便携式数字化电能表校验装置设计探讨

娄彦杰　陈靖公

摘要：文章参照了JJG 596所运用的电子式电能表检测原理及负载点，结合数字化电能表的采样特点，设计了一款数字化电能表现场校验装置，其优点是可实现数字化电能表在线误差校验，并且可分析电子式互感器及合并单元的采样值报文合法性，从而提高了数字化电能表的运维便利性。

关键词：电能量计量；数字化电能表；误差校验；现场校验；校验装置 文献标识码：A

中图分类号：TN911 文章编号：1009-2374（2015）14-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.008

1 系统工作原理

数字化电能表相对于电子式电能表而言，采样部分使用了电子式互感器以及IEC 61850-9采样通信，但电能计量过程基本类似，因此系统校验原理参照了JJG 596-2012检定规程中所提到的标准表法-定低频脉冲测量法。式（1）为标准表法-定低频脉冲测量法的校验精度计算公式：

（1）

式中：γ0为检定装置的系统误差，可通过对系统进行修正而消除；W为检定装置实测电能值；W0为被检表的计量电能值。在实际检测时，所校验电能表以及系统的电能量都以脉冲数读取。将被检表的脉冲常数记为C，校验装置的高频脉冲常数为C0：

W0=N/C W0=NO/CO （2）

则（1）式简化为：

（3）

式（3）中，N为电能表校验圈数，N0为装置检测到电能表N个电能脉冲时所发出的高频脉冲数。

2 系统实现方案

2.1 装置系统结构

根据数字式电能表的运行特点以及设计的校验原理，结合DTAD6268数字化电能表的结构，经过对其相应软、硬件的更改、设计，实现了便携式数字化电能表现场校验仪。校验仪系统结构组成包含了CPU处理器、检测脉冲信号接收单元、采样值报文收发部分、工作电源、通信以及相应的显示、按键操作等部分，采用MPC8274为系统数据处理器，用于进行数据计算处理，继而实现软件功能；被检表的脉冲信号，通过高速光耦芯片TLP114传输到处理器引起中断响应，其μs级的响应速度迅速将脉冲信号传输给处理器接收并处理，同时也实现了信号隔离，增强了系统的安全；系统共设计了两路光纤以太网口，其中一个用于校验仪接收IEC 61850采样值报文并进行电能计量，另一个用于校验仪向外发送IEC 61850采样值报文供被检表计量；电源部分通过NI-MH电池供电，不仅对系统提供工作电源，同时也提供+5V电源输出，以检测被检表的无源脉冲信号；校验仪系统文件的传输通过RJ45电以太网口实现；240×128的LCD液晶屏以及3个按键用来实现系统的状态量显示以及系统的各项功能操作控制。

2.2 系统功能

校验仪的功能有电能计量、电能校验、通信、显示操作等，采用了Vxworks RTOS系统，在Tornado开发环境下，使用C语言实现系统功能的开发。

校验仪的系统工作流程为：系统上电启动后，首先进行初始化，包括中断寄存器设置、定时寄存器设置、运行任务优先级、系统自检等；初始化完成后，系统开始运行各项任务，分别完成校验仪的采样值收发、电能计量、校验电能表、界面显示以及按键的控制等任务。

系统的电能计量以IEC 61850的数字化信号为基础，即将电能计算进行离散化，得到数字信号的电能计算公式；根据IEC 61850协议，采样一般按照每周波80点进行，因此由采样报文中得到的电压、电流值相乘得到瞬时功率，根据采样的时间间隔进行相乘、累加从而得到相应的电

