淺論電子式多功能關口電能表性能評估方法初探

時間：2024-06-20 10:13:30 機電畢業論文我要投稿

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論文摘要：針對目前國內對關口電能表技術要求和測試方法上存在的不足，從關口電能計量的特殊性出發，提出了關口電能表性能要求綱要，在廣泛收集IEC標準、進口電能表技術指標以及現場常見運行問題的基礎上提出了關口電能表性能評估方法。該方法的提出對于鑒別多功能電能表性能質量差異具有一定的參考價值。

論文關鍵詞：關口；多功能電能表；性能評估

　　0引言
　　自二十世紀九十年代起，進口0．2S級式多功能電能表主導電網關口高端計量，而高端電能表巨大的價格差異使公司在電能表選型、采購方面面臨重大難題。如何有效鑒別高端電能表質量差異、把握選型尺度、建立公平的電能表選型機制，讓國產高端電能表進入關口計量主導地位，是電網計量應用部門和電表行業的一個期望。
　　關口電能計量具有電量大、負荷動態變化范圍寬、相位改變頻繁、電磁干擾嚴酷和可靠性要求高等特點。鑒于關口計量的特殊性，并不是所有的0．2S級多功能電能表都可用作關口計量，在國際上，關口電能表稱為GT&D表(Generation Transmission& Distribution Application)而業用戶計費的多功能電能表稱為C&I表(Commercial & Industrial Application)。
　　目前，關口多功能表缺乏統一的國際標準，國家標準提出的多功能電能表特殊要求又具有局限性，高端多功能電能表的性能質量差異如何鑒別，是當前電力公司需迫切解決的問題。
　　從2007年起，國家電網公司電能計量器具性能評估實驗室(以下簡稱實驗室)開展了電網關口電能表性能評估方法研究，在儀表型式試驗方法和法定計量檢定規程的基礎上，重點論證、推出關口電能表性能要求，從多方位的視角，引入電能表條件改變和算法解析等新技術，探索關口電能表性能評估方法，以期建立起安全、合理、公正的關口電能表選型機制和國產高品質關口電能表設計開發測試平臺。
　　本文將概要敘述關口電能表性能要求、性能評估方法、介紹部分儀表準確度評估實例的初步測試結果。
　
　　1關口電能表性能要求
　　從廣義上講，儀表“性能”是產品質量特性的重要組成部分，是指儀表本身具有滿足明確或隱含需要的能力特征和特性的總和。
　　關口電能表l生能要求按其由來分為兩類：
　　第一類，基本性能要求：由IEC相關標準、國家標準行業標準和法制計量檢定規程提出的性能要求。
　　此類要求在相關標準中均有詳述，本文不再重復。
　　第二類，特殊性能要求：采用最新、最嚴的技術標準，由進口0．2S級關口電能表技術條件中，提煉出高于儀表參考標準或這些參考標準中沒有規定的性能要求；由電網對關口計量的需求和電力負荷、運行改變提出的性能要求；經剖析國產0．2s級多功能表運行質量問題，需改進、擴展的型式試驗的性能要求。
　　1．1特殊性能要求(第一部分)
　　表示關口電能表適應關口計量的特殊性，需要具備的高水準：
　　(1)功率計量具有高準確度
　　有功計量0．2S級，實際控制誤差±0．1％，主表與副表誤差最大相差4-0．05％；
　　無功計量0．5S級，實際控制誤差±0．2％；
　　視在計量1．0S級，實際控制誤差4-0．2％。
　　(2)有功／無功計量誤差曲線平坦且分布合理
　　負荷電流范圍0．0021～．1mn(即動態范圍1：2000)；計量線性度誤差為儀表準確度等級的1／10。
　　(3)0 ~360度范圍內有功／無功計量準確，增加臨界相位角計量準確度考核：
　　有功計量904±0．5。、2704±0．5�？己�；
　　無功計量04±0．5。、180±0．5�？己�。
　　(4)計量誤差的重復性、穩定性
　　從預熱后到1h工作期間的試驗標準差，從預熱后到工作8h、24h的計量誤差改變量考核。
　　(5)批量儀表之間的誤差最大相差±0.06％。
　　(6)無功計量原理要保證在實際諧波負荷下無功計量正確。
　　(7)整個工作溫度范圍內的誤差改變量考核。
　　(8)由其它影響量引起的誤差改變極限，要比IEC等相關標準要求有較大幅度的壓縮；電磁兼容的試驗等級，要比IEC相關標準適當提高；增加電磁干擾下的計量準確度和工作穩定性考核。
　　(9)耐受高、低差10倍及以上的沖擊負荷試驗。
　　(10)儀表常數要保證0.01／a．連續工作期間的最大需量測量準確。
　　(11)要求
　　具有多種通信方式，可以同時獨立工作；同一總線上的通信接口，工作狀態互不影響；支持國際、國內常用通信協議。
　　(12)負荷曲線的存貯容量：以1分鐘為時間間隔，能存貯l5天以上的各類電能量及電參數數據。
　　(13)具有遠程報警監控功能。
　　1．2特殊性能要求(第二部分)
　　表示關口電能表適應現代計量需求，需要具備的前沿計量功能：
　　(1)電能質量監測；
　　(2)諧波電能計量與諧波瞬時功率因數、諧波平均功率因數計算；
　　(3)動態負荷下最大需量測量準確；：
　　(4)具有電壓、頻率、相位、溫度改變的自校正能力；
　　(5)高速率、實時測量與記錄。

