多功能電子式電能表的主要功能及計量外的多種應用

1 引言

多功能電子式電能表是帶有微處理器的新型電子式電能表，具有計量、分析、存儲、費率切換、事件記錄、顯示、輸出、通訊等多項功能。20世紀九十年代的多功能電能表，當時國外品牌占據(jù)了主要的市場份額，電表功能相對簡單，通常電量、需量、負荷曲線、簡單事件記錄等功能，通訊接口也相對簡單。在進入本世紀初以來隨著國民經(jīng)濟和電力行業(yè)的迅速發(fā)展，電力企業(yè)在電能技術(shù)發(fā)展方面投入快速增長，隨著城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造不斷推進和全國的尖峰電價的實行，對三相電子式多功能電能表的需求量越來越大;同時隨著計量技術(shù)的快速發(fā)展以及競爭廠家的不斷增加，從而促使電能計量技術(shù)標準的提高和電表功能的完善，國內(nèi)生產(chǎn)的多功能電能表在這個時期快速實現(xiàn)了電量計量自動化的推廣以及大用戶抄表的普及應用，適應了日益發(fā)展的供電企業(yè)在電價改革、用電自動化管理中對電能表和電能計量計費系統(tǒng)的多功能和多接口需求。

2 目前多功能電能表的主要特點：

20世紀90年代，多功能電子式電能表主要解決了機械式電能表摩擦力的問題，提高了靈敏度;同時多功能電子式電能表在防竊電問題和通訊等方面有了本質(zhì)的提高。

多功能電能表在電能信號的采集方面也經(jīng)過了兩個階段的發(fā)展，即采用霍爾效應乘法器、時分割乘法器等模擬乘法器階段和A/D轉(zhuǎn)換器階段。模擬乘法器計量方法的精度受元器件的參數(shù)影響較大，所計量的電能參量有限。隨著A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)的發(fā)展，其采樣精度和速度的提高，電能計量的理論算法更新;通過對交流模擬量進行高速采樣，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量及進行數(shù)字運算;通過單片機的強大的計算和控制功能，實現(xiàn)更多功能。

新型多功能電能表采用電能表專用大規(guī)模集成電路，具有高精度的線性AD轉(zhuǎn)換和強大的邏輯分析功能和豐富的參數(shù)設(shè)置功能;大容量存儲器可以長時間地記錄負荷曲線以及多種事件。

制造過程中采用先進的SMT生產(chǎn)工藝;電表具有高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性、更強的抗干擾能力等特點。

電表支持多種抄表方式-----人工抄表，紅外手持抄表器抄表(或光電頭抄表)，計量計費系統(tǒng)遠程自動抄表;多種遠程通訊接口可供選擇，支持多種規(guī)約。

3 多功能電能表主要計量功能介紹：

3.1 多功能電能表的分類：

3.1.1 按用途可分為關(guān)口多功能電能表、高壓多功能電能表和低壓多功能電能表三種。多功能電子式電能表主要用在關(guān)口、變電站配電房、工廠和車間、商廈賓館、機關(guān)、學校的配電室及住宅小區(qū)，幾乎包括所有大用戶。

3.1.2 按精度等級可分為0.2S，0.5S，1.0，2.0四個等級，依據(jù)計量點的重要性進行精度等級的選擇。

3.2 總電量計量：

3.2.1 正、反向有功總電量：計量三相電量之和或單獨計量每相的電量;還可以計量正反向電量絕對值之和，通常用于沒有反向電量的用戶，以防電流反向時少計電量。

3.2.2 無功總電量：四象限無功總電量，感、容性無功電量(+Ri, +Rc, -Ri, -Rc)，正、反向無功電能可根據(jù)應用要求不同而靈活定義。

3.2.3 正、反向視在總電量：視在電量在我國應用較少，國外主要用于損耗分析、損耗管理或根據(jù)視在電量計費。

3.2.4 12個月總電量轉(zhuǎn)存值：按照電表參數(shù)預先設(shè)定抄表時間進行自動復位，也可以通過按鍵進行手動復位，電表自動記錄復位時刻及對應的電量并轉(zhuǎn)存至相應的寄存器。

3.3 分時電量計量：

3.3.1 費率定義：對于大用戶，在不同時段可分為尖、峰、谷、平等多個電價，在多功能電能表成為不同的費率。多功能電能表通常最多可定義8種費率，先設(shè)定多個日費率表，然后設(shè)定季節(jié)的起始、結(jié)束日期并選擇相應的日費率表;節(jié)假日的費率可指定為與平日不同的特殊費率?？稍O(shè)定主副費率時段各一套，副費率時段將在預先設(shè)定好的時刻自動生效，省去了再次更改費率時段的麻煩。

