单相费控智能电能表的原理及应用

单相费控智能电能表的原理及应用

The Principle and Application for Pre payment Single -phase Sm art Elec tricity Meters

江宇红

(武汉市计量测试检定研究所,湖北武汉430050)

摘 要:针对智能电表在安装使用过程中存在的一些质疑,本文介绍了智能电表的基本原理和主要功能,以利于智能电表的推广使用。关键词:智能电表;费控;原理功能

1 前言

智能电表作为智能电网建设的重要基础设备,对于电网实现信息化、数字化、自动化和互动化具有重要支撑作用,与智能电网发展相联系,其基本功能是提高电力企业的经营效率、促进节能减排,增强电力系统的稳定性。与传统的电能表相比,智能电表除了基本计量功能外,还具备以下功能:一是能够实现双向计量,支持分布式能源用户的接入;二是具备阶梯电价、预付费及远程通断电功能,支持智能需求管理;三是可以实时监测电网运行状态、电能质量和环境参量,支持智能用电用能服务;四是具备异常用电状况在线监测、诊断、报警及智能化处理功能,满足计量装置故障处理和在线监测的需求等。目前,我国包括北京、上海、武汉、杭州、合肥等城市已陆续开始安装使用单相费控智能电能表。但在安装使用过程中,部分居民出现了一些误解和顾虑。今年初,就出现了上海、杭州、合肥等地少数居民质疑智能电表质量,向计量部门投诉,经计量部门检测是符合计量检定规程的现象。为何会出现本该节能的智能电表成为/电费剥削者0现象,主要是因为电力公司缺乏宣传普及使用常识,只是简单的/一安了之0。因此,本文针对这个问题,介绍单相费控智能电能表的原理及应用。2 工作原理

被测交流电压和电流经过高精度采样后送到专用电能计量芯片经过一系列数字处理后,转换成与有功功率成正比的脉冲频率信号送给微处理器,微处理器将脉冲信号依据时段费率进行分时累加,得到总电量和各费率电量,结果保存到数据存贮器中。微处理器同时完成显示和与外部进行信息交换的功能,其原理框图如图1所示。3 功能及应用311 计量功能

(1)具有正向有功电能、反向有功电能计量功能,能存储其数据,并可以据此设置组合有功。

(2)具有分时计量功能,有功电能量按相应的时段分

别累计、存储总、尖、峰、平、谷电能量。

图1 工作原理框图

(3)可存储上12个月的总电能和各费率电能量;数

据存储分界时刻为月末24时,或在每月1号至28号内的整点时刻。312 费控功能

费控功能的实现分为本地和远程两种方式:远程方式通过载波或RS485等虚拟介质和远程售电系统实现。

(1)本地费控电能表

在电能表内进行电费实时计算,其主要功能包括:1当剩余金额小于或等于设定的报警金额时,电能表能以声、光或其他方式提醒用户;透支金额应实时记录,当透支金额低于设定的透支门限金额时,电能表发出断电信号,控制负荷开关中断供电;当电能表接收到有效的续交电费信息后,首先扣除透支金额,当剩余金额大于设定值(默认为零)时,方可通过远程或本地方式使电能表处于允许合闸状态,由人工本地恢复供电。

o剩余金额不能超过设计允许的电能表最大储值金额;最大储值金额由电能表显示位数决定。

?电能表的预存电费金额应能与表内的剩余金额进

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5计量与测试技术62011年第38卷第5期

行准确迭加,并能将剩余金额、电能表用电参数等信息返写至固态介质。

?电能表不接受非指定介质输入的任何信息。当使用非指定介质或进行非法操作时,电能表能进行有效防护;在非指定介质或非法操作撤销后,电能表能正常工作且数据不丢失。

?通过固态介质对电能表进行参数设置、预存电费、信息返写、ESAM数据抄读和下发远程控制命令操作时,

需通过严格的密码验证及安全认证,除用户购电信息外的其他用电参数设置还应通过编程键和编程密码验证使电能表处于编程允许状态下方可进行。

(2)远程费控电能表

电费计算在远程售电系统中完成,表内不存储、显示与电费、电价相关信息。电能表接收远程售电系统下发的拉闸、允许合闸、ESAM数据抄读指令时,需通过严格的密码验证及安全认证。

(3)安全认证加密要求

通过固态介质或虚拟介质对电能表进行参数设置、预存电费、信息返写和下发远程控制命令操作时,需通过严格的密码验证或ESAM模块等安全认证,以确保数据传输安全可靠。ESAM模块的加密算法应符合国家密码管理的有关政策,使用SM1算法。电能表在全性能试验或验收试验时,通过系统内有资质的检测机构对电能表数据传输进行安全认证检查,检查依据5智能电能表信息交换安全认证技术规范6。

313测量及监测

能测量、记录、显示当前电能表的电压、电流(包括零线电流)、功率、功率因数等运行参数。测量误差(引用误差)不超过?1%。

314事件记录

(1)永久记录电能表清零事件的发生时刻及清零时的电能量数据。

(2)记录编程总次数,最近10次编程的时刻、操作者代码、编程项的数据标识。

(3)记录校时总次数(不包含广播校时),最近10次校时的时刻、操作者代码。

(4)记录掉电的总次数,最近10次掉电发生及结束的时刻。

(5)记录最近10次远程控制拉闸和最近10次远程控制合闸事件,记录拉、合闸事件发生时刻和电能量等数据。

(6)记录开表盖总次数,最近10次开表盖事件的发生、结束时刻。

315费率、时段及电价方案

具有两套费率时段表,可在约定的时刻自动转换;每

套费率至少支持4个费率。

具有日历、时钟,全年应至少可设置2个时区,在24h内至少可以任意编程8个时段;时段的最小间隔为15min;时段可跨越零点设置。

具有两套电价方案,可在约定的时刻或达到约定的用电量水平时自动转换。

支持通过红外、RS485通信接口修改费率表、时段表及电价方案,有防止非授权人操作的安全措施。

316显示功能(见图2)

