陳纓，岳長(zhǎng)喜，楊勇波，朱凱，項(xiàng)瓊，王歡

（1.四川省電力科學(xué)研究院，成都，610072；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，武漢430074）

0 引 言

高壓電能計(jì)量裝置一般包括電壓互感器、電流互感器和電能表三部分，在電網(wǎng)中承擔(dān)電能計(jì)量、線損監(jiān)測(cè)和負(fù)荷分配等任務(wù)［1-2］。為了合理使用和管理高壓電能計(jì)量裝置，原水利電力部在1983年頒發(fā)實(shí)施的SD 109-1983《電能計(jì)量裝置校驗(yàn)規(guī)定》中提出了電能計(jì)量裝置綜合誤差（γ）的概念，即綜合誤差（γ）是電能表誤差（γb）、互感器的合成誤差（γh）以及電壓互感器二次回路壓降引起的誤差（γd）三者的綜合［3］。因此，我國(guó)電能計(jì)量部門長(zhǎng)期以來通過對(duì)電能表、互感器、二次壓降分別實(shí)施檢定校準(zhǔn)，間接控制整個(gè)高壓電能計(jì)量裝置的誤差［4-9］。

近年來，一體化直接接入式高壓電能表逐漸在我國(guó)配電網(wǎng)中得到應(yīng)用。該高壓電能表由裝入同一殼體內(nèi)的高壓電流電壓傳感器、高壓供電單元、電能計(jì)量單元、內(nèi)置計(jì)度顯示單元、通信單元等組成。文章介紹了一種高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)，運(yùn)用該系統(tǒng)直接測(cè)量一套高壓電能計(jì)量裝置的誤差，并將測(cè)量結(jié)果與綜合誤差的結(jié)果進(jìn)行計(jì)量比對(duì)，分析了綜合誤差法存在的不足。

1 基本誤差直接測(cè)量

1.1 高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)

高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。其中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、低壓程控信號(hào)源、功率放大器、升壓變壓器、升流變壓器等組成整個(gè)系統(tǒng)的電源部分，用戶通過計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定低壓程控信號(hào)源輸出電壓和電流的幅值、波形、頻率和相位，低壓信號(hào)源的輸出經(jīng)功率放大器、升壓變壓器和升流變壓器后即形成高電壓、大電流。為了消除升壓器變壓和升流變壓器引起的幅值和相位偏移，將生成的高電壓和大電流信號(hào)首先施加至標(biāo)準(zhǔn)互感器，互感器的二次輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)計(jì)算、調(diào)整并最終鎖定輸出電壓電流的幅值相位，整體閉環(huán)構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的三相高壓大電流功率源。此外，圖1中的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和低壓標(biāo)準(zhǔn)電能表組成高壓電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，以其輸出作為參考校準(zhǔn)高壓電能計(jì)量裝置的誤差。

圖1 高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)原理框圖Fig.1 Principle block diagram of the integrated error measurement system of high voltage electric energy metering device

該系統(tǒng)額定電壓為10 kV和35 kV，最大工作電流為1 000 A，其中三相高壓大電流功率源的有功功率穩(wěn)定度優(yōu)于5×10－5，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器以及低壓標(biāo)準(zhǔn)電能表均為0.01級(jí)，組成高壓電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度優(yōu)于0.05%，能夠用于開展0.2級(jí)及以下高壓電能計(jì)量裝置的直接校準(zhǔn)。

1.2 測(cè)量樣品及結(jié)果

以10 kV三相兩元件組合式互感器和低壓三相電能表組成高壓電能計(jì)量裝置，其中電流互感器的一次額定電流為100 A，電壓互感器、電流互感器和電能表均為0.2級(jí)。用上文所述的高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)對(duì)其誤差進(jìn)行直接測(cè)量，所得結(jié)果及其不確定度如表1所示［10-13］。

表1 直接測(cè)量法校準(zhǔn)結(jié)果Tab.1 Calibration result of direct measurement method

2 綜合誤差法間接測(cè)量

為了對(duì)上述高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，本文對(duì)組成被校準(zhǔn)高壓電能計(jì)量裝置的電壓互感器、電流互感器和電能表的誤差進(jìn)行分別測(cè)量，然后用綜合誤差計(jì)算公式間接求得其整體誤差。由于本文直接測(cè)量時(shí)組合互感器和低壓電能表放置在一起，二次回路的距離非常小，所以二次回路壓降及其引起的電能誤差可以忽略不計(jì)，其綜合誤差通過對(duì)互感器的合成誤差（γh）和電能表誤差（γb）的測(cè)量和計(jì)算得到。影響電能計(jì)量裝置綜合誤差的因素非常多，在測(cè)量過程中必須控制實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度、環(huán)境電磁場(chǎng)、電源穩(wěn)定性等條件，以確保各誤差測(cè)量結(jié)果是在近似相同條件下的值，這樣最終計(jì)算得到的綜合誤差才與整體法測(cè)得的結(jié)果有可比性。

2.1 組合互感器和低壓電能表的誤差測(cè)量

參照J(rèn)JG 596《電子式交流電能表》檢定規(guī)程，使用0.02級(jí)三相電能表檢定裝置對(duì)低壓電能表進(jìn)行校準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 低壓電能表校準(zhǔn)結(jié)果Tab.2 Calibration result of low voltage power meter

