10kV配电网的电能整体计量技术分析

前言

在电力系统中，电能计量工作是电力生产、电力销售以及电网安全运行的重要环节。随着近年来我国配电网络的不断延伸，电能计量工作的难度与成本也正不断提升，这就需要我们积极加大科技的投入力度，采用更加先进的电能计量装置，更加合理的布设方案，从而提升配电网络电能计量工作的技术水平。本文结合实际工作经验，针对原10kV配电网电能计量工作的不足及问题，提出了10kV配电网的电能整体计量技术方案。

一、传统电能计量技术的不足

当前，我国10kV配电网络主要是采用的中性点绝缘线路，高压计量工作作为电力企业和集团用户的之间的产权分界处，其计量点多设置在10kV线路的高压侧。传统的10kV配电网中所采用的高压电能计量装置，主要是由高压电流互感器、高压电压互感器以及多功能电表所构成，不仅装置中各元件的组成非常复杂，而且普遍存在以下问题与不足之处：

1、运行能耗高

传统的高压电能计量装置的组件复杂，存在着大量的电气一次与二次绝缘部分，导致装置的体积大、重量重，不仅需占用较大的空间，而且在运行中能耗也较高。

2、安全性差、计量不够准确

由于采用的是传统的磁感应式互感器，使得装置整体的运行安全性较差，容易发生漏油故障隐患或者铁磁谐振故障隐患。同时，传统的高压电能计量装置无法实现对线路高压侧的直接测量，导致计量结果不够准确，在整体计量误差的界定上也无法形成统一的标准。

3、存在窃电隐患

由于传统的高压电能计量装置中的计量箱、计量表多放置在线路二次侧的低压点位处，对于低压侧的窃电行为难以有效防止与避免，存在着窃电隐患。

二、10kV配电网电能整体计量方案的设计思路及技术优势

1、电能整体计量方案的设计思路

正是由于传统的高压电能计量装置在实际应用中，所存在的一系列问题与不足。本文提出了针对10kV配电网的电能整体计量方案。该方案是采用新型的高压电能表、高压电能箱（柜）作为10kV配网的高压电能计量装置，通过将电子式互感器、光纤通信技术、高压复合绝缘技术、电子信息处理技术等集合成为一个整体，以实现对10kV配电网高压一次侧的直接计量，提高电能计量工作的准确度。

在下图1中，即为10kV配电网的电能整体计量方案的工作原理图。整个方案的电路结构主要分为三个模块，依次为计量模块、主控模块和计量模块，并分别位于A、B、C三相中，通过对A、B、C三相间的合理布局与分配，以实现电路间的高压绝缘。同时，在该电能整体计量方案中，采用了低能耗的嵌入式主控芯片以及CMOS元件，在高压电能表不需要频繁操作的时候，可以让主机进入到超低功耗的待机状态，从而极大减少了电能计量装置的能耗量。

2、电能整体计量方案的技术优势

电能整体计量方案的技术优势主要体现在以下方面：

（1）节省资源，运行效率高

相较传统计量装置，该电能整体计量方案更加先进、更经济、更环保，设备也更小、更轻。方案中所采用的新型的高压电能表、高压电能箱（柜），普遍具有一体化程度高、集成性强、低功耗以及节省资源等方面的特点。相较传统装置，能节省大量的金属材料与绝缘材料。以高压电能表的运行为例，其实际耗电量很小，平均功耗约为2 3W，年耗电量也不足18kWh，仅相当于传统高压计量装置功耗的1%。

（2）安全性高

在电能整体计量方案中，采用了先进的电子式互感器技术，相较传统的电磁式互感器，不存在电磁谐振或漏油故障的发生可能，其运行的安全性与可靠性更高。同时，方案中还采用了电容式分压器，其绝缘结构合理，绝缘性能也相较传统的电磁式互感器更好。

（3）保证了计量的准确性

由于传统计量装置由于缺乏有效的准确度等级，对于电能计量过程中的电流互感器误差、电压互感器误差、二次引线误差以及电能表误差等无法进行有效统一。而在该电能整体计量方案中，具备整体的误差检定方法，从而能有效解决传统计量装置中无法统一计量误差的弊端，确保了10kV配网计量的准确性。

（4）防止窃电行为

窃电问题是我国用电管理中一个普遍存在的问题。据统计，我国每年被窃电力超过400亿kWh以上，给电力企业带来了严重的经济损失。利用该电能整体计量方案，由于它具有装置一体化程度高，以及在10kV线路高压侧能直接安装的特点，从而有效防止和避免了原低压侧窃电行为的发生。

（5）可实现远程抄表

随着近年来10kV配电网络中电能表安装数量的增多，如仍采用人工抄表的方式，不仅会存在抄表质量差、效率低等多种问题，而且可能对电力企业的正常电费结算造成较大的影响。而在该电能整体计量方案中，所采用的高压电能表中具有总电能脉冲输出端子，以及RS-485口输出端子，电力企业可根据这些输出端子与网络信道之间连接，从而实现远程化、自动化抄表的功能。而且高压电能表能将抄表数据自动存放在EPROM存储器内，可使相应的信息保存十年以上。

三、10kV配电网电能计量方案的具体设计

1、高压复合绝缘设计

由于该电能整体计量方案中，新型的高压电能表、高压电能箱（柜）是直接安装在10kV线路的高压侧中，因此装置的高压绝缘问题也是保证计量装置安全、可靠运行的关键。如上图1所示，在图中的阴影部分即为整体计量方案的主绝缘部分，设计由电容分压器和光纤所组成。

其中，设计电容分压器作为计量装置的主绝缘结构，利用的绝缘结构合理，以及绝缘性相比传统的电磁式互感器要更好的特点，以提高整个高压计量装置的绝缘性能；设计光纤作为各相间数据通信的信道，利用高速光纤通信来实现数据的有效传输与安全隔离。因此在该方案中所采用的高压电能表，相比传统高压电能装置的体积和空间更小，但是高压绝缘等级却更高。

2、电子式互感器设计

在该电能整体计量方案中，所采用的均是先进的电子式互感器，其电流互感器、电压互感器均无铁芯，从而避免了铁磁谐振故障的发生。而且互感器的绝缘结构简单可靠、体积小、线性度好，电能计量中的输出信号可直接与保护设备的接口相连接，从而实现了电能计量工作的远程化与遥控化。

（1）电子式电压互感器设计

电子式电压互感器主要可分为电容分压与电阻分压这两种形式。在该方法中，考虑到电阻分压容易存在过热问题，以及对于过电压冲击性较弱的问题，在设计中采用了电容分压器。在布设时，将电容分压器进行多级串联的方式，以保证计量装置的电磁场强得以均匀分布，从而提高了整个电能计量装置耐操作过电压、耐雷电冲击过电压的能力。

（2）电子式电流互感器设计

在该电能整体计量方案中，电子式电流互感器处于等电位状态，因此设计中不需要考虑到电流互感器的高压复合绝缘问题。因此，在该方案设计中采用了较小体积和较精密的电流互感器装置，以尽可能减少整个电能计量装置的体积和重量。

总结

本文针对传统的高压电能计量装置所存在的问题与不足之处，提出了针对10kV配电网的电能整体计量方案。该方案是采用新型的高压电能表、高压电能箱（柜）作为10kV配网的高压电能计量装置，通过将电子式互感器、光纤通信技术、高压复合绝缘技术、电子信息处理技术等集合成为一个整体，以减少计量装置的重量与体积，实现对10kV配电网高压一次侧的直接计量。实践证明，该技术方案能明显提升计量装置的安全性水平与准确性水平，从而保证了电能计量工作的准确与可靠。