(云南电网有限责任公司红河供电局 云南红河 661100)
摘要：随着电力科技的日趋发展，数字化、智能化变电站技术也逐步在电力系统中建设和运行，变电站相应的系统及设备维护重点也已经由原来的一次设备、电缆、继电器的检查转向在IEC61850通信规约下智能变电站过程层的光纤通信网络和报文的检测。一次设备的数字化改变了数据采集和控制执行的方式，同样相对于传统的电能计量系统，电子式互感器已具备数字化接口，数字式电能表、合并单元使一次计量设备对外实现了数字化，二次设备的网络化改变了信息传输方式，用光纤和网络通信方式代替了电缆的联接。而针对现在国家还没有相关数字化变电站技术规范的发布，在智能变电站实际建设和运行中，作为电能计量工作人员，需要对智能化、数字化电能计量系统相关知识进行掌握，摸索出一套数字电能计量设备验收及运行维护的方法。
关键词：数字电能；计量系统；验收
1．数字电能计量系统的组成
由图1可知，智能变电站的电能计量系统主要包括一次侧的传感器，其中包含遵循IEC60044-7标准电子式电流互感器以及遵循IEC60044—8标准的电子式电压互感器、合并单元。电子式互感器汇总到合并单元，合并单元经点对点或以太网方式发送采样数据至位于间隔层的数字式计量设备（数字式电能表）。计量设备的交流输入信号由电缆从传统电压、电流互感器输入的模拟信号转变为通信电缆或光纤输入的数字信号。
图1
2．数字计量设备的验收探索
数字计量设备的验收与传统的计量设备验收流程大致相同，数字计量设备验收主要侧重于装置及通信通道数据采集的正确性和设备功能的完备性，验收过程中主要通过相应调试及报文分析进行判断。
2.1 文件及资料的验收主要包括
2.1.1 基本文件的验收
数字计量设备硬件清单、系统配置参数；设备说明书；涉及电能计量的IED能力描述文件ICD，电能计量相关的MMS、GOOSE、SV网络通信配置表及交换机VLAN配置表；计量设备现场安装调试报告；计量设备竣工草图（包括GOOSE配置图（虚拟端子图等）、二次逻辑回路图）。
2.1.2 相关电能计量装置ICD、SCD文件验收
a.对在ICD文件中有关计量设备的访问点，文件中的逻辑设备、逻辑节点、数据集等参数复合IEC61850相关标准的模型测试及与设备说明书描述一致性的检查。
b.检查SCD文件中使用的相关计量装置ICD模型应与装置厂家提供的ICD文件一致。
c.对相关计量装置二次系统虚端子验收：检查SCD文件中虚端子连接应与设计图纸相符合；检查SCD文件中信息命名应与装置显示及图纸相符合。
2.2 电能计量相关设备验收
2.2.1 电子式互感器
如图2结构图，电子式互感器其基本原来是将一次高电压、大电流转变成数字信号或频率变换信号，经传输系统送到二次侧，在二次侧做一定处理后，可以以模拟量形式或数字量形式输出，供测量和保护用。一次侧的电流互感器可以采用光学元件，也可以采用空心线圈或负荷固定连接的铁芯线圈作为电流互感器；一次电压互感器可以采用光学元件或采用精密电阻或电容分压器。二次变换器的任务是将信号变成与被测电流、电压成比例的信号，或放大的、可通信的数字信号，以lOOBase-FX或lO0Base-FL接口输出数据，简化了保护、计量等功能装置的接线。根据实际需要，二次变换器可以在现场完成，也可将信号传输到控制室后。电子式互感器无需铁心，无饱和问题，电气绝缘性好，抗干扰能力强。此外，还有体积小、重量轻及安全可靠等一系列优点。
图2
通过对电子式互感器原理的了解，结合传统互感器验收规定，电子式互感器的现场设备验收应当具备以下几项：
