19电能计量技术的发展与标准化

主讲人:李向锋高级产品经理电能计量技术的发展与标准化兰吉尔表计(珠海)有限公司第一部分计量技术与成本之间的关系影响计量装置投入成本的要素+计量节点数目+计量装置的可靠性+计量装置的可用寿命+轮换间隔期+所需计量装置的类型数+计量装置的成本+人力资源成本+工人数量+检验工时成本+首次安装成本+再次拆卸和安装成本+由于故障或超差引起的读数损失+回收与处置成本+相关的政策法规要求+计量节点数目+计量装置的成本+轮换间隔期+计量装置的可用寿命+计量装置的可靠性+计量准确度要求+所需计量装置的类型数+通讯技术及其灵活性+资金成本运营成本影响要素投资影响要素电表使用过程中影响电力公司投入的关键因素电表轮换周期电表可用寿命通讯方式灵活性电表可靠性电表投资成本电表运营成本计量装置投资中的可控制因素计量节点数目计量节点成本计量节点轮换周期通讯技术与接口灵活性量程与型式种类计量节点可用寿命计量节点的可靠性可控制的影响(Persuasiblecost)不可控制影响（Impactcost）高高低低计量精确度计量装置运行成本中的可控制因素计量节点数目计量节点成本计量节点轮换周期通讯技术与接口灵活性量程与型式种类计量节点可用寿命计量节点的可靠性可控制的影响不可控制影响高高低低计量精确度人力资源成本首次安装成本首次检验成本用工数量读数损失重新装拆费用回收处理费用由此引出的标准化问题1.如何定义计量产品的可用寿命?(SN29500/IEC61709)2.如何确定计量产品的轮换周期?(DL/T448更新)3.如何判别计量产品的可靠性指标?(SN29500/DL/T830?)4.如何针对不同的计量类型和使用特点,规范化计量功能和计量方法?(DL/T614-2007,IEC62053)5.针对不同类型的计量装置,应规范不同的通讯接口和通讯规约(IEC62056,IEC870-5-102,DL/T645,DL/T698,…)第二部分不同计量类型对电表性能的要求DL/T448-2000对电能计量装置分类Ⅰ类:关口计量Ⅱ类:关口/大工业用户计量Ⅲ类:中等工商业/厂站计量Ⅳ类:小型工商业/农电站计量V类:220V居民用户计量用户:月平均用电量达5MkWh/变压器容量10MVA以上上网:200MW以上发电站/网间交换/省网结算用户:月平均用电量达1MkWh/变压器容量2MVA以上上网:100MW以上发电站/供电企业间交换用户:月平均用电量达0.1MkWh/变压器容量315kVA以上上网:100MW以下发电站/110kV以上线路考核/供电企业内部考核用户:315kVA以下计费用户及企业内部考核单相220V供电的电力用户0.2S/0.5S高精度关口计量0.5S/1.0多功能计量1.0/2.0简易多功能计量2.0有功计量2.0有功计量Ⅰ类计量装置的特点1.计量电量特别巨大：２00MW以上发电机组、10MVA以上用户变压器容量、500万度/月用电2.电压等级高：通常为220kV以上的超高压和特高压计量3.测量变比特别高（在1,000,000:1以上）4.计量点的功率变化范围特别宽5.对精确度和稳定性要求特别高（哪怕很小的误差波动，也会导致很大的电量读数损失）6.要求带时标的负荷曲线种类多、间隔短、数据全7.通讯信息量大，对通讯方式和通讯规约有很高要求(TCP/IP,IEC62056,IEC870-5-102)8.对定期远程校准有要求9.对产品的可靠性要求极高，但对使用寿命要求不高10.计量节点很少(省级在1000点以下)，对产品的成本不敏感11.IEC62053-22/GB/T17883-1999/DL/T614Ⅰ类计量装置的主要性能要求1.综合计量等级达到0.1%级或0.05%级(标称为0.2S级)2.先进科学的表内二次传感器技术:将信号角差/频次误差等对电表精度的影响降到最低限度3.先进可靠的实时非稳态计量算法(如:小波分析)是发展方向4.每周波连续采样,每个周波采样密度达到256点以上5.