàn)狀,,展望未來,需要超前預測電表應用領(lǐng)域和技術(shù)要求的不斷變化,,才能正確把握今后產(chǎn)品技術(shù)的走向,。

1、應用領(lǐng)域的拓展:近幾年,,中國的社會用電量迅速增長,,全國聯(lián)網(wǎng),特高壓電網(wǎng)建設(shè),,百萬千瓦級發(fā)電機并網(wǎng),家居網(wǎng)絡化進程,,電網(wǎng)經(jīng)營管理改進和計量新技術(shù)應用等要素,,推進電表應用領(lǐng)域的擴展,主要是:

從用電計量計費擴大到配電變壓器,、變電站的經(jīng)濟管理和用電需求側(cè)管理的計量,;

從用戶計費擴大到發(fā)電廠上網(wǎng)電量、跨省電網(wǎng)聯(lián)絡線交換電量的計費,;

從315千伏安及以上的大工業(yè)用戶計費擴大到100千伏安及以上的商業(yè),、非工業(yè)、普通工業(yè)戶的計費,,以上電表應用領(lǐng)域的擴大,,引起計量點總量估計由60萬個擴大到400萬個,電表應用需求量前景看好,。

2,、技術(shù)要求的更新:隨著電表應用范圍擴大,,電力系統(tǒng)提出許多具有專業(yè)特點的計量要求

傳統(tǒng)計費電表的通用要求,有功,、無功電能計量,,大需量計量,費率時段,,單方向,、雙方向和不完整的四象限計量,多參數(shù)測量,,多種計時要求,,多種通信方式,自檢,、報警,,停電抄表,失壓,、斷相,、停電、失流,、三相不對稱,、編程預置、需量復位等事件記錄,;

新提出的通用要求,,運行和備用兩套費率時段,0-360°計量,,具有時標的視在電能計量,,小需量計量,Qh計量,,溫度誤差自動補償,,諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度測量,,防竊電基礎(chǔ)技術(shù),,同時,計費電表要準確可靠,,功能簡單,、實用;

關(guān)口表的特殊要求,,zui高準確度提高到0.1級,,電表穩(wěn)定性和可靠性指標要量化,低負荷計量,需量周期,、費率時段的同步和主,、副表實時比對,電表遠程校準等,;

大工業(yè)戶計量的特殊要求,,諧波、沖擊負荷計量,,功率越限報警,,主變壓器損耗計量,互感器合成誤差補償,,電能質(zhì)量計量等,;

中等容量戶計量的特殊要求,大電流計量,,半波通過電流互感器計量,,三相不平衡、不對稱計量,;

變電站進線,、出線計量的特殊要求,主變壓器損耗計量,,變電站的有功,、無功、視在電能平衡計量,,無功功率控制信號輸出,,用戶線路的特殊要求,參照大工業(yè)戶計量的特殊要求內(nèi)容,;

配電變壓器計量的特殊要求,,停電采集,三相不平衡,、不對稱測量,,中性線電流測量,變壓器油溫測量,,變壓器損耗計量和有功,、無功,、視在電能平衡,,電力線路損耗電量的核實,等;

用電需求側(cè)管理系統(tǒng)終端的特殊要求,,功率越限報警和主動上報,,電力負荷開關(guān)投切信號輸出等。

同時,為整頓與抑制目前出現(xiàn)的對三相多功能表功能要求過多,,技術(shù)條件出臺無序的情況,,建議電力系統(tǒng)按不同應用領(lǐng)域制訂統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。

注:諧波污染程度,,暫定義為:非基波視在功率/基波視在功率

3,、產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨向

三相多功能表技術(shù)要跟蹤應用需求的不斷變化,也就明示了今后產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨向:

電表多門類:由單一的計費產(chǎn)品發(fā)展到關(guān)口計量,、配電變壓器計量,、變電站計量、大工業(yè)戶計量,、中等容量戶計量,、用電需求側(cè)管理系統(tǒng)及終端6類產(chǎn)品,分別制訂產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范,;

關(guān)口電能表,,要發(fā)展高精度、高穩(wěn)定性,、高可靠性,、快速測量、0-360°計量,、多通信方式和協(xié)議,,經(jīng)、國內(nèi)同類電表的比較,,提出量化指標和測試方法,;

計費用三相多功能表要計量準確、簡單可靠,、講求實用,,逐步發(fā)展三相SOC單芯片,開發(fā)具有諧波電壓,、電流總含量和諧波污染程度的測量技術(shù),,研究溫度、電壓,、頻率,、相位改變的自適應計量;

諧波有功,、無功,、視在功率電能計量實用化產(chǎn)品,改進諧波下的功率因數(shù)計算方法,,推進電能質(zhì)量市場建立與發(fā)展,,也為提高冶煉企業(yè),、電氣化鐵路的計量準確度做準備;

早期三相多功能表需要更新?lián)Q代,,要通過調(diào)查研究,,提出新一代電表技術(shù)規(guī)范;

基于GPRS通信網(wǎng)的用電需求側(cè)管理系統(tǒng)及終端,,要改進實時性和安全性技術(shù),,從長遠看,即使將來電力不緊張,,用于配電變壓器計量與抄表,、居民用電遠程抄表,其發(fā)展前景也很好,;

電力網(wǎng)損耗計量與防竊電基礎(chǔ)技術(shù),,包括:電量具有時標,電量波動分析軟件,,電量異常報警與主動上報,,變壓器、電力線路損耗計量,,電力系統(tǒng)節(jié)點,、母線和電力線路的電量平衡計量;

全國聯(lián)網(wǎng),、省網(wǎng)的總電量計量,、計算和電能量數(shù)據(jù)組網(wǎng),要提到議事日程,;

加強國內(nèi)電能質(zhì)量和電能計量標準建設(shè),,包括:基波、諧波功率電能計量標準的建設(shè),,進口急需而國內(nèi)缺門的新型計量標準設(shè)備,,滿足在線電表新產(chǎn)品計量溯源的要求;

后是研究制訂三相多功能表質(zhì)量評價標準與測試方法,,提高在電網(wǎng)上運行電表的整體技術(shù)品質(zhì),。

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