CN104865549A - 一种电能计量设备的可靠性评价方法及系统 - Google Patents

一种电能计量设备的可靠性评价方法及系统 Download PDF

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张垠
顾臻
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王新刚
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吴颖
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盛青
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Abstract

本发明涉及一种电能计量设备的可靠性评价方法及系统,用于进行电能计量设备的质量监管,该方法包括以下步骤:1)根据电能计量设备的现场环境条件获取影响现场电能计量设备可靠性的因素;2)考虑影响现场电能计量设备可靠性的因素并构建现场运行仿真试验平台;3)在现场运行仿真试验平台上模拟复现现场各类运行环境,通过仿真实验对各类影响因素进行评级;4)根据各类影响因素的评级结果评估电能计量设备的质量以及运行的可靠性和稳定性。与现有技术相比,本发明具有考虑全面、适用范围广等优点。

Description

一种电能计量设备的可靠性评价方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统,尤其是涉及一种电能计量设备的可靠性评价方法及系统。
背景技术
[0002] 电能是国民经济、人民生活的重要能源,起到促进社会和谐发展的重要作用。随着我国经济的发展和智能电网建设的不断推进,我国电力系统中出现了大量新技术和新设备:智能电能表、数字化变电站、数字式电能表等已经广泛使用,人民的生活方式发生了深刻的变化,新型用电设备不断增加,这些变化和发展对电能计量提出了更高的要求,尤其是电能计量的智能化、网络化,同时也更注重其完整性和准确性。
[0003] 随着国家电网公司对电能计量设备质量管控工作的愈加重视,电能计量设备在设计、制造、检测验收等方面都必须遵循严格的标准,以保证接入系统的智能电能表和采集终端能够满足用电信息采集业务的要求。目前,电能计量设备的实验室检测具有一套较为完善的标准,用于保证产品质量满足技术要求。然而,在现场运行维护方面,电能计量设备仍缺乏相应的测试手段和评价标准,导致现场设备在运行可靠性和稳定性方面存在薄弱环节。智能电能表、采集终端等电能计量设备现场运行时会受到各种因素及突发事件的影响,即使实验室检测合格的设备也可能因复杂的现场环境而损坏,出现计量偏差或性能下降等质量缺陷。大大增加了现场排查、解决问题的难度,也易引起计量纠纷、客户投诉等损害电力公司形象的事件。因此,为了确保电能计量准确可靠、信息采集及时有效,有必要在设备安装前对各种不确定性因素进行全面测试。
[0004] 从第一代电能表发明至今已有百余年历史,随着科学技术的进步,电能表的发展也经历了三个主要阶段:第一阶段的电能表基本上采用电气机械原理,其中应用最多的是感应式电能表;第二阶段的电能表为模拟电子式电能表,应用了大量的新型电子元器件;第三阶段的电能表是基于数字采样技术的电子式电能表,以处理器为核心,对数字化的被测对象进行各种判断、处理和运算,从而实现多种功能。而采集终端的出现是电子式电能表和通信技术发展的必然趋势,它通过远程通信手段采集电能表的电能量信息,具有准确、高效的特点。
[0005] 随着越来越多先进技术应用于电能计量设备,尤其是集成电路和嵌入式系统的广泛应用,电能计量设备运行的稳定性很大程度上依赖元器件的质量和软件系统的稳定性。目前,国外对电能计量设备的检测主要通过元器件的质量保证,而国内主要依据现有检测标准对电能计量设备进行检测验收,包括结构和机械试验、气候影响试验、绝缘性能试验、电源影响试验、功能试验和电磁兼容试验等。检验机构进行这些试验时都是按照检验技术标准的要求严格执行,确保了结构的一致性。然而,随着技术的发展,电能计量设备元器件或程序的隐患往往很难在标准的特定情况下发现,现场长时间运行后,随着环境的变化,这类问题越来越多的暴露出来,说明目前国内仍缺乏针对现场各类运行情况的研宄,缺乏对影响电能计量设备实际运行可靠性和稳定性方面的研宄。另外,电能计量设备接入后对电网影响方面的研宄也无可见成果。