除具有分相基波有功功率计量外,还应具有分相的2~50次谐波有功功率计量6.除具有分相基波无功功率计量外,还应具有分相的2~50次谐波无功功率计量7.具有高精度的电能参数(如:电压/频率/功率因数)合格率统计功能8.损耗(铁损/铜损)计算功能9.除了具有普通负荷曲线功能外,还应具有与电能质量参数关联的负荷曲线10.极低的故障率和计量精度长期稳定性11.模块化通讯接口设计,具有高速远程数据通讯接口(EthernetE1/T1接口与光纤,GPRS…)12.电源模块化设计,支持多种供电方式:尽量减小因电表从TA/TV取电导致的计量误差Ⅱ类计量装置的特点1.计量电量大：100MW以上发电机组、2MVA以上用户变压器容量、100万度/月用电2.电压等级高：通常为220kV或110kV的高压计量3.测量变比高（在500,000:1以上）4.计量点的功率变化范围宽5.对计量装置的稳定性要求很高6.要求带时标的负荷曲线种类多、数据全7.通讯信息量大，对通讯方式和通讯规约有很高要求(IEC62056,IEC870-5-102,DL/T645)8.对产品的可靠性要求高，对使用寿命要求不高9.计量节点不多(省级在10000点以下)，对产品的成本不太敏感10.IEC62053-22/GB/T17883-1999/DL/T614Ⅱ类计量装置的主要性能要求1.综合计量等级达到0.2%级或更高(标称为0.5S级或0.2S级)2.先进科学的表内二次传感器技术:将信号角差/频次误差等对电表精度的影响降到最低限度3.成熟可靠的实时稳态计量算法4.每周波连续采样,每个周波采样密度达到64点以上5.除具有分相基波有功功率计量外,还应具有分相的2~21次谐波有功功率计量6.除具有分相基波无功功率计量外,还应具有分相的2~21次谐波无功功率计量7.具有电能参数(如:电压/频率/功率因数)合格率统计功能8.具有分类负荷曲线功能9.分相的分时计费功能要求高(有功、无功、视在功率等)10.防窃电功能11.低故障率和计量精度长期稳定性12.模块化通讯接口设计,能够选配灵活多样的通讯方式(GPRS/CDMA/RS485…)Ⅲ类计量装置的特点1.计量电量大：100MW以下发电机组、315kVA以上用户变压器容量、10万度/月用电2.电压等级高：通常为110kV~10kV的高压计量3.测量变比较高（在100,000:1以上）4.计量点的功率变化范围宽、潮流方向变化大、谐波污染严重5.对计量装置的多功能性要求很高6.要求带时标的负荷曲线7.通讯信息量较大，对通讯模块化设计有要求(IEC62056,DL/T645)8.对产品的可靠性要求低于Ⅱ类，对使用寿命要求高于Ⅱ类9.计量节点较多（省级在数万~十万之间），对产品的成本比较敏感10.IEC62053-21/GB/T17215-2002/DL/T614Ⅲ类计量装置的主要性能要求1.综合计量等级达到0.5%级或更高(标称为1级或0.5S级)2.表内二次传感器技术要求一般3.采用专用计量集成电路4.每周波连续采样,每个周波采样密度达到32点以上5.很少要求分相谐波计量6.具有电能参数(如:电压/频率/功率因数)合格率统计功能7.具有分类负荷曲线功能8.分时计费功能要求高(有功、无功等)9.防窃电功能要求特别高10.低故障率11.有负荷控制功能要求12.模块化通讯接口设计,能够选配灵活多样的通讯方式(GPRS/CDMA/RS485…)Ⅳ类计量装置的特点1.计量电量不大：315kVA以下用户为主2.电压等级不高：通常为380V3.测量变比不高，有一些用户可以采用直联方式计量4.计量点的功率变化大、谐波污染严重5.由于用户负荷的不确定性，对宽量程有要求6.对计量装置的多功能性要求低7.通讯信息量较小，对通讯模块化设计要求不高(IEC62056-21,DL/T645)8.为了节约维护成本，对产品长寿命要求高于其它类型9.计量节点数量大（通常在10万以上），对产品的成本很敏感10.IEC62053-21/GB/T17215-2002Ⅳ类计量装置的性能要求1.