李勇，杨富堂

（1.陕西电力科学研究院，陕西西安710054;2.渭南供电局陕西渭南714000）

在电能计量和电能计量装置校验中，所使用的计量电表和校验工具都有相应的准确性要求，对准确性来说，环境温度的变化，是造成其变化的主要因素之一，由于一般低精度计量电表和校验工具受环境温度变化的影响不会达到其标称准确度的量级，因此在实际应用中往往不被人们重视，所引起的误差也常常予以忽视[1-2]。而对于0.05级或以上等级的校验工具或电能校验标准来讲，环境温度的变化会直接影响到检测或校验的结果，因此有必要特别强调。现场电能表在线检测时环境温度引起的测量误差变化问题应该引起所有人的重视。综上所述，实现高精度检测工具和校验标准的宽温范围内准确性的稳定性是很有必要的。本文就研发750 kV变电站关口电能表远程在线检测系统中宽温环境下所遇到的问题及解决方法做一介绍。

1 750 kV变电站关口电能表远程在线检测系统简介

750 kV变电站关口电能表远程在线检测系统分为主站和分站2个部分，主站设在电能计量中心办公室，分站安装在750 kV变电站各保护小室。所有分站与主站的联系通过专用光纤，并经过通信专用通道联入计量中心主站，完成整个检测过程。系统检测图见图1。

2 系统标准

在电能计量装置远程在线检测系统中，工控机为其控制核心，系统内部的SZBMC01型多通道现场标准电能表为其比对标准。工控机通过控制SZBMC01数字测量部分切换，可分时对所有关口的计量主副电能表进行校验检测。因此，系统内的比对标准、即SZBMC01多通道现场标准电能表是保证该检测系统指标准确性的核心。SZBMC01多通道现场标准电能表原理图如图2所示。

图2 多通道现场标准电能表原理框图

虽然变电站环境条件相对较好，有室内空调对室内温度进行调控，但是现场温度有±5℃的变化也很正常，因此，在本系统设计时，考虑到其他应用场合的极端情况，我们对该系统的工作环境温度提出了0～43℃的宽温设想，争取控制该系统在宽温区间内的温度系数，使其≤ 2×10-6，即使在极端情况下，环境温度在43℃时，其内部比对标准累计变化≤4×10-5，小于0.05等级的1/10，这样，由环境温度变化所引起的系统检测误差就可以忽略不计了。

一般使用温度补偿的方法自动修正宽温范围的整机指标或局部指标，温度补偿方法主要包含硬件方法和软件方法，硬件方法最常用的手段有局部恒温槽和元件加减平衡等，此类方法的优点是补偿直接、见效快，便于整机综合指标的提高，缺点是增加了电路的设计难度，在器件选择、整机调试等方面显得十分麻烦，尤其不适于定型产品的批量化生产。软件方法对元器件的筛选要求不高，利用了批量产品和局部元器件的指标共性，使用数学函数拟合了整机或局部的温度特性，并实时测量环境温度，通过改变函数的温度变量来实现对具体对象的温度补偿。优点是生产方便、便于实现产品的批量化，缺点是前期测量实验和软件编制工作量大，对CPU的数据处理能力要求较高。本设计方案依据计算机仿真原理，采用软件补偿方法，仪器内部设置有温度测量模块。以下分别就电压电流幅度补偿和单相的四相限综合电能误差补偿两方面给以介绍。

3 宽温幅度数据

在完成了SZBMC01多通道现场标准电能表产品样机的常温功能验证和室温指标校准工作以后，需要对该标准表样机进行宽温指标测量。所使用的设备有：HS-408高低温试验箱进行宽温试验、XL-803三相功率测试源、BB3100三相标准电能表（准确度0.01级）。温度箱设定温度5.0～45.0℃，室内温度23.0±1 ℃。实验数据见表1、表2（以A相为例）。

表1 A相电压V

表2 A相电流A

4 幅度补偿及结果

根据原始实验测量数据，设测量值为y，温度数值为变量x，使用数学函数拟合工具，找到相符合的逼近函数。

1）电压函数。电压趋势函数为指数函数y=ax-33+b,其中a由电压测量网络的温度特性决定，a=1.1，b为电压基准值。

2）电流函数。电流趋势也为指数函数，y=ax-53+b,其中a由电流测量网络的温度特性决定，a=1.1，b为电流基准值。

3）测量值及函数曲线见图3（以A相为例）

4）温度补偿。从数据表格及变化曲线可以看到，量程内信号幅值变化率相同，既50%以下信号与额定信号的变化率相同，只是准确性变差些。在这个宽温范围内，测量数据随温度变化而发生非线性变化，其变化原因可能与系统使用的AD基准、采样电容及放大器等器件的综合特性有关。

在函数表达式中，指数部分就是测量系统的温度变化部分，在测量系统的数据处理中，根据实时温度值，原始测量值减去指数函数值，就实现了测量系统的温度补偿。

5）补偿后幅度测量结果。数据处理程序加入补偿功能后，测量数据见表3、表4。

从补偿后数据测量结果看，电压额定量程时误差均控制在0.003%以下，50%量程时最大误差约0.01%。电流在额定5%时误差略大于0.01%。

图3 各测量点量程函数曲线

表3 A相电压补偿结果V

表4 A相电流补偿结果A

其他相电压电流补偿后测量结果与A相基本相同，本文不再详述。

5 宽温电能补偿

一般在高精度标准表设计中，由于电压电流通道所使用的电路有所差异，其电路网络的温度特性也会不同，这样就造成每相电压电流的角差会随温度变化而发生非线性变化，因此，也要考虑对每相的相角进行温度补偿。

在SZBMC01多通道现场标准电能表内部三相电压和三相电流6个通道中，取样放大及AD转换使用相同结构电路及原理，6个通道的温度一致性较好，相位差基本为固定值，这样，由于6通道设计的原因，就不用对相角进行温度补偿了。

6 结语

电能表远程在线检测系统在数据处理软件中加入温度补偿以后，其整机稳定性指标得到了很大的提高，在标准测试源测试时，其额定状态下标准偏差估计值≤0.000 5%，功率稳定度≤0.005%，8小时变差≤0.005%，开机自热≤0.002%，在宽温环境下，其准确性也得到了保障。SZBMC01多通道现场标准电能表一次性通过了相关部门的型式实验和检测，并取得中华人民共和国制造计量器具许可证，得到了0.05级计量准确度认证。

[1] 阴存贞,吴国伟,李炜东,等.多功能电能表自动追补电量功能的开发与应用[J].电网与清洁能源,2010,26(2):46-50.

[2] 庄重,唐寅生.分功率因数电能表挂网试运行分析[J].南方电网技术,2008,2(5):71-72.