发明内容
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑全面、适用范围广的电能计量设备的可靠性评价方法及系统。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008] 一种电能计量设备的可靠性评价方法,用于进行电能计量设备的质量监管,包括以下步骤:
[0009] I)根据电能计量设备的现场环境条件获取影响现场电能计量设备可靠性的因素;
[0010] 2)考虑影响现场电能计量设备可靠性的因素并构建现场运行仿真试验平台;
[0011] 3)在现场运行仿真试验平台上模拟复现现场各类运行环境,通过仿真实验对各类影响因素进行评级;
[0012] 4)根据各类影响因素的评级结果评估电能计量设备的质量以及运行的可靠性和稳定性。
[0013] 所述的步骤I)中的影响现场电能计量设备可靠性的因素包括电气变化因素、气候环境因素、电磁兼容因素、机械外力因素和人为因素。
[0014] 所述的电气变化因素包括电源电压变化、短时过电流、自热、脉冲电压冲击、电压暂降或短时中断、低功率因数、波形畸变、过负荷、动态负荷、冲击负荷和电压波动,所述的气候环境因素包括高低温变化、交变湿热和阳光辐射,所述的电磁兼容因素包括静电放电、射频电磁场、射频场感应的传导骚扰、电快速脉冲群、雷击浪涌和衰减振荡波,所述的机械外力因素包括压力、振动、冲击、灼烧、腐蚀、风尘和淋雨。
[0015] 所述的步骤3)具体包括以下步骤:
[0016] 31)针对不同的电能计量设备制定实验结果评分细则;
[0017] 32)针对不同的电能计量设备分别进行不同层次的影响因素实验,并根据评分细则进行评分。
[0018] 所述的电能计量设备包括电能表和采集终端,不同层次的影响因素实验包括单类影响因素试验和复合影响因素试验。
[0019] 电能表单类影响因素试验包括电网影响试验、负载影响试验、环境影响试验和通信性能影响试验,采集终端单类影响因素试验包括电气影响试验和通讯试验,所述的复合影响因素试验为单类影响因素叠加试验。
[0020] 一种电能计量设备的可靠性评价系统,其特征在于,包括相互连接的现场运行仿真试验平台和待测电能计量设备,所述的现场运行仿真试验平台包括电网模拟模块、负载模拟模块、环境模拟模块、表计运行模拟模块和通信模拟链条,所述的环境模拟模块分别与电网模拟模块、负载模拟模块和表计运行模拟模块连接,所述的电网模拟模块通过通信模拟链条与负载模拟模块连接,所述的表计运行模拟模块分别与电网模拟模块和负载模拟模块连接。
[0021] 所述的电网模拟模块包括单相电能输出单元、三相电能输出单元和谐波输出单
J L.ο
[0022] 所述的负载模拟模块包括单相负载单元、三相负载单元和功率因数调节单元,所述的单相负载单元、三相负载单元和功率因数调节单元均由电阻、电容和/或电感通过串并联构成。
[0023] 所述的通信模拟链条包括本地通信单元和远程通信单元,所述的本地通信单元为电力线载波、微功率无线和RS-485,所述的远程通信单元为GPRS和CDMA。
[0024] 与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0025] 一、考虑全面:本发明考虑到了电能计量设备在现场环境下影响可靠性运行的因素,并通过建立实验平台对不同的电能计量设备和影响因素分别进行实验,最终得到评价分数,考虑全面,可靠性高。
[0026] 二、适用范围广:本发明的评价方法能够适应电能表和采集终端在各种运行情况下的模拟实验,能够推广到各种试验场合,应用性高。
附图说明
[0027] 图1为本发明的方法流程图。
[0028] 图2为本发明的系统结构示意图。
