多功能電子式電能表的主要功能及計(jì)量外的多種應(yīng)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(jì)量、分析、存儲(chǔ)、費(fèi)率切換、事件記錄、顯示、輸出、通訊等多項(xiàng)功能。20世紀(jì)九十年代的多功能電能表，當(dāng)時(shí)國外品牌占據(jù)了主要的市場份額，電表功能相對(duì)簡單，通常電量、需量、負(fù)荷曲線、簡單事件記錄等功能，通訊接口也相對(duì)簡單。在進(jìn)入本世紀(jì)初以來隨著國民經(jīng)濟(jì)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(jìn)和全國的尖峰電價(jià)的實(shí)行，對(duì)三相電子式多功能電能表的需求量越來越大;同時(shí)隨著計(jì)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(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)時(shí)期快速實(shí)現(xiàn)了電量計(jì)量自動(dòng)化的推廣以及大用戶抄表的普及應(yīng)用，適應(yīng)了日益發(fā)展的供電企業(yè)在電價(jià)改革、用電自動(dòng)化管理中對(duì)電能表和電能計(jì)量計(jì)費(fèi)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(diǎn)：

20世紀(jì)90年代，多功能電子式電能表主要解決了機(jī)械式電能表摩擦力的問題，提高了靈敏度;同時(shí)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(hào)的采集方面也經(jīng)過了兩個(gè)階段的發(fā)展，即采用霍爾效應(yīng)乘法器、時(shí)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(jì)量方法的精度受元器件的參數(shù)影響較大，所計(jì)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(jì)量的理論算法更新;通過對(duì)交流模擬量進(jìn)行高速采樣，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算;通過單片機(jī)的強(qiáng)大的計(jì)算和控制功能，實(shí)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(qiáng)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(chǔ)器可以長時(shí)間地記錄負(fù)荷曲線以及多種事件。

制造過程中采用先進(jìn)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(qiáng)的抗干擾能力等特點(diǎn)。

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(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表;多種遠(yuǎn)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(jì)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(jī)關(guān)、學(xué)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(jí)可分為0.2S，0.5S，1.0，2.0四個(gè)等級(jí)，依據(jù)計(jì)量點(diǎn)的重要性進(jìn)行精度等級(jí)的選擇。

3.2 總電量計(jì)量：

3.2.1 正、反向有功總電量：計(jì)量三相電量之和或單獨(dú)計(jì)量每相的電量;還可以計(jì)量正反向電量絕對(duì)值之和，通常用于沒有反向電量的用戶，以防電流反向時(shí)少計(jì)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(yīng)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(yīng)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(jì)費(fèi)。

3.2.4 12個(gè)月總電量轉(zhuǎn)存值：按照電表參數(shù)預(yù)先設(shè)定抄表時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，也可以通過按鍵進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，電表自動(dòng)記錄復(fù)位時(shí)刻及對(duì)應(yīng)的電量并轉(zhuǎn)存至相應(yīng)的寄存器。

3.3 分時(shí)電量計(jì)量：

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

3.3.2 正、反向有功尖、峰、谷、平各時(shí)段的分時(shí)電量

3.3.3 正、反向無功尖、峰、谷、平各時(shí)段的分時(shí)電量

3.3.4 12個(gè)月分時(shí)電量轉(zhuǎn)存值

3.4 一次值和變壓器損耗計(jì)量功能：

3.4.1 電能表計(jì)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(shí)，設(shè)置變比并選擇按一次側(cè)電能計(jì)量，無需進(jìn)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(dòng)計(jì)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(gè)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(fèi)，國內(nèi)電力公司通常對(duì)大用戶按照最大需量收取容量費(fèi)。

3.5.3 12個(gè)月最大需量轉(zhuǎn)存值

3.5.4 分時(shí)計(jì)量正反向有功、無功最大需量及發(fā)生時(shí)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(shí)間可在1、2、3、5min中選擇(備注：滑差式需量周期能更準(zhǔn)確地反映需量的最大最小值)。

3.6 負(fù)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(dòng)存儲(chǔ)帶有時(shí)標(biāo)及狀態(tài)位的電量、需量、電流、電壓、瞬時(shí)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(chǔ)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(chǔ)容量通常在2M字節(jié)以上。

3.7 防竊電與事件監(jiān)測(cè)：

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

3.7.2 其他事件監(jiān)測(cè)舉例如下：

3.7.3 有的多功能電能表還設(shè)有安時(shí)寄存器，用于記錄電表安培小時(shí)數(shù)以及帶電流失壓時(shí)的分相安培小時(shí)數(shù)，便于電表少計(jì)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(dòng)循環(huán)顯示、手動(dòng)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(diǎn)，可將電能脈沖輸入到RTU等具有脈沖接收功能的裝置進(jìn)行電能監(jiān)測(cè);部分電表具有校表用途的高速脈沖輸出接點(diǎn)，專門用于校表。

3.8.4 報(bào)警、信號(hào)輸出接點(diǎn)，可設(shè)置為輸出電表、功率、電流、電壓、電能、費(fèi)率等參數(shù)的狀態(tài)，或作為具有多項(xiàng)邏輯判斷的報(bào)警事件輸出接點(diǎn)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(yuǎn)程通訊接口，如CS電流環(huán)，RS232，RS485，GPRS，電力載波等，遠(yuǎn)方主站或電表處理器通過電表地址與相應(yīng)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(yuǎn)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(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的讀取;

