CN202057784U - 一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统 - Google Patents

一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统 Download PDF

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邹志刚
叶小雪
徐海
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Abstract

本实用新型公开了一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统,包括变换器模块,用于采样、转换电能表供电回路中电流和电压;数据采集模块,用于采集和传输变换器模块输出的电参量数据;数据处理模块,用于读取电能表的电能量,处理数据采集模块送来的电参量数据,计算误差、比对、储存和传输电参量数据结果;软件管理平台,用于在线监测分析电参量数据处理结果;软件信息平台通过数据处理模块远程在线检定电能表并远程在线监测电能表的运行质量状况。本实用新型可对现场电网中的电能表进行实时的在线检定、在线监测,保证安全检定和计量结果准确可靠。

Description

一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电网数字化计量技术,具体涉及一种电能表的现场检定与数字化在线监测系统。
背景技术
[0002] 目前,由“智能电网”建设浪潮带动的先进技术和产品正在全球范围内迅速发展, “数字化变电站”、“数字化实验室”、“数字化电能表”等已经成为电力科技工作者的重要工作课题。智能电网先进技术发展的一个重要方向就是互联互通信息的数字化,没有数字化就没有智能电网,数字化是先进技术方法与传统技术方法的分水岭。
[0003] 无论是在智能电网的发电、输变电、供电还是用电环节,安装式智能电能表的检定都属于国家计量法规定的强制检定项目,这是因为电能计量涉及千家万户,涉及发电厂与电网公司结算,涉及各行各业的能耗成本等国计民生大事。电能表的检定又分实验室检定和现场检定两种形式。实验室检定是一项重要的工作:统计一个中等城市的电网公司实验室每年检定的电能表数量在10万-50万只;统计一只用于电网结算的“关口电能表”,每年结算的电量多达几百亿度电。而且现有国家标准和计量检定规程中,都规定电能表的检定在实验室条件下进行。但在实验室条件下检定出来的电能表与在现场条件下的表现有多大的差别,即电能表在现场条件下准确到什么程度,尚不清楚。显然,电能表在不同环境下的计量准确度应该得到验证,特别是它的读数和显示与计费有关,由于电能表工作必定是现场条件下,这就涉及到电能表的现场检定问题。
[0004] 现在对于关口表或大用户表的现场检定,是指携带标准电能表到现场,将此标准电能表插入接近被检表位置所在的电网中,一般采用不断电方法接入,也有采用给供电回路断电的接入方法。将标准电能表的电流回路串联接入被检表的电流回路,电压回路并联接入被检表的电压回路,比较被检表和标准表在相同时间内的电能计量读数,从而得到被检表的误差。
[0005] 但是,由于现场检定是在线接入标准电能表,涉及到很多安全问题:工作人员的安全,电网运行的安全,检定设备的使用安全等等。而电压输入端并接于被检表的电压端子上,也忽略了电压互感器二次回路导线压降带来的误差。
[0006] 即便是实验室检定,对于电能表检定装置的准确度的考核,也存在可以探讨的问题。传统的检定方法是:携带检验标准电能表到实验室,将标准电能表接入被检电能表检定装置的被检表位置,然后比对检验标准电能表和被检电能表检定装置中的工作标准电能表在相同时间内计量的电能量,计算出被检电能表检定装置的综合误差。被检电能表检定装置在初次检定后为每两年复检一次,装置的工作标准电能表为每年送检一次,为了保证在检定周期内保证装置的质量,又规定了在周期检定期间核查的方法。在现有规定下,按国家计量检定规程规定的检定项目、检定方法、检定周期等对交流电能表检定装置进行了周期检定,一般认为可以满足计量结果准确可靠的要求,但仍存在以下问题:
[0007] 1)在两次检定的间隔期间内,不能完全保证交流电能表检定装置的准确度不变化。由于检定周期主要是按照经验确定的,有可能发生意想不到的因素使计量设备的准确度下降。有时这种变化并不明显,也不容易被察觉,如果继续使用这样的装置进行检测,将使计量结果的质量失去保证。
[0008] 2)年检中把标准电能表从使用单位送到上一级计量检定机构进行检定,返回时有可能会发生因为运输、搬运过程中的振动等原因,使标准电能表的计量性能发生变化,引起失准,如果继续使用进行检测,也会使计量结果的质量失去保证。
[0009] 3)在实验室检定过程中,由于检定装置测量系统的连接不当,人员操作失误,环境条件失控等原因,也可能使计量结果失准,产生较大的误差变化,使该次计量数据的置信度降低,不利于检定标准的长期考核。
[0010] 显然,传统实验室检定方法对电能表检定装置不能做到检定过程实时监测和管理。
实用新型内容
[0011] 本实用新型提出了一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统,可对现场电网中的电能表进行实时的在线检定、在线监测,保证安全检定和计量结果准确可靠。
[0012] 本实用新型实现上述目的的技术解决方案是:一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统,包括变换器模块,用于采样、转换电能表供电回路中电流和电压;数据采集模块,用于采集和传输变换器模块输出的电参量数据;数据处理模块,用于读取现场电能表的电能量,处理数据采集模块送来的电参量数据,计算误差、比对、储存和传输电参量数据结果;软件管理平台,用于在线监测分析电参量数据处理结果;所述变换器模块与数据采集模块连接,所述数据采集模块与数据处理模块连接通讯,所述数据处理模块与现场电能表连接通讯,所述数据处理模块与软件管理平台连接通讯,软件信息平台通过数据处理模块远程在线检定电能表并远程在线监测电能表的运行质量状况。
[0013] 本实用新型所述变换器模块固定安装于采集现场,设有电流、电压独立的采集输入端,分别连接采集现场中的电流互感器和电压互感器。
[0014] 本实用新型所述变换器模块设有输出热插拔插接端口,所述数据采集模块设有相应的热插拔插接端口,所述数据采集模块与变换器模块通过各自对应的热插拔端口连接。 用于数据采集模块的方便拆卸并对数据采集模块进行校核。
[0015] 本实用新型所述数据处理模块通过无线网络或有线网络与软件管理平台连接通讯。
[0016] 与现有技术相比,本实用新型具有如下优点:
[0017] (1)本实用新型实现了电能表的在线检定与在线监测,实现了数字化和网络化,安全性高,效率高,无需对供电回路断电,不影响在线用户的工作与生活,同时避免了工作人员携带标准表到现场检定所带来的人员安全、电网运行安全、检定设备安全的问题;
[0018] (2)本实用新型可实时对电能表进行测试,实现对信号回路状态的有效监视,判断故障原因,并可对三个模块独立进行溯源测试,既能保证计量器具的准确性,也将先进的溯源技术普及到基层保证计量结果的准确性并提高了系统的适用性。
[0019] (3)电能表的电能量与数据处理模块采集的电参量数据比对计算误差,通过软件信息平台检测电能表质量状况,不存在实验室中标准电能表计量性能发生变化所带来的计量结果的偏差。 附图说明
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0021] 图1为本实用新型实施例1-2的模块连接示意图;
具体实施方式
[0022] 实施例1
[0023] 如图1所示,一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统,包括变换器模块,用于采样、转换电能表供电回路中电流和电压;数据采集模块,用于采集和传输变换器模块输出的电参量数据;数据处理模块,用于读取电能表的电能量,处理数据采集模块送来的电参量数据,计算误差、比对、储存和传输电参量数据结果;软件管理平台,用于在线监测分析电参量数据处理结果;其中,电参量数据包括电压、电流、相位、功率、电能、功率因数等,变换器模块与数据采集模块连接,数据采集模块与数据处理模块连接通讯,数据处理模块与电能表连接通讯,数据处理模块与软件管理平台连接通讯,软件信息平台通过数据处理模块远程在线检定电能表并远程在线监测电能表的运行质量状况。