[0029] 其中,11、电网模拟模块,12、负载模拟模块,13、环境模拟模块,14、表计运行模拟模块,15、通信模拟链条。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031] 实施例:
[0032] 一种电能计量设备的可靠性评价方法,用于进行电能计量设备的质量监管,包括以下步骤:
[0033] I)根据电能计量设备的现场环境条件获取影响现场电能计量设备可靠性的因素;
[0034] 2)考虑影响现场电能计量设备可靠性的因素并构建现场运行仿真试验平台;
[0035] 3)在现场运行仿真试验平台上模拟复现现场各类运行环境,通过仿真实验对各类影响因素进行评级,
[0036] 31)针对不同的电能计量设备制定实验结果评分细则;
[0037] 32)针对不同的电能计量设备分别进行不同层次的影响因素实验,并根据评分细则进彳T评分;
[0038] 4)根据各类影响因素的评级结果评估电能计量设备的质量以及运行的可靠性和稳定性。
[0039] 一种电能计量设备的可靠性评价系统,包括相互连接的现场运行仿真试验平台和待测电能计量设备,所述的现场运行仿真试验平台包括电网模拟模块11、负载模拟模块12、环境模拟模块13、表计运行模拟模块14和通信模拟链条15,所述的环境模拟模块13分别与电网模拟模块11、负载模拟模块12和表计运行模拟模块14连接,所述的电网模拟模块11通过通信模拟链条15与负载模拟模块12连接,所述的表计运行模拟模块14分别与电网模拟模块11和负载模拟模块12连接。
[0040] 电网模拟模块11主要用来模拟电能表现场运行中的全部电网状态,包括稳态工况及各种暂态工况,其主要功能有:
[0041] 1、具备单、三相输出功能,且具有足够的带负载能力。
[0042]目前,常用的单相智能电能表为5 (60) A规格,最大电流60A,按1.2倍过载计算,单相输出功率应不低于16kVA。常用的三相智能电能表为5 (60) A、10(100) A等规格,最大电流100A,按1.2倍过载计算,三相输出功率应不低于79.2kVA。
[0043] 2、具有谐波输出功能,单次谐波输出含量应不低于基波的50%,谐波输出次数不低于50次。
[0044] 负载模拟模块12主要是用来模拟电能计量装置现场实际运行工况中的负载情况,其原理是通过不同数值的电阻、电容、电感串并联完成不同功率因数及功率值的输出,主要性能有:
[0045] 1、既可以模拟单相负载,也可以模拟三相负载;
[0046] 2、每相由纯阻性负载、感性负载、容性负载三种性质负载组成,可以任意组合模拟各种特性负载;
[0047] 3、功率输入连续可调,可以根据需要设置测试所需功率参数。
[0048] 环境模拟模块13可模拟现场的各种气候条件,包括高低温、湿热等,还可同时叠加电磁辐射、强磁干扰等多种现场干扰源。
[0049] 1、温、湿度范围应大于电能计量设备检定规程规定的环境条件,确保配网计量环境模型可以模拟现场复杂多变的现场工况;
[0050] 2、温、湿度范围应连续均匀可调,确保实现全过程工况模拟;
[0051] 3、电能计量设备运行现场最大的干扰为电磁干扰,因此,电磁环境模拟模型应该可以在不同频段范围实现电磁干扰幅值的连续可调。
[0052] 表计运行模拟模块14用以连接智能电能表、采集设备等电能计量设备,采用多表位设计,获取设备的计量性能误差信息。运行模拟模块可在不同电压、电流、功率因数等条件下测试电设备的计量性能或功能。
[0053] 通信模拟链条15提供对各类模拟模块的通讯控制,并可模拟现场电能计量设备比如智能电能表与采集设备之间的通信,以此来实现电能表与采集设备等电能计量设备之间通信性能的验证。通信方式包括采集终端与系统主站之间的远程通信,以及采集终端与电能表之间的本地通信。远程通信主要通过GPRS、CDMA、等无线通信方式,本地通信主要通过电力线载波、微功率无线、RS-485等方式。通信模拟链条中可以根据试验需要,加入可控的信道衰减、信道噪声,并改变通信网络的阻抗,以此来实现电能表与采集终端等电能计量设备之间通信性能的验证。

