低压计量装置综合误差现场校验仪的设计与实现

低压计量装置综合误差现场校验仪的设计与实现

彭丹娜

云南电网有限责任公司昆明供电局云南昆明650021

摘要：电能计量可以对技术节能效果、能源利用情况进行评价，因此计量装置的准确性会对计量有效性造成影响。此次研究主要是探讨分析低压计量装置综合误差现场校验仪的设计与实现，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：低压计量装置；综合误差；现场校验仪；设计

当前，绿色节能理念已经成为各行业领域发展所遵循的理念，对于电力行业来说，应当推广新型节能技术、全面提升能源的有效利用率。然而在评价以上技术的节能效果时，需要合理应用计量手段实现，这样能够为新能源的使用提供准确的量化结果，还能够促使企业统计分析计量数据，以此提升节能效果。长期以来，电力企业所应用的低压计量装置主要是校验电能表和互感器，无法反映出计量装置的误差。其次，多数低压计量装置操作复杂，且检验工作的劳动强度比较大，所以需要研发出低压电能计量装置开展现场校验。在对相关学者的研究报道进行分析后，提出研制现场校验仪的方法，基于单片机的软件、硬件设计方法，通过实验验证，此种现场校验仪的设计方法具备可行性。

1、现场校验仪结构与工作原理

1.1系统组成

仪器电路当中包含一次电流、一次电压取样电路；二次电压取样电路、二次电流相位测量。还包括单片机最小系统、脉冲输出电路以及其他类型电路等。

1.2工作原理

通过应用低压计量装置，可以计算变压器的电能输出量，电能表端子与互感器二次侧电流、二次侧变压器、输出电压相连接。电能表电压端与采样电路采用并联连接方式，利用大电流互感器取样装置，可以有效计算互感器的一次侧电流。通过小电流互感器取样装置，可以确保电流连接到电能表上。

输出电压、一次侧电流及二次侧电流传输到不同电能计量芯片，并且能够对其电压、电流、功率因数以及电能等进行检测。检验表计的标准脉冲为不同仪器所输出的电能成正比的高频脉冲。当额定电流、电压和功率因数值为1时，标准脉冲分别为5.5kHz。

相位测量电路能够对一次侧电流与二次侧电流的功率因数进行测量，这样能够获取相应的夹角，对互感器的角度差进行计量。电流互感器误差在线推算，由于考虑到电力运行的各个状态，在无故障条件下监测误差。首先通过停电检验所获取的数据，对插值函数进行计算，从而建立相关模型。通过一次电流所导致的励磁电抗变化，对不同电流和负荷下的误差进行计算。此种计算方法是在假定设备运行无故障情况下，且一次工作电流和一次允许负荷处于标准范围内。采用系统能够对各工作点进行监测，包括二次负荷和二次电流，联合现有数据模型，对工作点误差进行计算。尽管此种计算方法无法替代人工现场检验，且缺乏相关的规定支持，然而却属于与现场停电检测高度接近的方法，能够为电能计量装置综合误差分析提供参考数据，可以作为新技术方法应用。

对于计量装置的综合误差校验仪来说，在实际应用期间可能会出现准确度检测问题，并且需要进行技术监督。被检测的信号通常为低频输出电路的频率。仪表功能控制、电能表常数需要应用到按键电路。显示器会显示出数据指示。

2、硬件电路设计

2.1电压、电流采样电路

在取样电压信号时，需要应用到电阻分压方式，将金属膜电阻作为电路的电阻，这样能够确保电压信号在温度动态变化中，处于相对稳定的状态。在改变电位器大小时，首先应当维持波形稳定，之后将电能计量芯片的输出电压控制在220V。

一次电流互感器、二次电流互感器，所输出的电流信号均不相同，当电位器的电阻设置在50欧姆时，优化调整电位器位置，能够确保输出电流值为在5000A左右。

2.2计算电能计量电路与误差

对于电能计量电路来说，其包含一次、二次电路，不相同的电路之间存在一致属性。将电压信号与电流信号相连接，设备电压信号过零时，会产生电平交换，电平交换可以对电流相位进行检测，如下图所示。

检验仪属于高精度电能计量芯片，其中包含数字积分器和空间数据处理、温度传感器以及参考电压电路，因此可以测量有功功率、视在功率和无功功率，还能够测量电流电压方均根值、峰峰值以及校准数字等。

检验仪可以与不同电流传感器相连接，且数字积分器可以与电流传感器直接相连，此种连接方式不需要模拟积分器，且能够确保性能匹配与电压、电流通道。单片机引脚利用模拟开关，可以选择适宜的高频脉冲，这样能够对一次电能、二次电能进行计量，还可以对误差进行计算。在计算电能表误差时，将可以电能表转数n，电能表常数C、一次额定电压U、一次额定电流A按照以下公式进行：

2.3计算电表常数和分频电路

根据电力标准要求可知，电能计量装置与电能之间呈正相关关系，系统在输出高频时，对其进行1×104分频电流，并且应用多设备级联方式达到1×104分频电流。

在电路中，将检验仪的一次电流设置为500A，二次电流设置为5A，电压采用200V，功率因数值为1时，对不同检验仪的输入幅值进行调整，这样能够确保高频输出值为5kHz，通过1×104分频电流进行分频处理之后，可以确保低频频率在0.5Hz，此时仪表电表常数等于1800。

2.4设计相位电路和计算角度差

在测量一次、二次电流相位时，可以利用脉冲填充计数法实现，以此获取互感器的角度差，在对不同检验仪所输出方波信号实行二分频处理之后，可以获取不同线路的相位信号，通过单片机可以得到相应的计数值。连接信号单片机和开关，可以得到准确的计算值，则一次侧电流相位、二次侧电流相位为

2.5其他电路

显示电路应用液晶显示器，USB通信电路应用USB20D、存储电路为总线芯片，按键电路是在74LS164基础上扩展的。

3、软件设计

单片机上电对系统包含通信设备、功能寄存器、单片机输入输出口，进入默认功能工作过程。不同功能模块会准确判断按键结果。单片机会利用定时中断扫描形式，得知按键的内容。在按键过程中，通过相应的标志可以读取按键内容。

如果按键内容为功能测量，则利用开关控制可以计算电参数；当按键内容属于设置功能，能够对电流比输入、参数以及电表常数进行校验；当按键内容为通信功能时，则可以传输相关数据。

4、结束语

此次研究提出关于低压电能计量装置综合误差校验仪的设计原理，并且给出了硬件设计流程和软件设计流程，能够对电能计量的准确性进行实时跟踪监控，还可以为不同电能计量装置提供相应的数据依据，确保互感器与电流器选型科学性，并且在运行过程中能够高度匹配，值得推广应用。

参考文献

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[2]杨华夏,程瑛颖,高利明,等.基于射频同步技术的高压电能计量装置现场校验仪的设计[J].电测与仪表,2018,55(10):132-136.