　　2關口電能表性能評估方法
　　關口電能表性能評估，是指采用現有參考標準和經探索的測試方法，全面鑒別儀表性能的特征與差異。
　　與關口電能表性能要求分類相應，儀表的性能評估項目也分為基本性能評估項目和特殊性能評估項目兩類。
　　2．1基本性能評估項目
　　主要采用IEC相關標準、國家標準、行業標準和法制計量檢定規程提出的方法進行測試，考核儀表性能(質量)是否合格，其主要問題是不能全面、正確地反映關口電能表的特征和現代式電能表的技術發展，具體包括：
　　(1)重有功、輕無功、缺乏視在電能計量的準確度測試；
　　(2)測試的負荷、功率因數改變范圍小，難以完全滿足實際應用要求；
　　(3)缺乏非正弦、動態負荷、快速測量等新技術；
　　(4)、電能質量、事件記錄只有功能展示，沒有正確的考核方法等。
　　2．2特殊性能評估項目
　　通過測試項目拓展，增加臨界測試、開展算法剖析、提高測試嚴酷等級、模擬改變、引入測試新技術等技術手段，全面考核儀表的性能特征與差異，以及對條件改變的適應能力。
　　關口電能表特殊性能評估項目共計47項，主要包括功率測量原理的鑒別，準確度評估，電氣性能試驗，通信性能測試和型式試驗項目的改進、擴展等。實驗室通過反復測試、驗證，從中確定具有較強鑒別能力的特殊性能評估重點項目l0項：
　　(1)在正弦和非正弦波形下，有功和無功功率測量原理鑒別；
　　(2)從電能定義出發，在負載電流、電壓、相位、頻率、積算周期的全口徑范圍內的計量誤差曲線繪制；
　　(3)0～360度有功、無功計量誤差一致性測試；
　　(4)電壓回路臨界電壓測試；
　　(5)諧波負荷下有功、無功電能計量差異鑒別；
　　(6)極低負荷和低功率因數下有功功率、無功功率準確度測量；
　　(7)三相電壓不平衡對無功計量的影響測試；
　　(8)沖擊負荷試驗；
　　(9)在實用、極限通信條件下，通信、數據保存、計量工作情況考核；　
　　(10)多種要求下電能表脈沖常數驗算。
　　總體來看，關口性能評估測試技術橫跨多個領域，其特征在于：采用最新、最嚴的技術標準；誤差曲線、臨界測試、沖擊負荷試驗、計量原理鑒別、諧波反應能力等成為測試項目的亮點；引入快速測量、計量原理鑒別等新技術；由于政出多門，有爭議的項目占一定比例；性能評估給出的結論是一個“分級評估結果”，而不是合格與不合格的結論。

