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【摘 要】伴随着数字化变电站的发展，数字式计量已成为必然的趋势。与传统的电能计量装置截然不同，数字式互感器将电能量数据变送为IEC61850-9-1数字信号帧，通过光纤直接传送予数字式电能表进行数学运算得出电能信息。从而彻底替代了传统式互感器和电能表传输和采样均使用模拟量的形式。数字式电能计量装置的原理和接口发生了根本性变化，这就使得原有的计量装置誤差溯源和比对分析不再适用。本文以石嘴山河滨220kV变电站为实验地点，提出数字式电能计量装置的整体误差检定方法，对同一计量点同时建立了数字及传统两套计量装置实验模型，通过现场误差实验和用电信息系统中的表码和电量比对分析，得出切实可行的数字式计量装置的误差评价方法。
【关键词】数字化变电站；整体检定；误差溯源；建模分析
在传统计量装置中，电磁式互感器输出的模拟电压电流信号，通过铜芯导线将信号输送到电能表中进行计量。在整个过程中，由于二次线缆长度及线缆与开关接触点等地方接触电阻，会导致的一个无法忽略的二次压降，这个压降使得表尾的电压与互感器出口电压有差异，从而影响整个计量装置的准确度，这也是现在造成少计发电量、供电量、线损偏负等计量异常的主要原因。数字化变电站中采用光电互感器代替传统的电磁互感器，用光缆代替传统的二次电缆，其信号采集、综合保护、测控计量等系统实现了全数字化。众所周知，光纤中信号衰减极其微弱，在加上IEC61850-9-1通讯规约中帧校验的存在保证了计量的电压电流量在传输环节中误差几乎为零。数字式计量装置在互感器侧必须进行模/数转换和时钟同步，这又引入了传统式互感器不存在的新误差。因此，为保证关口计量装置准确可靠，维护电力市场公平贸易，亟待对数字式和传统式电能计量装置进行综合误差比对研究.
一、实验地点选择
目前，宁夏回族自治区已有开元110kV数字变电站，河滨220kV数字变电站以及海宝110kV数字变电站投入运营，我们选取石嘴山河滨220kV变电站为实验地点，对同一计量点同时建立了数字及传统两套计量装置实验模型，通过现场误差实验用电信息系统中的表码和电量比对分析，得出两种计量装置的误差。
二、实验设计
（一）实验线路设备
石嘴山河滨220kV变电站220kV母线上带有一河甲线发电上网线路，这条线路有负荷稳定，功率大，易于观察的特点。该线路的计量装置数字计量装置由电子式电流互感器（ECT）、电子式电压互感器（EVT）、合并单元（MU）和数字式电能表组成，采用IEC61850-9-1协议数据帧，通讯方式是光纤通讯。电子式电流互感器（ECT）准确度为0.2s级。电子式电压互感器（EVT）准确度均为0.2级。数字式电能表准确度为0.2s级。
（二）现存电子式互感器的现场检定技术的缺点
根据相关规定，传统的计量系统检定多是将互感器和电能表分开检定。分别确定其准确度等级。由于电子式互感器传输的是数字信号，使得传统的互感器检定方法不再适用。使用直接测量法来检定电子式互感器误差。原理如图1所示。
图1 直接测量法检定电子式互感器误差
该方法借鉴了传统互感器现场检验的方法，不同的是引入了同步时钟和标准A/D转换器。实际上是把标准电流互感器输出的电流信号通过经过一次转换，使得转换得来的信号可以与被试CT进行比对。
该方法的缺点非常明显，首先是对光电互感器校验仪要求较高，需要专门的开发。其次，必须对A/D转换器的误差进行评估，否则会引入其他误差，影响实验准确性。最后，数字式计量装置的时钟引入的时钟配合误差是无法像传统计量装置那样割裂开互感器和电能表进行评估的[2]。基于此，我们设计了数字式电能计量装置的整体误差比对实验。
（三）数字式电能计量装置的误差比对实验
所进行的数字式电能计量装置整体误差比对分别选择了两个参照系进行了实验，参照系一采用的是试验用标准电压互感器，准确度等级为0.02级，额定工作电压为220kV，标准电流互感器，准确度等级为0.02级。电能表现场校验仪，准确度等级为0.05级。参照系二采用现场用电磁式电压互感器，准确度等级为0.2级，额定工作电压为220kV，传统电流互感器，准确度等级为0.2级。传统电能表，准确度等级为0.2S级。
1、 数字式电能计量装置整体检定实验
对河滨数字变一河甲线进行了投运前检定时，采用了这个实验方法，用以评估数字式电能计量装置的整体误差，原理图如图2。