參照J(rèn)JG 313《測(cè)量用電流互感器》、JJG 314《測(cè)量用電壓互感器》檢定規(guī)程，使用0.01級(jí)電流互感器和0.01級(jí)電壓互感器對(duì)組合互感器進(jìn)行校準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3～表6所示。

表3 AB相間電壓互感器測(cè)量數(shù)據(jù)Tab.3 Measurement data of voltage transformer in phase AB

表4 CB相間電壓互感器測(cè)量數(shù)據(jù)Tab.4 Measurement data of voltage transformer in phase CB

表5 A相電流互感器測(cè)量數(shù)據(jù)Tab.5 Measurement data of current transformer in phase A

表6 C相電流互感器測(cè)量數(shù)據(jù)Tab.6 Measurement data of current transformer in phase C

2.2 綜合誤差計(jì)算及其不確定度評(píng)定

對(duì)于三相三線式高壓電能計(jì)量裝置，其綜合誤差計(jì)算公式為：

由于所用低壓電能表電壓端子的輸入阻抗很大，而電流端子的輸入阻抗很小，其與組合互感器連接時(shí)，近似認(rèn)為組合互感器的電壓?jiǎn)卧碗娏鲉卧\(yùn)行在輕載狀態(tài)，將表2中低壓電能表的誤差，表3～表6中互感器下限負(fù)載的誤差帶入式（1）進(jìn)行計(jì)算，得到高壓電能計(jì)量裝置的綜合誤差如表7所示。

表7 綜合誤差計(jì)算結(jié)果Tab.7 Calculation results of comprehensive error

根據(jù)式（1）和式（2）所示的不確定度傳播規(guī)律計(jì)算公式，可以根據(jù)低壓電能表、互感器的校準(zhǔn)不確定度，計(jì)算得到高壓電能計(jì)量裝置綜合誤差的不確定度。

3 兩種方法比對(duì)和討論

在計(jì)量比對(duì)中一般使用En值評(píng)定兩種方法測(cè)量結(jié)果的一致性。

式中γ1為綜合誤差法計(jì)算結(jié)果；γ2為直接法測(cè)量結(jié)果；U1為綜合誤差法計(jì)算結(jié)果的擴(kuò)展不確定度；U2為直接法法測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定。

根據(jù)表1和表7中的數(shù)據(jù)可計(jì)算得到各測(cè)量點(diǎn)的En值如表8所示。兩種方法之間的En小于1，比對(duì)結(jié)果表明兩者的一致性符合要求，由此可見采用本文所述高壓電能計(jì)量裝置整體誤差測(cè)量系統(tǒng)直接測(cè)量高壓電能計(jì)量裝置的誤差，所得結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表8 E n值計(jì)算結(jié)果Tab.8 Calculation result of E n

需要說明的是，采用綜合誤差法計(jì)算高壓電能計(jì)量裝置的整體誤差時(shí)，所得結(jié)果只有在實(shí)驗(yàn)室特定條件下才成立。實(shí)際運(yùn)行中溫濕度、環(huán)境電磁場(chǎng)、工作電流、功率因數(shù)等因素不斷變化，不可能得到電能表、互感器、二次回路壓降在相同條件下的誤差值，因此也無法得到實(shí)際運(yùn)行中電能計(jì)量裝置的綜合誤差。按照DL／T 448《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》配置高壓電能計(jì)量裝置時(shí)，若將互感器誤差、電能表誤差和二次壓降均限制在±0.2%以內(nèi)，根據(jù)式（1）計(jì)算可得高壓電能計(jì)量裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由互感器誤差和二次壓降引起的電能計(jì)量誤差限值隨功率因數(shù)分布如圖2所示?？梢姰?dāng)互感器、電能表和二次壓降的誤差配合不當(dāng)時(shí)，其綜合誤差極有可能超過±0.7%，在低功率因數(shù)下甚至有可能超過±2%。這是現(xiàn)行的電能計(jì)量裝置管理辦法無法解決的問題，而本文所述的直接測(cè)量法則能夠明確得到高壓電能計(jì)量裝置的整體誤差，從根源上避免了這一問題的出現(xiàn)。

圖2 電能計(jì)量誤差限值隨功率因數(shù)分布Fig.2 Distribution of energy metering error limits with power factor

4 結(jié)束語

（1）介紹的高壓電能整體誤差測(cè)量系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測(cè)量高壓電能計(jì)量裝置的整體誤差；

（2）在實(shí)驗(yàn)室特定條件下，綜合誤差法與直接測(cè)量法具有較好的一致性；

（3）由于電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)存在不確定性，采用綜合誤差法配置高壓電能計(jì)量裝置，其整體誤差有可能超過期望的限值；

（4）直接測(cè)量法具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可以明確得到高壓電能計(jì)量裝置的整體誤差，是配網(wǎng)中高壓電能表、電能計(jì)量柜和高壓電力計(jì)量箱等高壓電能計(jì)量裝置量值傳遞方式的發(fā)展方向。