婁彥杰　陳靖公

摘要：文章參照了JJG 596所運用的電子式電能表檢測原理及負載點，結(jié)合數(shù)字化電能表的采樣特點，設(shè)計了一款數(shù)字化電能表現(xiàn)場校驗裝置，其優(yōu)點是可實現(xiàn)數(shù)字化電能表在線誤差校驗，并且可分析電子式互感器及合并單元的采樣值報文合法性，從而提高了數(shù)字化電能表的運維便利性。

關(guān)鍵詞：電能量計量；數(shù)字化電能表；誤差校驗；現(xiàn)場校驗；校驗裝置 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN911 文章編號：1009-2374（2015）14-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.008

1 系統(tǒng)工作原理

數(shù)字化電能表相對于電子式電能表而言，采樣部分使用了電子式互感器以及IEC 61850-9采樣通信，但電能計量過程基本類似，因此系統(tǒng)校驗原理參照了JJG 596-2012檢定規(guī)程中所提到的標準表法-定低頻脈沖測量法。式（1）為標準表法-定低頻脈沖測量法的校驗精度計算公式：

（1）

式中：γ0為檢定裝置的系統(tǒng)誤差，可通過對系統(tǒng)進行修正而消除；W為檢定裝置實測電能值；W0為被檢表的計量電能值。在實際檢測時，所校驗電能表以及系統(tǒng)的電能量都以脈沖數(shù)讀取。將被檢表的脈沖常數(shù)記為C，校驗裝置的高頻脈沖常數(shù)為C0：

W0=N/C W0=NO/CO （2）

則（1）式簡化為：

（3）

式（3）中，N為電能表校驗圈數(shù)，N0為裝置檢測到電能表N個電能脈沖時所發(fā)出的高頻脈沖數(shù)。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)方案

2.1 裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)數(shù)字式電能表的運行特點以及設(shè)計的校驗原理，結(jié)合DTAD6268數(shù)字化電能表的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過對其相應(yīng)軟、硬件的更改、設(shè)計，實現(xiàn)了便攜式數(shù)字化電能表現(xiàn)場校驗儀。校驗儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包含了CPU處理器、檢測脈沖信號接收單元、采樣值報文收發(fā)部分、工作電源、通信以及相應(yīng)的顯示、按鍵操作等部分，采用MPC8274為系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理器，用于進行數(shù)據(jù)計算處理，繼而實現(xiàn)軟件功能；被檢表的脈沖信號，通過高速光耦芯片TLP114傳輸?shù)教幚砥饕鹬袛囗憫?yīng)，其μs級的響應(yīng)速度迅速將脈沖信號傳輸給處理器接收并處理，同時也實現(xiàn)了信號隔離，增強了系統(tǒng)的安全；系統(tǒng)共設(shè)計了兩路光纖以太網(wǎng)口，其中一個用于校驗儀接收IEC 61850采樣值報文并進行電能計量，另一個用于校驗儀向外發(fā)送IEC 61850采樣值報文供被檢表計量；電源部分通過NI-MH電池供電，不僅對系統(tǒng)提供工作電源，同時也提供+5V電源輸出，以檢測被檢表的無源脈沖信號；校驗儀系統(tǒng)文件的傳輸通過RJ45電以太網(wǎng)口實現(xiàn)；240×128的LCD液晶屏以及3個按鍵用來實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)量顯示以及系統(tǒng)的各項功能操作控制。

2.2 系統(tǒng)功能

校驗儀的功能有電能計量、電能校驗、通信、顯示操作等，采用了Vxworks RTOS系統(tǒng)，在Tornado開發(fā)環(huán)境下，使用C語言實現(xiàn)系統(tǒng)功能的開發(fā)。

校驗儀的系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)上電啟動后，首先進行初始化，包括中斷寄存器設(shè)置、定時寄存器設(shè)置、運行任務(wù)優(yōu)先級、系統(tǒng)自檢等；初始化完成后，系統(tǒng)開始運行各項任務(wù)，分別完成校驗儀的采樣值收發(fā)、電能計量、校驗電能表、界面顯示以及按鍵的控制等任務(wù)。

系統(tǒng)的電能計量以IEC 61850的數(shù)字化信號為基礎(chǔ)，即將電能計算進行離散化，得到數(shù)字信號的電能計算公式；根據(jù)IEC 61850協(xié)議，采樣一般按照每周波80點進行，因此由采樣報文中得到的電壓、電流值相乘得到瞬時功率，根據(jù)采樣的時間間隔進行相乘、累加從而得到相應(yīng)的電