能值。

系统的校验功能利用RTOS的信号量机制实现。校验任务随着系统的启动开始运行，等待相应控制量的状态改变；当通过按键进入校验仪的校验界面启动其功能后，相关变量状态改变使得校验任务允许脉冲中断响应中开始进行电能计量；当接收到的脉冲数达到在进行校验前所输入的脉冲常数C时，中断中停止电能计量，并通知校验任务对检测结果按照式（3）进行处理，计算出被检表的计量精度，一次检测完成；为了提高校验的精度，减小随机误差的影响，每次校验共累计5次检测的结果再求平均值，得到校验的结果。另外，系统在计量电能的同时也能够对其幅值、频率、相序等信息进行检测。在利用现场的采样值进行校验时，校验仪对其电压、电流信息相关量的显示，可直接用来检查前端电子式互感器的CT反序等错误接线问题。

在检定过程中，按键设置为禁用，显示界面处于校验状态，更好地实现了系统的可视化和交互功能；在系统启动后，当校验仪没有采样值报文输入时，自动通过程序向外发送模拟采样值报文。

3 系统性能及试验数据分析

系统脉冲响应对整个系统性能的影响在于从脉冲发出到系统开始响应这段时间内所测电能的功率波动造成的误差；高速光耦芯片TLP114对脉冲的响应动作延时为μs级，根据变电站的现场运行情况来看，功率波动对检测造成的影响可以忽略。从设计原理上来看，校验仪有着很高的校验精度，参照JJG 596-2012中的电子式电能表的检测负载点，可以对数字化电能表进行精度

校验。

在软硬件的设计实现后，通过实验，对所设计的校验仪进行验证。校验实验对象选择DTAD6268型数字化电能表（有功0.2s，无功优于2.0s精度等级）。首先使用传统电子式电能表校验装置的电源装置向合并单元发送模拟电压、电流信号，由合并单元对电能信号进行采样输出数字信号，校验仪及电能表使用合并单元的采样值进行校验实验，根据四项电能（有功正反向、无功正反向）校验实验的校验结果显示界面，然后直接由校验仪向电能表发送采样值报文进行校验实验，其校验结果与第一次实验结果一致。分别对两种模式进行了多次重复性实验，所得结果均一致。

在校验仪对被检表发送模拟采样值报文进行检测时，模拟报文则是由程序所生成的标准波形数字信号，因而故其检测误差结果也为0。由于校验仪及被检表使用同一数字化采样值进行计量计算，消除了由于采样值不同而引入的误差，故正常工作的电能表的误差应十分小；检测结果中的误差为0，并不代表被检表的计量绝对准确，而表示被检表和校验仪的计量精度一致，即被检表的计量是准确的。由此看出，数字化电能表现场校验装置能够快捷地对数字化电能表进行实验室及现场校验，校验结果十分准确，能够达到所设计的要求。

4 结语

经过实验，所设计的数字化电能表现场校验仪，能够实现所要求的功能，同时也能够对电压、电流的幅值、相序以及频率等信息进行检测。相对于常用电能表校验装置而言，现场校验仪的体积、重量都大为减小，其便携性能使得数字式电能表的现场校验更加快捷、

简便。

校验仪已经能够满足实验使用需求，而对于形成产品很好的满足还需要进一步改进。随着数字化电能表应用的不断推广，其现场校验工作的便捷也显得越来越重要；数字化电能表现场校验装置不仅能够快速完成数字化电能表的精度校验，而且其携带、操作都非常方便，对于变电站的日常维护、检查工作能够发挥重要作用，也必将随着智能变电站的发展得到越来越广泛的

应用。

参考文献

[1] 刘润民.电能表现场校验仪常见问题解析[J].计量技术，2008，（7）.

[2] 国家质量技术监督局.电子式电能表检定规程（JJG 596-1999）[S].1999.

[3] 杨晴.电力生产过程现场校验技术发展及应用[J].云南电力技术，2004，32（4）.

[4] 艾兵，江波.数字电能计量以及电能表检测技术[J].四川电力技术，2011，（4）.

作者简介：娄彦杰，女，国电南京自动化股份有限公司工程师，MBA，研究方向：数字化电能表相关的智能变电站电能计量产品研制设计和管理；陈靖公，男，供职于国电南京自动化股份有限公司，研究方向：电能计量及电能表相关智能电网产品设计。

（责任编辑：周 琼）