　　3儀表特殊性能評估實例
　　3．1儀表特殊性能測試方法
　　受篇幅限制，下面給出了0—360度有功計量誤差一致性測試、沖擊負荷試驗、諧波負荷下無功電能計量差異鑒別三項特殊性能測試方法。試驗樣品均為目前國內系統使用的主流0．2s級關口電能表，包括5個進口品牌和4個國產品牌。
　　(1)0～360度有功計量誤差一致性測試本試驗項目針對5個進口品牌（A～E)的電能表進行，測試結果如圖1所示。

　　(2)沖擊負荷試驗
　　本試驗項目針對5個進口品牌(A～E)和4個國產品牌(F～I)的0．2S級關口電能表進行，沖擊負荷試驗的試驗原理如圖2所示。

　　其中表B和表C為同一品牌的被試電能表，表A為標準表，通過程控開關實現沖擊負荷（以2秒為沖擊時間間隔)功能。試驗過程中對表A施加5A恒定電流，通過開關閉合、斷開，實現了對表B施加2倍沖擊負荷（2．5～5A)，表c施加的沖擊負荷為0 2．5A。
　　沖擊負荷下的計量誤差按以下公式計算：

　　式中為電能表A所計的有功電能；E2為電能表B所計的有功電能；Ec為電能表c所計的有功電能。需說明的是，該誤差為兩只被試電能表對沖擊負荷的合成計量誤差，在上面的試驗結束后，可將表B、表c互換并再次試驗，以兩次試驗結果的平均值作'，為計算沖擊負荷計量誤差的依據。
　　沖擊負荷試驗測試結果如表1所示。

　　(3)諧波負荷下無功計量差異鑒別試驗時諧波電壓、電流按表2施加
對所有被試電能表同時施加相同的諧波負荷，通過走字試驗比對不同品牌的電能表在同·諧波負荷下的無功電能計量差異。
　　本試驗項目針對5個進口品牌（A～E)和4個國產品牌(F～I)的0．2S級關口電能表進行，測試結果如表3所示。

　　3．2儀表特殊性能單項測試結果評估

　　(1)0～360度，有功計量誤差一致性
　　首先評估電能表在0～360度范圍內計量準確度性能，以誤差分布范圍為評估依據；其次，考核電能表誤差分布的對稱性，對同一負荷性質(感性或容性)下的正反向功率潮流下的誤差大小應接近、正負號一致。按此原則，可給出不同品牌的關口電能表在該項目上的評估排序如表4所示。

(2)沖擊負荷下計量準確度．

根據測試結果(表1)可以看出，在沖擊負荷下品牌F和品牌I的電能表將少計電量，由此可得出結論：品牌F和品牌I的電能表在沖擊負荷計量準確度上弱于其余品牌。
　(3)諧波負荷下無功計量差異鑒別
　　從試驗結果可以看出，國產表與進口表之間、進口表不同品牌之間在諧波負荷下的無功計量均存在一定差異，而目前國際上對諧波負荷下的無功計量準確度量傳尚存在爭議，在這種情況下建議采用一致性原則對其進行評估，即對同一關口計量點，多只電能表之間的諧波無功計量應保持一致。

　　4結束語
　　本文從關口電能計量的特殊性出發，提出了關口電能表性能要求綱要，進而探索了關口電能表陛能評估方法。經測試證明，從電能定義出發的計量準確度的多方位評估，對區分關口電能表性能差異很有效。由于篇幅有限，其它已有成果的特殊性能評估項目不再一一列舉，前沿計量功能的評估技術正在進行后續研究。
　　現代電網的諧波計量、電能質量測量、電網電能量與損耗量平衡計算等計量應用技術發展對關口電能表提出越來越高的要求，儀表性能要求和評估技術需要適應現場運行不斷改變的實際情況。作為第一步，面向式多功能關口電能表推出新的行業標準是十分迫切的課題。

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