[0024] 本系统按区域可分为三个子单元:
[0025] 1)现场采集单元——由变换器模块和数据采集模块组成,负责对互感器二次电压、电流的采样,数据的采集和数据的传输。
[0026] 2)远程检测单元——由数据处理模块组成,负责对各站点采集来的数据的计算处理,谐波分析,与被检电能表通过RS-485通讯,读取电能表的电能量,与数据采集模块输出的电参量数据进行误差比对和对数据结果的储存与传输等工作。
[0027] 3)软件管理平台——由中心主站的计算机及管理软件组成,各种管理软件构成软件信息平台,负责接收各检测系统的数据结果,分析数据,判断故障,报警提示,储存打印等工作。
[0028] 在变电站现场中的电能表的互感器端子箱里,就近安装变换器模块和数据采集模块两件工作标准组件,数据采集模块对变换器输出的4V电压就近采集,并将采集到的数据按IEC61850规约组帧,利用无线网络或光纤网络的通信总线上传到数据处理模块,数据处理模块对采集的数据进行分析处理和计算,并通过RS-485通信从现场电能表的计量器具 (计量箱)中读取被检电能表的数据,比对误差,储存等工作,再通过无线网络或光纤网络将相关数据传到软件管理平台中心主站相应的各计量、营销、调度等机构的软件信息平台。 从而实现对电网中关口电能表的在线检定,实现远程或本地的数字化计量和在线监测等工作。
[0029] 本系统实现了数字化计量的要求,可以几乎同时从电网的发电——输电——变电——配电一一用电各个供应环节获得同一时间段的电能计量数据,实现变压器效率测评,厂站用电效率测评以及配电网广泛关注的线损测评等;同时,本系统能对谐波、冲击负荷、正反向潮流结算等工况与电网掉电、起停等事件对计量的影响进行分析、记录,提供有力的供用电管理。
[0030] 变换器模块中包含的I/U变换器输入采集口和U/U变换器输入采集口分别连接变电站现场中的电流互感器和电压互感器。I/U变换器由5A/10mA或lA/10mA双级电流互感器和10mA/4V变换器组成,主要目的是对电流互感器二次的5A或IA电流进行采样,并转换成适宜数据采集模块A/D转换器采集的4V交流电压信号,5A(lA)/10mA双级电流互感器一次只需穿心一匝,目的是为了不增加电流互感器二次的负荷,整个I/U变换器的采样误差控制在200ppm以内。I/U变换器采用模块化设计,便于上级的量值传递。U/U变换器由一只精密的100V/4V仪用无源补偿双级电压互感器构成,将电压互感器的二次100V电压直接转换成便于数据采集模块A/D转换器采集的4V交流电压信号,双级电压互感器有较高的输入阻抗,在并接于电压互感器二次时对电压互感器二次的负载能力基本无影响,U/U变换器采用模块化设计,便于上级的量值传递。
[0031] 数据采集模块采用ISbit低功耗的A/D转换器,运用高速的FPGA对A/D转换器的数据进行采集,并将采集到的数据按IEC61850协议组帧,通过高速总线传递到数据处理模块进行处理。由于数据采集模块工作环境较差,所以仪器必须具备低功耗,低温漂等特性, 其A/D转换器的直流参考基准采用工业级的直流基准芯片,温度系数典型值仅为lppm/°C。 由于同数据采集模块连接的都是弱电信号线,所以将其设计成具有热插拔的功能,变换器模块设有输出热插拔插接端口,数据采集模块设有相应的热插拔插接端口,所述数据采集模块与变换器模块通过各自对应的热插拔端口连接,用于数据采集模块的方便拆卸,并方便随时对数据采集模块进行校核。该数据采集模块具有以下特点:a)交流测量电压在机内直接溯源于高稳定度的直流基准;b)绝对0度的校准方式校准,为了满足数据采集模块在使用时工频相位的精度达到0. 0002度的要求,还对电压和电流两个输入通道设计了能够进行简单绝对校准的功能结构,可以将一路高稳定的4V信号同时加入比较仪的两个通道, 启动自校准功能,就能得到两通道的增益一致性校准和两通道间相位偏差的绝对校准。