图2单相智能电能表LCD显示界面参考图

图3单相智能电能表LCD各图形、符号说明

317报警功能

当出现下列故障或报警项时,LCD立即停留在该代码上或报警提示,且背光灯持续点亮;

(1)当剩余电费小于报警电费时,提示/请购电0;

(2)当电能表出现故障时,显示出错信息码(用Err-XX表示):

1Err-01控制回路错误;

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oErr-02E SAM错误;

?Err-04时钟电池电压低;

?Err-08时钟故障;

?Err-10认证错误;

?Err-16修改密钥错误。

318冻结功能

定时冻结:按照约定的时间及间隔冻结电能量数据;每个冻结量至少保存12次。

瞬时冻结:在非正常情况下,冻结当前的日历、时间、所有电能量和重要测量量的数据;瞬时冻结量应保存最后3次的数据。

约定冻结:在新老两套费率/时段转换、阶梯电价转换或电力公司认为有特殊需要时,冻结转换时刻的电能量以及其他重要数据,保存最后2次冻结数据。

日冻结:存储每天零点时刻的电能量,应可存储两个月的数据。

整点冻结:存储整点时刻或半点时刻的有功总电能,应可存储96个数据。

冻结内容及对应的数据标识应符合DL/T645-2007及其备案文件要求。

319计时功能

采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路,具有日历、计时、闰年自动转换功能;内部时钟端子输出频率为1Hz。在(25~+60)e温度范围内,时钟准确度[? 1s/d;在参比温度(23e)下,时钟准确度[?015s/d。

电能表可接受的广播校时范围不得大于5min;广播校时无需编程键和通讯密码配合;每日允许校时次数可根据要求进行设置(缺省为每日只允许校时一次),且应避免在电能表执行冻结或结算数据转存操作前后5min 内进行。

3110脉冲输出

电能表有与所计量的电能成正比的LED脉冲和电脉冲输出功能。光测试输出装置的特性符合GB/ T172151211-2006的要求。电测试输出装置的特性符合GB/T15284-2002的要求。电能表具备时钟信号输出端子。时钟端子输出频率为1Hz。

4结束语

使用智能电表,可以让用户达到明白消费、计划用电,有效节能的目的,杜绝了原人工抄录出现的用电误读、误抄、漏抄和抄表不及时等问题。但只有充分的使用知识普及才能确保智能电表推广成功,以达到降低人们的电力开支,使电力消费更加合理的作用。

作者简介:江宇红,女,工程师。工作单位:武汉市计量测试检定研究所。通讯地址:430050湖北省武汉市汉阳大道119号。

收稿时间:2011-03-24

(上接第5页)

3横梁扭摆

启闭天平时,横梁面只应作垂直上升和下降运动。如果横梁平面还绕其一纵轴转动,这就是横梁扭转,它将增加天平的变动性。

横梁扭转产生的原因及调修方法:

(1)中刀刃成凸形,与刀承呈点接触状态,导致横梁扭转,此时应更换中刀。

(2)偏心轴与缩节杆上的轴孔接触不平有歪斜。可松开紧固螺帽,将缩节杆安装正确后固紧。有的偏心轴因螺丝松动而引起此故障,只要将螺丝重新固紧即可。

(3)指针尖部与标牌,和微分标牌与放大镜筒擦靠。可卸下横梁,校直指针,使指针与标牌留有符合要求的间隙。具有微分标牌的指针矫正后,应与放大镜筒端面平行,并重新调好焦距。

4横梁表面锈蚀

天平由于使用年久以及保养不当,横梁表面被锈蚀,镀层脱落。这种横梁一般应予以更换。

5指针故障的调修

(1)摆动式天平开启后,指针尖端应盖住标牌的短分度线全长的1/4至3/4。若达不到要求,可松开指针固定螺帽,旋转指针,调节其长度,并使指针正面向前,再拧紧螺帽。

(2)摆动天平的指针尖端的宽度不得超过标牌的分度距离的1/5。如果针尖太宽,可用什锦锉锉尖,并用金相砂纸打磨光洁。

(3)指针必须和横梁牢固连结,不得扭曲,并应垂直于边刀刃连线和平行横梁的摆动面。若指针弯曲,应把横梁取下校正平直。普通标牌天平的指针,应与标牌中间刻度线相重合。电光天平的微分标牌零位刻线,应与投影屏上准线重合。偏移不得超过五个分度(指关闭天平时)。如不符合要求,应取下横梁,略微旋松指针杆的紧固螺丝,向左和右扳动一下指针,再装上横梁,进行观察。若仍未达到要求,可用一只手扶住横梁梁体(切勿用力压横梁,不然会使中刀横消失,损坏刀刃)另一只手扳动指针根部,进行校正。调好取下横梁,将紧固螺钉固紧。

作者简介:郭绍钊,男,助理工程师。工作单位:自贡市计量测试研究所。通讯地址:643000四川省自贡市自流井区五星街三台寺路7号。

收稿时间:2010-12-28

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