（1）传统验收项目：必须满足IEC60044-7标准电子式电流互感器、IEC60044—8标准的电子式电压互感器相关规程的规定；准确度等级及使用条件应符合《DL/T 448-2000电能计量装置技术管理规程》；一次端工频耐压测试、局部放电测试、低压器件的工频耐压测试，并具备相应的试验报告；极性检查、准确度试验，并出具相应的试验报告；密封性能测试、 零漂及暂态过程测试、电容量及介质损耗因数测量。
（2）联调及二次检查验收项目：采集单元激光输出功率测试；小信号互感器饱和特性测试；采集单元功能切换正确性检验；测量过载能力；采集单元丢帧测试；与合并单元联通测试。
2.2.2 合并单元
合并单元是低压侧数据处理系统，并且为高压侧远端模块提供能源。主要功能为：接收多路远端模块的采样光信号，汇总之后按照IEC一61850规约以光信号形式对外提供采集数据；以光能量的形式，为远端模块提供工作能源；接收来自站级或继电保护装置的同步光信号，实现远端模块间的采样同步功能。
智能变电站中数字化采样数据的传输采取点对点及网络两种方式。出于对继电保护可靠性的考虑，智能变电站中保护应直接采样，即采用点对点的方式传输数据，协议采用IEC60044—7／8或IEC61850—9—1／2标准。而对于测控装置、故障录波、计量等二次设备，其采用数据可通过搭建过程层网络的方式传输，从而实现数据共享。过程层传输采样值的网络称SV采样值网，其主要功能是实现电流、电压交流量的上传。SV采样值网络协议采用IEC 61 850—9—1／2标准。对于保护双重化要求的间隔，网络按照双重化配置，物理上做到相互独立；对保护单重化要求的间隔，网络按照单重配置。
由于合并单元是多元化功能的装置，具有数据采集功能和通信功能，在电能计量中，对于数据的正确性、实时性、可靠性需要有严格的要求，因此在验收合并单元时，应做相应试验进行验收，其验收按照相关标准及要求，应有以下项目：
（1）采样值报文格式检查内容：报文格式应符合国网支持通道可配置扩展的IEC60044-8和IEC61850-9-2协议格式。；报文中采样值发送通道顺序应与SCD文件中的配置相同。
（2）采样报文通道延时测试，包括MU级联条件下的测试。
（4）同步异常告警检查：外时间同步信号丢失GOOSE告警报文检查；合并单元失步GOOSE告警报文检查；同步异常时合并单元1PPS告警指示灯检查。
（5）采样值状态测试：同步/失步时，检测合并单元发送的采样值同步指示位应正确；投入检修压板，检测合并单元发送的采样值同步指示位应正确；检验采样环节故障后，与故障相关的采样数据有效位应正确指示采样值状态。
（6）采样值功能测试：丢帧检查；采样数据准确度检验（变比检查）；计量相关功能安全防护功能检查；与数字式电能表的互联数据唯一及正确性检验。
（7） 装置告警功能检验：开关量异常告警功能检验；采样数据无效告警功能检验；采集器至合并单元光路故障告警功能检验；合并单元电路故障告警功能检验。
（8）装置电源功能检验：合并单元电源中断与恢复过程中，采样值不误输出。
（9）装置接收、发送的关功率检验及人机对话功能检验。
（10）电压变换检验：电压切换功能检验：合、分母线刀闸，合并单元的切换动作逻辑是否正确；电压并列功能检验：加二次电压到合并单元，分合断路器及刀闸，检查各种并列情况下并列动作逻辑是否正确。
2.2.3 数字式电能表
数字式电能表是通过接收光电互感器的光纤传送的数字化电流电压信号后, 实时运算和CPU 系统对该数据进行处理, 处理后产生的各类数据实时存入FRAM 并通过液晶显示接口进行动态显示。该系统遵循IEC 61850- 9 - 1 /2 (数字化变电站内通信规约)协议的全新的数字接口式多功能电能表, 采用数字信号处理器与中央微处理器相结合的构架设计方案, 将数字信号处理器的高速数据吞吐能力与中央微处理器复杂的管理能力完美结合。通过协议处理芯片获取合并单元的数据协议包, 传送至数字信号处理单元完成对电参量测量、电能累计以及电能的计算等任务, 后与中央微处理器进行数据交换, 由中央微处理器最终完成表计的显示、数据统计、储存、人机交互、数据交换等复杂的管理功能。其整表硬件原理框图如图3所示。