对于被测电子式电流互感器，电子式电压互感器，合并单元和数字式电能表组成了一个数字电能计量系统，电子式（电压电流）互感器，将采样信号以IEC61850-9-1数字信号帧形式通过光纤传送至合并单元。另一方面由标准电流互感器，标准电压互感器传来的模拟信号在电能表现场校验仪上进行同步计量。数字式电表发出的光电脉冲又由电能表现场校验仪进行采集比对，最终形成整个计量检定系统的闭环。
图2 数字式电能计量装置整体误差评估
该方法有以下优点：
（1）虽然无法做到对数字电能表和互感器的溯源工作，但是该方法可对数字式计量装置整体进行溯源。
（2）测试的是整体的误差，可以从整体上对数字计量系统进行误差分析。
（3）测试方法简单，用以往使用的传统仪器就可以完成。
在石嘴山河滨220kV数字变电站一河甲线投运前检定试验中，实验整体误差见表1：
表1 河滨220kV数字变电站整体误差
可以看出在额定功率下系统误差为0.45%，低于传统计量装置系统误差。
2.3.1.3常用负荷下额定功率A类不确定度评定
我们选取常用负荷额定功率下的误差来评定A类不确定度。一河甲线数据如下： 表2 一河甲线误差数据
因此数字式电能计量系统与标准电能计量系统的比对，在额定功率条件下，A类不确定度为0.00009.置信概率達到96.15%，功率误差为0.47%。
2、现场数字式电能计量装置与传统电能装置长期走字比对实验。
我们将这条线路选取作为实验线路，因此，在设计这条线路的计量装置时，为便于对同样环境下数字式与传统式电能计量装置进行长期比对研究，我们对该线路同时加装数字式和传统式计量装置各一套，电子式电流互感器（ECT）与一组传统电流互感器（CT）串联，准确度均为0.2s级。电子式电压互感器（EVT）与一组传统电压互感器（PT）并联，准确度均为0.2级，两种电能表均为0.2s级，主表为传统式电能表，副表为数字式电能表，两套装置均独立运行。
该方法的优点有下：
（1）可以借助用电信息采集系统长期对两种计量装置进行监视。
（2）可以研究两种计量装置在不同环境（温度，湿度等）条件下，误差的变化。
（3）可以比对传统式与数字式计量装置误差。
（4）互为备用，保证可靠计量。
截止2013年4月1日0点从用电信息采集系统中导出的表码数据对比如下表。
表3 表码数据对比表
可见由于二次压降的减少，数字式计量装置较传统计量装置更为精确，从实验数据来看，较传统式计量装置综合误差更小。
四、实验结论
经两个实验的验证，数字化变电站中采用光电互感器信号采集、综合保护、测控计量等系统实现了全数字化，光纤中信号衰减极其微弱，再加上IEC61850-9-1通讯规约中帧校验的存在。保证了计量的电压电流量在传输环节中误差几乎为零，大大减少了二次压降对计量误差带来的影响。虽然引入了模数转换和时钟同步问题导致的新误差，但也使得整个计量装置的总体准确度提高。
综上所述，数字式电能计量装置整体检定实验，为我们提供了一种使用原有设备更准确评估数字计量装置的准确度的方法，能有效解决现场数字电能计量装置现场检定问题。
参考文献：
[1] 冯邵文，项小东.基于波形分析的数字式互感器校验仪[J].电测与计量，2011（8）
[2] 刘余庆.互感器校验仪的原理及检定[M].中国电力出版社，2003（10）
【关键词】数字化变电站；整体检定；误差溯源；建模分析
在传统计量装置中，电磁式互感器输出的模拟电压电流信号，通过铜芯导线将信号输送到电能表中进行计量。在整个过程中，由于二次线缆长度及线缆与开关接触点等地方接触电阻，会导致的一个无法忽略的二次压降，这个压降使得表尾的电压与互感器出口电压有差异，从而影响整个计量装置的准确度，这也是现在造成少计发电量、供电量、线损偏负等计量异常的主要原因。数字化变电站中采用光电互感器代替传统的电磁互感器，用光缆代替传统的二次电缆，其信号采集、综合保护、测控计量等系统实现了全数字化。众所周知，光纤中信号衰减极其微弱，在加上IEC61850-9-1通讯规约中帧校验的存在保证了计量的电压电流量在传输环节中误差几乎为零。数字式计量装置在互感器侧必须进行模/数转换和时钟同步，这又引入了传统式互感器不存在的新误差。因此，为保证关口计量装置准确可靠，维护电力市场公平贸易，亟待对数字式和传统式电能计量装置进行综合误差比对研究.