综合计量等级达到1.0%级或更高(标称为2级)2.表内二次传感器技术要求低成本3.采用专用计量集成电路4.很少要求分相谐波计量5.通常只要求有功功率计量，不要求具有无功及其它电能参数监测功能6.具有历史电能记录功能7.分时计费功能要求不高（有些场合，甚至不需要分时计量）8.防窃电功能要求特别高9.低故障率、长寿命10.有负荷控制功能要求（如：预付费、限流等要求）11.对防护和阻燃特性有更高要求（IP51/IP53,960℃）12.通讯接口通常为RS485和红外线，也有要求PLC接口的。要求有防止220V或380V误接功能Ⅴ类计量装置的特点1.220V单相交流用户2.采用直联方式计量3.计量点的功率变化大、谐波、闪变污染严重4.由于用户负荷的不确定性，以及减少库存品种方面的考虑，对宽量程有要求5.对计量装置的多功能性要求低6.通讯信息量较小，不要求实时通讯(IEC62056-21,DL/T645,DL/T698)7.为了节约维护成本，对产品长寿命要求高于其它类型8.计量节点数量庞大（省级通常在数百万台以上），对产品的成本非常敏感9.IEC62053-21,DL/T828，DL/T829,DL/T830,GB/T17215,…Ⅴ类计量装置的性能要求1.综合计量等级达到1.0%级或更高(标称为2级)2.表内通常采用锰铜取样3.采用专用计量集成电路4.通常只要求有功功率计量，不要求具有无功及其它电能参数监测功能5.具有历史电能记录功能（主要针对分时表）6.分时计费功能要求不高（有些场合，甚至不需要分时计量）7.防窃电功能要求特别高8.低故障率、长寿命（如：机械表25年、电子表15年）9.有负荷控制功能有时有要求（主要是：防止拖欠费、预付费等）10.对防护和阻燃特性有更高要求（IP51/IP53,960℃）11.通讯接口通常为RS485和红外线，也有要求PLC接口的。要求有防止220V或380V误接功能第三部分非稳态计量条件下的先进计量技术非正弦周期电参量展开为傅立叶级数电网中存在着中大功率电力电子装置，变频器、整流器、调速系统、感应加热、具有强烈非线性能特性的电弧为介质的设备、以电力电子元件为基础的开关电源、计算机、微波炉等现代电子设备的大量应用，使得电网电流不再是正弦函数。狄利克雷(Dirichlet)条件:任何一个周期为T的函数f(t)=f(t+T),如果在一周期内连续，并且具有有限个极大值和极小值，则函数可展开为傅立叶级数。...)sin(...)2sin()sin(2)(22110++++++++=kkmmmtkAtAtAAtfϕωϕωϕω∑∞=++=10)sin(2kkkmtkAAϕωk为奇数时的谐波叫奇次谐波，k为偶数时的谐波叫偶次谐波直流分量/零次谐波谐波分量基波分量展开式为：3.1理想的TA/TV工作原理电流互感器(TA)的基本原理磁芯——由硅钢片或波莫合金等软磁性材料制作电流IN——互感器原边通过的电流，原边可以是单匝或多匝线圈电势VM——由副边的感应电流IM通过R2后产生的电压,IN越大，磁芯上的感应磁场越强,VM越大通过测量VM的大小,可以正比例地测量出相电流(Ia/Ib/Ic)的大小TA测量的特点:1.测量电流范围大，原理简单，成本低，但容易饱和2.绝缘强度高，容易实现输入输出的隔离3.特定范围内输出线性度高，抗干扰性强，但不能测量直流及高频分量（通常带宽10~10kHz）4.信号增益很小,轻载时磁偏角大,需特殊补偿,不适用于宽量程要求TA测量需要解决的难点:1.事故状态下过量程导致的磁饱和2.轻载时的磁偏角修正3.外部开路条件下的抗干扰3.2罗氏线圈的工作原理RogowskiCoil电流互感器罗氏线圈互感器测量的特点:1.测量电流范围大，不容易饱和2.绝缘强度高，容易实现输入输出的隔离3.配合适当的积分器时输出线性度高，抗干扰性强，能测量直流及高频分量(DC~2.8MHz)技术难点:1积分电路与线圈的匹配问题2.线圈骨架3.3霍耳