3.9.2.2 三相電壓、電流、功率因素、瞬時(shí)有功/無功功率、頻率、時(shí)段、時(shí)間等

3.9.2.3 負(fù)荷曲線的讀取;

3.9.2.4 事件記錄的讀取;

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

4 多功能電能表還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量外的多種應(yīng)用，舉例如下：

4.1 負(fù)荷控制：

電力負(fù)荷的大小隨著時(shí)間而實(shí)時(shí)改變，負(fù)荷隨時(shí)間變化的軌跡就是負(fù)荷曲線。由于工業(yè)電能不能存儲(chǔ)，發(fā)電功率必須實(shí)時(shí)隨負(fù)荷的變化而變化;在高負(fù)荷時(shí)，必須有足夠的高峰負(fù)荷相當(dāng)?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(duì)高峰負(fù)荷的限制可以調(diào)整用戶用電高峰時(shí)間和用電峰值，為更多用戶可靠供電，同時(shí)減少在特定高峰時(shí)段的發(fā)供電設(shè)備過負(fù)荷的現(xiàn)象。

在最大需量越過預(yù)先設(shè)定的峰值并延續(xù)了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后，多功能電能表的輸出接點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警、跳閘功能。

4.2 負(fù)荷分析：

多功能電能表通常可以記錄三相電流、電壓和功率，按照積分周期數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，讀取負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)可以對(duì)各時(shí)段負(fù)荷大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為供電企業(yè)、用電單位、車間、小區(qū)等用戶的負(fù)荷預(yù)測(cè)、錯(cuò)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(jìn)行存儲(chǔ)，讀取電壓數(shù)據(jù)可以對(duì)電壓質(zhì)量、功率因數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為電壓調(diào)整、無功補(bǔ)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(dāng)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(shí)，電表將分別記錄超過上限或下限的不合格運(yùn)行時(shí)間。

4.4 功率因數(shù)越限報(bào)警：

多功能電能表時(shí)刻監(jiān)視當(dāng)前功率因數(shù)，當(dāng)超過預(yù)先設(shè)定的最小值并延續(xù)的了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后，多功能電能表的輸出接點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)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(yù)先設(shè)定好的邏輯判斷通過脈沖接點(diǎn)輸出，即可使用。

4.5.1 逆相序保護(hù)：

逆相序時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn);許多三相電機(jī)因自身并沒有逆相序保護(hù)，可能出現(xiàn)電機(jī)燒毀現(xiàn)象。多功能電能表在電壓逆相序時(shí)及時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，將對(duì)三相電機(jī)和電機(jī)所帶動(dòng)的設(shè)備起到很好的保護(hù)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(bào)警信號(hào)，并顯示電壓、電流相角，以提醒用戶進(jìn)行相序檢查。

4.5.2 缺相保護(hù)：

三相電動(dòng)機(jī)由于種種原因，缺少一根火線，就稱為缺相。小型電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)缺相，如果沒有負(fù)荷就會(huì)不均勻的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)迅速發(fā)熱，若不及時(shí)停車，不用多長時(shí)間就會(huì)燒毀;在帶負(fù)荷啟動(dòng)的情況下，由于力矩不足轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢甚至停止轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。稍大的電機(jī)如果缺相啟動(dòng)，會(huì)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(bào)警信號(hào)，保護(hù)開關(guān)、線路及電機(jī)等用電設(shè)備。

4.5.3 電流不平衡、中性線過流保護(hù)：

電流不平衡超過預(yù)設(shè)的比例或中性線電流超過設(shè)定值立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保護(hù)電機(jī)等用電設(shè)備。

4.5.4 過壓、欠壓、過流保護(hù)：

比如電壓欠壓10% 經(jīng)10秒后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電壓過壓15%后直接啟動(dòng)跳閘信號(hào)，單相過流10%經(jīng)10秒發(fā)出報(bào)警信號(hào)，單相過流30%立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)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(jìn)行校表。如下圖所示，通過光電感應(yīng)器讀取到的機(jī)械表轉(zhuǎn)數(shù)，變成脈沖信號(hào)后輸入到PLC;同時(shí)將多功能電能表的脈沖信號(hào)輸入到PLC，使用PLC的定時(shí)功能、外置定時(shí)器或人工開關(guān)進(jìn)行定時(shí)，時(shí)間到即停止接收脈沖。對(duì)脈沖數(shù)量根據(jù)響應(yīng)的脈沖常數(shù)計(jì)算后進(jìn)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(qiáng)大的電量、需量、分時(shí)計(jì)量、負(fù)荷曲線、事件記錄、輸出、通訊等計(jì)量相關(guān)功能，還可以用來進(jìn)行負(fù)荷控制、負(fù)荷分析、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、電機(jī)保護(hù)、過壓欠壓過流保護(hù)、簡易校表等多種應(yīng)用。在解決實(shí)際問題過程中，深入挖掘已有設(shè)備的潛能，實(shí)現(xiàn)所需的新功能;既解決了問題又節(jié)省了開支，這對(duì)于與我們類似的中小型企業(yè)尤為重要。

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