Claims (10)

1.一种电能计量设备的可靠性评价方法,用于进行电能计量设备的质量监管,其特征在于,包括以下步骤: 1)根据电能计量设备的现场环境条件获取影响现场电能计量设备可靠性的因素; 2)考虑影响现场电能计量设备可靠性的因素并构建现场运行仿真试验平台; 3)在现场运行仿真试验平台上模拟复现现场各类运行环境,通过仿真实验对各类影响因素进行评级; 4)根据各类影响因素的评级结果评估电能计量设备的质量以及运行的可靠性和稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法,其特征在于,所述的步骤I)中的影响现场电能计量设备可靠性的因素包括电气变化因素、气候环境因素、电磁兼容因素、机械外力因素和人为因素。
3.根据权利要求2所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法,其特征在于,所述的电气变化因素包括电源电压变化、短时过电流、自热、脉冲电压冲击、电压暂降或短时中断、低功率因数、波形畸变、过负荷、动态负荷、冲击负荷和电压波动,所述的气候环境因素包括高低温变化、交变湿热和阳光辐射,所述的电磁兼容因素包括静电放电、射频电磁场、射频场感应的传导骚扰、电快速脉冲群、雷击浪涌和衰减振荡波,所述的机械外力因素包括压力、振动、冲击、灼烧、腐蚀、风尘和淋雨。
4.根据权利要求1所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法,其特征在于,所述的步骤3)具体包括以下步骤: 31)针对不同的电能计量设备制定实验结果评分细则; 32)针对不同的电能计量设备分别进行不同层次的影响因素实验,并根据评分细则进行评分。
5.根据权利要求1所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法,其特征在于,所述的电能计量设备包括电能表和采集终端,不同层次的影响因素实验包括单类影响因素试验和复合影响因素试验。
6.根据权利要求5所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法,其特征在于,电能表单类影响因素试验包括电网影响试验、负载影响试验、环境影响试验和通信性能影响试验,采集终端单类影响因素试验包括电气影响试验和通讯试验,所述的复合影响因素试验为单类影响因素叠加试验。
7.一种实现如权利要求1-6任一项所述的电能计量设备的可靠性评价方法的评价系统,其特征在于,包括相互连接的现场运行仿真试验平台和待测电能计量设备,所述的现场运行仿真试验平台包括电网模拟模块(11)、负载模拟模块(12)、环境模拟模块(13)、表计运行模拟模块(14)和通信模拟链条(15),所述的环境模拟模块(13)分别与电网模拟模块(11)、负载模拟模块(12)和表计运行模拟模块(14)连接,所述的电网模拟模块(11)通过通信模拟链条(15)与负载模拟模块(12)连接,所述的表计运行模拟模块(14)分别与电网模拟模块(11)和负载模拟模块(12)连接。
8.根据权利要求7所述的一种电能计量设备的可靠性评价系统,其特征在于,所述的电网模拟模块(11)包括单相电能输出单元、三相电能输出单元和谐波输出单元。
9.根据权利要求7所述的一种电能计量设备的可靠性评价系统,其特征在于,所述的负载模拟模块(12)包括单相负载单元、三相负载单元和功率因数调节单元,所述的单相负载单元、三相负载单元和功率因数调节单元均由电阻、电容和/或电感通过串并联构成。
10.根据权利要求7所述的一种电能计量设备的可靠性评价系统,其特征在于,所述的通信模拟链条(15)包括本地通信单元和远程通信单元,所述的本地通信单元为电力线载波、微功率无线和RS-485,所述的远程通信单元为GPRS和CDMA。
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