3.3.2 正、反向有功尖、峰、谷、平各時段的分時電量

3.3.3 正、反向無功尖、峰、谷、平各時段的分時電量

3.3.4 12個月分時電量轉(zhuǎn)存值

3.4 一次值和變壓器損耗計量功能：

3.4.1 電能表計量二次側(cè)的電能并通常顯示二次值。需要顯示一次側(cè)的電能值時，設(shè)置變比并選擇按一次側(cè)電能計量，無需進行變比換算，方便用戶直接抄表。

3.4.2 設(shè)置變壓器參數(shù)后可以自動計算變壓器的銅損、鐵損。

3.5 需量記錄：

3.5.1 需量的含義：功率在每個積分周期的平均值，稱為需量，即積分周期內(nèi)用電戶的平均功率;需量分為有功、無功、視在需量。

3.5.2 正、反向有功、無功、視在最大需量：最大需量在國外通常用于收費，國內(nèi)電力公司通常對大用戶按照最大需量收取容量費。

3.5.3 12個月最大需量轉(zhuǎn)存值

3.5.4 分時計量正反向有功、無功最大需量及發(fā)生時間

3.5.5 需量周期可在1、5、10、15、30、60min中選擇，滑差式需量周期的滑差時間可在1、2、3、5min中選擇(備注：滑差式需量周期能更準確地反映需量的最大最小值)。

3.6 負荷曲線記錄：

3.6.1 多功能電能表按照設(shè)定的積分周期自動存儲帶有時標及狀態(tài)位的電量、需量、電流、電壓、瞬時有功/無功功率、功率因數(shù)、相角、頻率等數(shù)據(jù)。

3.6.2 數(shù)據(jù)存儲積分周期可選，如1/5/10/15/20/30/60分鐘等常用積分周期，存儲容量通常在2M字節(jié)以上。

3.7 防竊電與事件監(jiān)測：

3.7.1 多功能電能表通常具有防竊電功能，對電壓缺相、失流、電壓電流相序錯誤、電流反向、電流不平衡等常見問題有事件記錄，事件信號可以通過輸出接點輸出到外部報警裝置。

3.7.2 其他事件監(jiān)測舉例如下：

3.7.3 有的多功能電能表還設(shè)有安時寄存器，用于記錄電表安培小時數(shù)以及帶電流失壓時的分相安培小時數(shù)，便于電表少計電量的核算。

3.8 顯示和輸出：

3.8.1 多功能電能表通常配置多語言LCD顯示屏，支持多種顯示模式-----自動循環(huán)顯示、手動按鍵顯示、服務(wù)模式全部數(shù)據(jù)顯示等。

3.8.2 LED電能脈沖指示燈輸出：主要用于校表，也可以用來觀察是否正在使用有功、無功電能。

3.8.3 電能脈沖輸出接點，可將電能脈沖輸入到RTU等具有脈沖接收功能的裝置進行電能監(jiān)測;部分電表具有校表用途的高速脈沖輸出接點，專門用于校表。

3.8.4 報警、信號輸出接點，可設(shè)置為輸出電表、功率、電流、電壓、電能、費率等參數(shù)的狀態(tài)，或作為具有多項邏輯判斷的報警事件輸出接點使用。

3.9 通訊功能：

3.9.1 通訊接口：

3.9.1.1 紅外通訊接口：用于參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)場抄表等。

3.9.1.2 遠程通訊接口，如CS電流環(huán)，RS232，RS485，GPRS，電力載波等，遠方主站或電表處理器通過電表地址與相應電表通訊，為了防止非法訪問，通訊口可以設(shè)置密碼;支持多種通訊規(guī)約，IEC102，DL/T645，DLMS，DNP3.0等。

3.9.2 遠程數(shù)據(jù)通訊：

3.9.2.1 電量、需量及其每月轉(zhuǎn)存值等計費數(shù)據(jù)的讀取;

3.9.2.2 三相電壓、電流、功率因素、瞬時有功/無功功率、頻率、時段、時間等

3.9.2.3 負荷曲線的讀取;

3.9.2.4 事件記錄的讀取;

3.9.2.5 時鐘同步。多功能電能表的時鐘同步非常重要，盡管電表時鐘精度較高(偏差0.5秒/天)，但一年也會相差幾分鐘，只有時鐘同步，在相同的積分周期內(nèi)，電網(wǎng)電量才不會出現(xiàn)電量不平衡的現(xiàn)象。

4 多功能電能表還可以實現(xiàn)計量外的多種應用，舉例如下：

4.1 負荷控制：

電力負荷的大小隨著時間而實時改變，負荷隨時間變化的軌跡就是負荷曲線。由于工業(yè)電能不能存儲，發(fā)電功率必須實時隨負荷的變化而變化;在高負荷時，必須有足夠的高峰負荷相當?shù)陌l(fā)電和供電容量。在一定的發(fā)電和供電設(shè)備的總?cè)萘康那闆r下，對高峰負荷的限制可以調(diào)整用戶用電高峰時間和用電峰值，為更多用戶可靠供電，同時減少在特定高峰時段的發(fā)供電設(shè)備過負荷的現(xiàn)象。