一、实验地点选择
目前，宁夏回族自治区已有开元110kV数字变电站，河滨220kV数字变电站以及海宝110kV数字变电站投入运营，我们选取石嘴山河滨220kV变电站为实验地点，对同一计量点同时建立了数字及传统两套计量装置实验模型，通过现场误差实验用电信息系统中的表码和电量比对分析，得出两种计量装置的误差。
二、实验设计
（一）实验线路设备
石嘴山河滨220kV变电站220kV母线上带有一河甲线发电上网线路，这条线路有负荷稳定，功率大，易于观察的特点。该线路的计量装置数字计量装置由电子式电流互感器（ECT）、电子式电压互感器（EVT）、合并单元（MU）和数字式电能表组成，采用IEC61850-9-1协议数据帧，通讯方式是光纤通讯。电子式电流互感器（ECT）准确度为0.2s级。电子式电压互感器（EVT）准确度均为0.2级。数字式电能表准确度为0.2s级。
（二）现存电子式互感器的现场检定技术的缺点
根据相关规定，传统的计量系统检定多是将互感器和电能表分开检定。分别确定其准确度等级。由于电子式互感器传输的是数字信号，使得传统的互感器检定方法不再适用。使用直接测量法来检定电子式互感器误差。原理如图1所示。
图1 直接测量法检定电子式互感器误差
该方法借鉴了传统互感器现场检验的方法，不同的是引入了同步时钟和标准A/D转换器。实际上是把标准电流互感器输出的电流信号通过经过一次转换，使得转换得来的信号可以与被试CT进行比对。
该方法的缺点非常明显，首先是对光电互感器校验仪要求较高，需要专门的开发。其次，必须对A/D转换器的误差进行评估，否则会引入其他误差，影响实验准确性。最后，数字式计量装置的时钟引入的时钟配合误差是无法像传统计量装置那样割裂开互感器和电能表进行评估的[2]。基于此，我们设计了数字式电能计量装置的整体误差比对实验。
（三）数字式电能计量装置的误差比对实验
所进行的数字式电能计量装置整体误差比对分别选择了两个参照系进行了实验，参照系一采用的是试验用标准电压互感器，准确度等级为0.02级，额定工作电压为220kV，标准电流互感器，准确度等级为0.02级。电能表现场校验仪，准确度等级为0.05级。参照系二采用现场用电磁式电压互感器，准确度等级为0.2级，额定工作电压为220kV，传统电流互感器，准确度等级为0.2级。传统电能表，准确度等级为0.2S级。
1、 数字式电能计量装置整体检定实验
对河滨数字变一河甲线进行了投运前检定时，采用了这个实验方法，用以评估数字式电能计量装置的整体误差，原理图如图2。
对于被测电子式电流互感器，电子式电压互感器，合并单元和数字式电能表组成了一个数字电能计量系统，电子式（电压电流）互感器，将采样信号以IEC61850-9-1数字信号帧形式通过光纤传送至合并单元。另一方面由标准电流互感器，标准电压互感器传来的模拟信号在电能表现场校验仪上进行同步计量。数字式电表发出的光电脉冲又由电能表现场校验仪进行采集比对，最终形成整个计量检定系统的闭环。
图2 数字式电能计量装置整体误差评估
该方法有以下优点：
（1）虽然无法做到对数字电能表和互感器的溯源工作，但是该方法可对数字式计量装置整体进行溯源。
（2）测试的是整体的误差，可以从整体上对数字计量系统进行误差分析。
（3）测试方法简单，用以往使用的传统仪器就可以完成。
在石嘴山河滨220kV数字变电站一河甲线投运前检定试验中，实验整体误差见表1：
表1 河滨220kV数字变电站整体误差
可以看出在额定功率下系统误差为0.45%，低于传统计量装置系统误差。
2.3.1.3常用负荷下额定功率A类不确定度评定
我们选取常用负荷额定功率下的误差来评定A类不确定度。一河甲线数据如下： 表2 一河甲线误差数据
因此数字式电能计量系统与标准电能计量系统的比对，在额定功率条件下，A类不确定度为0.00009.置信概率達到96.15%，功率误差为0.47%。
2、现场数字式电能计量装置与传统电能装置长期走字比对实验。
我们将这条线路选取作为实验线路，因此，在设计这条线路的计量装置时，为便于对同样环境下数字式与传统式电能计量装置进行长期比对研究，我们对该线路同时加装数字式和传统式计量装置各一套，电子式电流互感器（ECT）与一组传统电流互感器（CT）串联，准确度均为0.2s级。电子式电压互感器（EVT）与一组传统电压互感器（PT）并联，准确度均为0.2级，两种电能表均为0.2s级，主表为传统式电能表，副表为数字式电能表，两套装置均独立运行。
该方法的优点有下：
（1）可以借助用电信息采集系统长期对两种计量装置进行监视。
（2）可以研究两种计量装置在不同环境（温度，湿度等）条件下，误差的变化。
（3）可以比对传统式与数字式计量装置误差。
（4）互为备用，保证可靠计量。
截止2013年4月1日0点从用电信息采集系统中导出的表码数据对比如下表。
表3 表码数据对比表
可见由于二次压降的减少，数字式计量装置较传统计量装置更为精确，从实验数据来看，较传统式计量装置综合误差更小。
四、实验结论
经两个实验的验证，数字化变电站中采用光电互感器信号采集、综合保护、测控计量等系统实现了全数字化，光纤中信号衰减极其微弱，再加上IEC61850-9-1通讯规约中帧校验的存在。保证了计量的电压电流量在传输环节中误差几乎为零，大大减少了二次压降对计量误差带来的影响。虽然引入了模数转换和时钟同步问题导致的新误差，但也使得整个计量装置的总体准确度提高。
综上所述，数字式电能计量装置整体检定实验，为我们提供了一种使用原有设备更准确评估数字计量装置的准确度的方法，能有效解决现场数字电能计量装置现场检定问题。
参考文献：
[1] 冯邵文，项小东.基于波形分析的数字式互感器校验仪[J].电测与计量，2011（8）
[2] 刘余庆.互感器校验仪的原理及检定[M].中国电力出版社，2003（10）