能值。

系統(tǒng)的校驗功能利用RTOS的信號量機制實現(xiàn)。校驗任務(wù)隨著系統(tǒng)的啟動開始運行，等待相應(yīng)控制量的狀態(tài)改變；當通過按鍵進入校驗儀的校驗界面啟動其功能后，相關(guān)變量狀態(tài)改變使得校驗任務(wù)允許脈沖中斷響應(yīng)中開始進行電能計量；當接收到的脈沖數(shù)達到在進行校驗前所輸入的脈沖常數(shù)C時，中斷中停止電能計量，并通知校驗任務(wù)對檢測結(jié)果按照式（3）進行處理，計算出被檢表的計量精度，一次檢測完成；為了提高校驗的精度，減小隨機誤差的影響，每次校驗共累計5次檢測的結(jié)果再求平均值，得到校驗的結(jié)果。另外，系統(tǒng)在計量電能的同時也能夠?qū)ζ浞?、頻率、相序等信息進行檢測。在利用現(xiàn)場的采樣值進行校驗時，校驗儀對其電壓、電流信息相關(guān)量的顯示，可直接用來檢查前端電子式互感器的CT反序等錯誤接線問題。

在檢定過程中，按鍵設(shè)置為禁用，顯示界面處于校驗狀態(tài)，更好地實現(xiàn)了系統(tǒng)的可視化和交互功能；在系統(tǒng)啟動后，當校驗儀沒有采樣值報文輸入時，自動通過程序向外發(fā)送模擬采樣值報文。

3 系統(tǒng)性能及試驗數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)脈沖響應(yīng)對整個系統(tǒng)性能的影響在于從脈沖發(fā)出到系統(tǒng)開始響應(yīng)這段時間內(nèi)所測電能的功率波動造成的誤差；高速光耦芯片TLP114對脈沖的響應(yīng)動作延時為μs級，根據(jù)變電站的現(xiàn)場運行情況來看，功率波動對檢測造成的影響可以忽略。從設(shè)計原理上來看，校驗儀有著很高的校驗精度，參照JJG 596-2012中的電子式電能表的檢測負載點，可以對數(shù)字化電能表進行精度

校驗。

在軟硬件的設(shè)計實現(xiàn)后，通過實驗，對所設(shè)計的校驗儀進行驗證。校驗實驗對象選擇DTAD6268型數(shù)字化電能表（有功0.2s，無功優(yōu)于2.0s精度等級）。首先使用傳統(tǒng)電子式電能表校驗裝置的電源裝置向合并單元發(fā)送模擬電壓、電流信號，由合并單元對電能信號進行采樣輸出數(shù)字信號，校驗儀及電能表使用合并單元的采樣值進行校驗實驗，根據(jù)四項電能（有功正反向、無功正反向）校驗實驗的校驗結(jié)果顯示界面，然后直接由校驗儀向電能表發(fā)送采樣值報文進行校驗實驗，其校驗結(jié)果與第一次實驗結(jié)果一致。分別對兩種模式進行了多次重復(fù)性實驗，所得結(jié)果均一致。

在校驗儀對被檢表發(fā)送模擬采樣值報文進行檢測時，模擬報文則是由程序所生成的標準波形數(shù)字信號，因而故其檢測誤差結(jié)果也為0。由于校驗儀及被檢表使用同一數(shù)字化采樣值進行計量計算，消除了由于采樣值不同而引入的誤差，故正常工作的電能表的誤差應(yīng)十分?。粰z測結(jié)果中的誤差為0，并不代表被檢表的計量絕對準確，而表示被檢表和校驗儀的計量精度一致，即被檢表的計量是準確的。由此看出，數(shù)字化電能表現(xiàn)場校驗裝置能夠快捷地對數(shù)字化電能表進行實驗室及現(xiàn)場校驗，校驗結(jié)果十分準確，能夠達到所設(shè)計的要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過實驗，所設(shè)計的數(shù)字化電能表現(xiàn)場校驗儀，能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能，同時也能夠?qū)﹄妷骸㈦娏鞯姆?、相序以及頻率等信息進行檢測。相對于常用電能表校驗裝置而言，現(xiàn)場校驗儀的體積、重量都大為減小，其便攜性能使得數(shù)字式電能表的現(xiàn)場校驗更加快捷、

簡便。

校驗儀已經(jīng)能夠滿足實驗使用需求，而對于形成產(chǎn)品很好的滿足還需要進一步改進。隨著數(shù)字化電能表應(yīng)用的不斷推廣，其現(xiàn)場校驗工作的便捷也顯得越來越重要；數(shù)字化電能表現(xiàn)場校驗裝置不僅能夠快速完成數(shù)字化電能表的精度校驗，而且其攜帶、操作都非常方便，對于變電站的日常維護、檢查工作能夠發(fā)揮重要作用，也必將隨著智能變電站的發(fā)展得到越來越廣泛的

應(yīng)用。

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作者簡介：婁彥杰，女，國電南京自動化股份有限公司工程師，MBA，研究方向：數(shù)字化電能表相關(guān)的智能變電站電能計量產(chǎn)品研制設(shè)計和管理；陳靖公，男，供職于國電南京自動化股份有限公司，研究方向：電能計量及電能表相關(guān)智能電網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計。

（責任編輯：周 瓊）