10kV配电网的电能整体计量技术研究

　　1　问题的提出

　　高压电能整体计量技术是研究从高压侧直接计量电能、取消电能计量中间转换环节、减小计量装置体积和重量,实现计量装置的整体准确度的控制。在10 kV配电网中,传统高压电能计量装置是用电力计量柜或计量箱,由电压互感器(TV)、电流互感器(TA)和电表等多个分离部件共同组合,电能计量采用经互感器接入电度表实现。整体准确度除受各部件准确度影响外,还受现场电压回路二次压降等因素影响。限于技术原因,整体准确度仅能用综合误差描述,由TA、TV的合成误差、接线方式(TV二次导线压降)误差及电能表的误差通过均方根法综合计算获得[1]。

　　根据国际电工委员会(IEC)关于电能表和电能表检验装置规定的基本原则“所有仪表和测量装置的误差都必须进行实际的测量,未经测量,仅是以其他测量中计算出来的和引用电压、电流和功率因数组合的误差,不能作为评价装置基本误差的依据”[2]。因此,为使高压电能计量装置的误差可测量并能准确评价装置的误差等级,有必要研究电能整体计量技术。

　　传统高压电能计量装置除整体计量准确度无法准确定义外,尚存在如下缺陷:①传统高压互感器由于存在电气一次和二次绝缘部分,体积大、重量重、占用空间大;②传统磁感应方式的互感器存在铁磁谐振事故隐患;③表计处于电气二次侧低压电位,存在窃电隐患。随着科学技术的发展,传感器技术、光纤通信技术等使高压电能整体计量已成为可能,打破了传统高压电能计量的电气一次二次分离的固有技术,通过将传统置于电气二次的计算电路等电位植入高压电气一次侧的特殊设计,实现了在高压侧直接整体计量电能。鉴此,本文针对当前高压高电能计量装置存在的问题,介绍了一种用于10 kV配电网的高压电能整体计量技术,提出以产业化设计思路为出发点的高压电能整体计量方案,采用电容分压在高电位获得电压信号,用光纤在内部传递数据,用电压分压方式取得电源能量,避免了工作死区,确保了高压电能计量装置计量结果的准确性和可靠性。

　　2　高压电能整体计量方案

　　10 kV配电网属小电流接地系统,普遍采用两元件法计量电能。对中性点不接地或小电流接地系统,由于满足:

　　即三相总功率或电能S可通过检测AB、CB间电压和A、C相电流获得。

　　图1为高压电能整体计量方案原理图,阴影部分为主绝缘部分,包括AB、CB相间的高压电容、光纤。整个计量电路分为三部分,分别处于A、B、C各相。以A相为例,电流计量直接放置于A相电位。此方案无需考虑TA对地绝缘,体积显著缩小。电流采样信号直接进入A相电位的计量模块。电压采样信号由横跨在相间的分压电容获得,分压臂低侧CL以A相为基准电位。由于仅有几伏的电压差,CL上电压可直接传送至A相计量模块,然后计算.UAB、.IA相乘结果,通过光纤传递至B相主控模块。C相计量模块与A相原理相同[3]。由于此方案综合了高压互感器和电能表计的功能,电能计量行业将该产品称为“高压电能表”。