[0032] 数据处理模块负责对各站点采集来的数据的计算处理,谐波分析,读取电能表的电能量数据,进行误差比对和对数据结果的储存与传输等工作。数据处理模块内置一台高速的工业计算机,具有高速的网络传输和无线传输功能,485通信功能,高速的数据处理能力,记录和储存能力。数据处理模块可接收多达8个计量终端的数据信息,实现多计量点共用平台,即一台数据处理模块可对多个用户端的数据进行处理,以节约成本。数据处理模块还可通过无线网络或光纤网络将相关的检定计量数据以及各项在线实时数据传到软件管理平台上,实现数字化,网络化管理。
[0033] 系统的各项工作全部在线运行,不影响电网的正常工作。在线检定工作是通过 RS-485通信读取被检电能表某段时间内累积的电能量与数据处理模块的工作标准在该段时间内计量的电能进行比对计算误差;数字化计量是远程在线对电能表各电能量实时读取和传输,实现远程抄表等计量功能;在线监测就是在不影响供电系统运行的条件下,对电能表和电能质量的状况连续或定时进行的监测,实现网络化管理。
[0034] 本系统中的三个标准模块,即变换器模块、数据采集模块和数据处理模块这三个工作标准,通过对在线电参量的分析和被监测电能表的信息读取,实现对运行电网的在线监测,并对计量装置的计量故障进行分析判断,给出提示或报警。本系统依托计算机及管理软件、数据通讯和网络工程等技术,通过RS-485数据接口,选择相应的通信规约,将电能表运行的各种电参量数据送到检测系统,再经以太网传输到中心主站的软件信息平台,在中心主站计算机上对这些数据进行分析、判断和处理,从而实现关口电能表的电能质量分析和故障远程诊断等;本系统中的三个标准模块采用三相四线的接线方式,可用本系统对三相三线不平衡时电能表的计量误差进行验证。
[0035] 通过实时性的现场在线检定能及时发现电能表变化,在软件管理平台上的终端计算机上进行故障分析和电能质量分析,无论这种变化是由于随机误差或系统误差的增加所引起的,也无论是突然变化还是逐渐出现的缓慢变化,一旦发现问题可随时采取纠正措施, 使电网运行质量或检定装置准确度保持在规定的要求之内。不仅可以对计量设备实施有效的控制,而且可以对计量过程实施有效的实时监控,从而保证计量结果的准确可靠。
[0036] 实施例2
[0037] 如图1所示,本实施例2与实施例1的不同之处是:实施例1的电能表替换为电能表检定装置,将变换器模块和数据采集模块两件标准模块就近安装在实验室中的电能表检定装置里,并对变换器模块一次绕组的量限作适当调整,变换器模块中的I/U变换器和U/U 变换器分别连接电能表检定装置的电流互感器和电压互感器,数据采集模块对变换器模块输出的电压就近采集,数据采集模块将其设计成具有热插拔的功能,变换器模块设有输出热插拔插接端口,数据采集模块设有相应的热插拔插接端口,数据采集模块与变换器模块通过各自对应的热插拔端口连接,并将采集到的电源参数通过IEC61850规约组帧,利用高速网络,传输到安装在中央控制站的数据处理模块,数据处理模块对采集的数据进行分析处理、计算误差,并通过RS-485通信读取被检电能表检定装置工作标准的数据,进行比较误差、储存等工作,再通过相应的信息传输工具(无线网络或光纤网络),将相关数据传到软件管理平台中的各计量、营销等软件信息平台。从而实现对实验室电能表检定装置的远程或本地的核查,数字化计量和在线监测等工作。
[0038] 实施例3
[0039] 本实施例3与实施例1的不同之处是:将变换器模块和数据采集模块的外部结构按单相或三相安装式电能表的标准尺寸组合在一起做成一台标准样板表,数据采集模块与变换器模块也采用热插拔端口连接;可应用于全自动电能表检定流水线中,使标准样板表在流水线上流转检验,如此可自动地得到流水线各监测工位的工作综合误差。
[0040] 对于上述实施例中三个标准模块的校核:
[0041] 为了保证现场计量的准确性,首先得保证三个标准模块的准确性。本系统中的数据处理模块,数据采集模块、变换器模块中的I/U变换器和U/U变换器,不但都可经过上级计量机构对其传递,也可引入了一些简单的核查标准器具,经上一级传递或标定后,实现现场工作标准模块的校验与核查,下面分别加以说明:
[0042] (1)采用0. 01级便携式单相标准小信号源作为标准,用于检定作为工作标准的数据采集模块。将0. 01级便携式单相标准小信号源的两输入端分别接入数据采集模块的A、 B、C的电压和电流信号输入端,在数据处理模块的配合下对数据采集模块的幅值和相位进行校核。
[0043] (2)采用0. 005级双级仪用标准电压互感器作为标准,用于检定作为工作标准的 U/U变换器,具有体积小,准确度高,稳定性好等优点。将作标准的0. 005级双级仪用电压互感器与U/U变换器的一次分别并联,并用单相便携式功率源提供相应稳定电压,再利用已确定了准确度的数据采集模块某相的U、I信号通道来测试标准互感器和U/U变换器输出的 4V电压的幅值和相位(如果忽略数据采集模块和标准互感器的误差,I通道与U通道的比值体现出比差,相位体现出角差),从而实现现场对U/U变换器的校核。
[0044] (3)采用标准电流分流器作为标准,用于检定作为工作标准的I/U变换器,额定输入电流5A或1A,额定输出电压4V。该标准交流分流器采用精密电阻分流,低电感同轴设计, 电阻值稳定、准确,具有出色的低自加热功率系数和低温度系数,交流电流准确度达20ppm, 精密电阻温度系数彡0. 5ppm/C,时间常数彡10_9S,不确定度彡20ppm。将标准电流分流器分别与每只I/U变换器的一次串联,并用单相便携式的功率源提供相应稳定电流,再利用已保证了准确度的数据采集模块的某相的U、I通道来测试标准交流分流器和I/U变换器输出的4V电压的幅值和相位,(如果忽略交直流比较仪和标准电流分流器的误差,I通道与U 通道的比值体现出I/U比差,相位体现出I/U角差),从而实现现场对U/U变换器的校核。
[0045] 上述便携式单相标准小信号源,输出准确的双路3-5V的交流电压,输出频率范围 45-65ΗΖ,电压准确度< 100ΡΡΜ,相位准确度< 0. 001度,工频频率准确度< 0. 0001Hz。
[0046] 上述便携式单相功率源,输出电压范围:50-400V ;输出电流范围:0. 1-100A ;稳定度彡 1OOPPM。
[0047] 本实用新型的实施方式不限于此,在本实用新型上述基本技术思想前提下,按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更,均在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种电能表的在线检定与数字化在线监测系统,其特征在于包括:变换器模块,用于采样、转换电能表供电回路中电流和电压;数据采集模块,用于采集和传输变换器模块输出的电参量数据;数据处理模块,用于读取检测现场电能表的电能量,处理数据采集模块送来的电参量数据,计算误差、比对、储存和传输电参量数据结果;软件管理平台,用于在线监测分析电参量数据处理结果;所述变换器模块与数据采集模块连接,所述数据采集模块与数据处理模块连接通讯, 所述数据处理模块与现场电能表连接通讯,所述数据处理模块与软件管理平台连接通讯, 软件信息平台通过数据处理模块远程在线检定电能表并远程在线监测电能表的运行状况。
2.根据权利要求1所述的电能表的在线检定与数字化在线监测系统,其特征在于:所述变换器模块固定安装于采集现场,设有独立的电流、电压采集输入端,分别连接采集现场中的电流互感器和电压互感器。
3.根据权利要求1或2所述的电能表的在线检定与数字化在线监测系统,其特征在于:所述变换器模块设有输出热插拔插接端口,所述数据采集模块设有相应的热插拔插接端口,所述数据采集模块与变换器模块通过各自对应的热插拔端口连接。
4.根据权利要求1所述的电能表的在线检定与数字化在线监测系统,其特征在于:所述数据处理模块通过无线网络或有线网络与软件管理平台连接通讯。
5.根据权利要求1所述的电能表的在线检定与数字化在线监测系统,其特征在于:变换器模块和数据采集模块的外部结构按单相或三相安装式电能表的标准尺寸组合在一起做成一台标准样板表,数据采集模块与变换器模块采用热插拔端口连接。
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