图3
由于数字式电能表至今尚未出台检验标准，在验收数字式电能表时应具备以下项目：
（1）准确度等级及使用条件应符合《DL/T 448-2000电能计量装置技术管理规程》，安装规范应符合《DL/ T 825 -2002电能计量装置安装接线规则》；产品功能可参照《DB43 /T 558- 2010数字化电能表》 。
（2）具备数字式电能表检测证书，误差合格，现场开展现场检验，对相序、接线正确性、数据准确性进行检查。
（3）与合并单元进行数据正确性、唯一性、实时性的通信联调。
（4） 对丢帧补偿、状态字判断、异常告警等通信异常功能进行检验。
2.2.4 电缆、光纤、网线
（1）电缆屏蔽线接地良好。
（2）尾纤、光缆、网线应有明确、唯一的名称，应注明两端设备、端口名称。
（3）尾纤的联接应完整且留有一定长度，多余的部分应采用弧形缠绕。尾纤在屏内的弯曲内径大于10cm（光缆的弯曲内径大于70cm），不得承受较大外力的挤压及牵引。
（4）尾纤不应存在弯折、窝折现象，不应承受任何外重，不应与电缆共同绑扎，尾纤表皮应完好无损。
（5）尾纤接头应干净无异物，联接可靠，无松动现象。
（6）光纤配线架中的备用及未使用光纤端口、尾纤应戴防尘帽。
（7）网线的联接应完整并预留有一定长度，不得承受较大外力的挤压或牵引。
2.2.5 屏柜验收
（1）屏柜内落实紧固、无机械损伤、电弧烧伤，检修压板解除是否良好。
（2）计量装置屏柜各部件固定及装置外形检查：固定端正、无松动、损坏现象。
（3）屏柜内小开关、电源小刀闸、空气开关接触良好。
（4）装置背面接地端子接地可靠，接地铜牌、接地线复合要求。
2.2.6 装置电源的验收
由于电子式互感器、合并电源、数字式电能表均需要装置电源提供工作电源，所以在验收时需对装置电源进行验收，验收项目为：
（1）现场必须按照各装置说明书电源要求提供相应电压等级、容量的专一支路工作电源。
（2）装置工作电源末端须专设失压、过流、短路的空气断路器及相应防雷设备。
（3）验收现场需提供相关工作电源图纸，对照相应图纸进行接线正确性检查。
（4）工作电源需具有明确、唯一的名称标示；工作电源处环境应干燥、防雨、防湿气。
（5）工作电源处需提供满足装置的接入的插座，并且安装稳定，空气断路器应具备辅助接点，接入后台进行监视。
3．结语
电子式互感器的采用使得电能计费采集方式发生了变化，从常规模拟量采集到网络通信的数字量采集是技术发展的趋势，依据国家计量法规定，用于贸易结算的关口电能计量装置必须接受强制检定，数字式电能表目前在贸易结算点还存在着认证、检测等法规上的认可问题。然而，目前国家计量检定系统和检定规程还处于建设中。由于二次回路电气量的采集及传输方式的改变，传统计量装置的相应维护方法需要改变，为了适应智能变电站技术的快速发展和确保在建的智能变电站正常投运，有必要对智能变电站中的电能计量工程验收、运行技术进行探讨。
参考文献：
[1] 陈安伟.IEC61850在变电站中的工程应用.中国电力出版社，2012.
[2] 郑安平. 基于IEC 61850 的多功能电能表. 仪表技术与传感器, 2012（10）.
[3] 艾 兵. 数字电能计量及其电能表检测技术. 四川电力技术, 2011（10）.
[4] 冯小丽. 数字化电能表在数字化变电站中的应用.电子设计工程，2012（4）.
论文作者:邱学磊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：电能论文; 装置论文; 单元论文; 设备论文; 功能论文; 变电站论文; 互感器论文; 《电力设备》2019年第1期论文;