在最大需量越過預先設(shè)定的峰值并延續(xù)了預先設(shè)定的時間后，多功能電能表的輸出接點可以實現(xiàn)報警、跳閘功能。

4.2 負荷分析：

多功能電能表通?？梢杂涗浫嚯娏?、電壓和功率，按照積分周期數(shù)據(jù)進行存儲，讀取負荷曲線數(shù)據(jù)可以對各時段負荷大小進行統(tǒng)計分析，為供電企業(yè)、用電單位、車間、小區(qū)等用戶的負荷預測、錯峰用電提供原始數(shù)據(jù)。

4.3 電壓質(zhì)量、功率因數(shù)分析：

多功能電能表通常可以記錄三相電壓、功率因數(shù)，按照積分周期數(shù)據(jù)進行存儲，讀取電壓數(shù)據(jù)可以對電壓質(zhì)量、功率因數(shù)進行統(tǒng)計分析，為電壓調(diào)整、無功補償方案的確定提供原始資料。

有的多功能電能表還可以記錄電壓合格率，當電表側(cè)接入的電壓超過所設(shè)置的電壓上限或低于下限值而又在電壓考核范圍內(nèi)時，電表將分別記錄超過上限或下限的不合格運行時間。

4.4 功率因數(shù)越限報警：

多功能電能表時刻監(jiān)視當前功率因數(shù)，當超過預先設(shè)定的最小值并延續(xù)的了預先設(shè)定的時間后，多功能電能表的輸出接點可以實現(xiàn)報警或跳閘功能。

4.5 多功能電能表通常有多路脈沖輸出，我們預先設(shè)定好的邏輯判斷通過脈沖接點輸出，即可使用。

4.5.1 逆相序保護：

逆相序時，電機反轉(zhuǎn);許多三相電機因自身并沒有逆相序保護，可能出現(xiàn)電機燒毀現(xiàn)象。多功能電能表在電壓逆相序時及時輸出報警信號，將對三相電機和電機所帶動的設(shè)備起到很好的保護作用;此外，多功能電能表還可以在屏幕循環(huán)顯示逆相序報警信號，并顯示電壓、電流相角，以提醒用戶進行相序檢查。

4.5.2 缺相保護：

三相電動機由于種種原因，缺少一根火線，就稱為缺相。小型電機在啟動時缺相，如果沒有負荷就會不均勻的緩慢轉(zhuǎn)動，同時迅速發(fā)熱，若不及時停車，不用多長時間就會燒毀;在帶負荷啟動的情況下，由于力矩不足轉(zhuǎn)動緩慢甚至停止轉(zhuǎn)動，會導致電機燒毀。稍大的電機如果缺相啟動，會發(fā)出嗡嗡聲，須趕緊停車。

多功能電能表可以在缺相立即發(fā)出報警信號，保護開關(guān)、線路及電機等用電設(shè)備。

4.5.3 電流不平衡、中性線過流保護：

電流不平衡超過預設(shè)的比例或中性線電流超過設(shè)定值立即發(fā)出報警信號，保護電機等用電設(shè)備。

4.5.4 過壓、欠壓、過流保護：

比如電壓欠壓10% 經(jīng)10秒后發(fā)出報警信號，電壓過壓15%后直接啟動跳閘信號，單相過流10%經(jīng)10秒發(fā)出報警信號，單相過流30%立即發(fā)出報警信號等。

4.6 簡易校表儀：

多功能電能表通常有多路校表用的脈沖輸出，我們可以使用這些校表脈沖輸出進行校表。如下圖所示，通過光電感應器讀取到的機械表轉(zhuǎn)數(shù)，變成脈沖信號后輸入到PLC;同時將多功能電能表的脈沖信號輸入到PLC，使用PLC的定時功能、外置定時器或人工開關(guān)進行定時，時間到即停止接收脈沖。對脈沖數(shù)量根據(jù)響應的脈沖常數(shù)計算后進行比較，通過外置LCD/LED屏幕可以顯示誤差%的數(shù)值。

5 結(jié)論：

多功能電子式電能表不僅具有強大的電量、需量、分時計量、負荷曲線、事件記錄、輸出、通訊等計量相關(guān)功能，還可以用來進行負荷控制、負荷分析、電能質(zhì)量監(jiān)測、電機保護、過壓欠壓過流保護、簡易校表等多種應用。在解決實際問題過程中，深入挖掘已有設(shè)備的潛能，實現(xiàn)所需的新功能;既解決了問題又節(jié)省了開支，這對于與我們類似的中小型企業(yè)尤為重要。

更多好文：21ic智能電網(wǎng)