电能计量系统发展综述

何鹏

（深圳供电局有限公司广东省深圳市518052）

摘要：随着科技的迅速发展，电能计量系统在不断的完善和发展，其应用范围和应用方式也在不断的增加。本文正是以电能计量系统的发展为研究内容，从电能计量系统的发展历程出发，分析了几种新型的互感器和电能表，并展望了电能计量系统的发展趋势。

关键词：电能计量系统；发展；展望

一、引言

电能的出现改变了人们的生活和生产方式，促进了社会的进步和发展，随着我国用电量的增加，电网普及的完善，电能计量系统的作用也日益显著。电能计量就是借助互感器以及二次回路中的电能表按照规定的接线方式构成在线电能计量系统实现对用电量等的计量。在电力市场中，只有为电能提供者和电能使用者提供公平公正的电能计量才能维持好电力市场的秩序，因此对电能计量展开分析和研究也就有着十分重要的意义。

二、电能计量系统的发展历程

1.从电磁式互感器到光电式互感器

电磁式互感器借助的是电磁感应原理，分为电磁电流式互感器和电磁电压式互感器两类。在互感器得到应用的很长一段时间内，电磁互感器都是继电保护和电能测量的主流设备。但随着电网的升级，高压电的传输以及供电容量的增加，电磁互感器的缺点也开始暴露。首先是很难对其做到绝缘处理，尤其是对于500KV以上的高压电系统，为保证绝缘使得电磁互感器的体积不断增大，但其安全仍很难保障；电磁式互感器的铁芯结构使得在电流增大时会出现PT饱和现象，进而干扰设备的保护工作。此外，电磁式互感器的输出信号也很难与现代化的计量和保护设计匹配。

上世纪六十年代，随着光电子技术的发展，一种不需要铁芯、结构简单、性价比高、输出范围广且易于数字化的光电式互感器被研发出来，我国于上世纪八十年代开始研制光电式互感器，并已经得到了广泛的运用。光电式互感器也分为光电式电压互感器和光电式电流互感器两类。光电式电压互感器是基于光电效应研制，由传感头和电子测量电路组成；光电式电流互感器分为无源型电流互感器（原理为法拉第磁光效应）和有源型电流互感器（以罗柯夫斯基空心线圈为基础）。此外，我国自主研制的基于法拉第磁旋光效应原理的电流互感器解决了测量的温漂问题以及运行稳定问题。

2.从机械式电能表到电子式电能表

第一代电能表发明于十九世纪，经过100多年的发展，电能表得到了迅速的发展和使用，笔者认为可将电能表的发展历程总结为三个阶段：

（1）第一阶段。从电能表的发明到上世纪六十年代以前，该时期应用最多的为感应式电能表，其运用了电磁感应原理，由两个固定的铁芯和一个活动的转盘组成。当交流电通过线圈时，会在转盘上产生涡流，涡流在磁场的作用下最终产生电磁力推动电能表的活动部分转动。

（2）第二阶段。感应式电能表虽具有造价低廉、技术成熟以及经久耐用的优点。但在其使用过程中往往因机械磨损、放置角度、温度、外磁场等因素的影响而产生各种误差。为提高测量的精度，大量的新型电子元件不断被研发，上世纪八十年代电子式万能表诞生，而此后电压、电流、功率等也都开始成了测量领域的热门课题。

（3）第三阶段。该阶段指的是在九十年代之后出现的运用电子采样技术进行电功率测量的时间段。在这个时间段内，运用的测量仪器主要以电子式电能表为主，这种仪器凭借其电子化处理技术，能够有效地对测量数据进行分析处理及运算等多种操作。也正是因为如此，电子式电能表在这一时期受到了多数工业国家的青睐，并且在此基础上出现了大量的具有各种特征的电能表类型。

随着电子式电能表精度的提高，1.0、0.5、0.2级计量精度标准相继产生，电子电能表也因此迅速实现了商业化。数字式采样技术具有寿命长、精确度高、维修方便以及功耗低等优点，而且更容易与当下热门的计算机等技术实现结合，因此数字采样式的电子电能表有着更广阔的发展前景。

总而言之，电子式电能表具有高精度、高稳定性、适应性强以及扩展性高等优点，因而其逐渐获得了用户的认可和接受，机械式的电能表被电子式电能表取代也成了一种必然趋势。

3.从复杂的二次回路到合并单元的数字信息输出

随着电子式互感器的推广，一个新的物理元件——合并单元诞生了。合并单元通过接受二次端口的信号并将其转化为标准数据输出使接收到的同一协议的信号得以同步。就目前而言，合并单元可以实现七只电流互感器与五只以上的电压互感器的结合，从而将十多个数字信号瞬时的输入到同一数据帧中，这对复杂的二次回路来说是不可能在极短的时间内实现的。此外，数字输出式的电子式互感器还能实现与外部单元的合并，通过点对点或点对多的总线通信方式可以简化掉大量的外部线缆，从而简化测量和保护系统的结构，减少误差来源，使整个系统的稳定性和精确性进一步提高。

三、新型的互感器和电能表

1.互感器

（1）Rogowski光电式电流互感器。光电式互感器虽具有大量优点，但其对温度、振动等外界因素较为敏感，其感光头的生产成本也较高，因此其推广难度较大。而Rogowski光电式电流互感器在绕组的两端接上了合适的电阻，这极大的增加了互感器的电气绝缘性能，而且其安装方便、测量范围广、抗干扰性强、性价比高，在未来有着广阔的前景。

（2）光学电压互感器。光学电压互感器有两种不同的测量原理，一种是基于Pokels效应的互感器，另一种是基于逆压电效应的互感器，现阶段研究的主流为基于Pokels效应的互感器。通过对某些晶体施加外电场，这些晶体的折射率会发生一定的改变，进而引起明显的光学效应，最终通过对光学效应进行测量、转化实现互感器功能。

2.电能表

（1）单相电子式复费率电能表。该类型的电能表通常具有以下优点：一是可以实现红外通讯，通过红外接口与红外手机的接通可以实现抄电量、时段等功能；二是具有电能计量模块，可以实现有功、无功两种模式的计量；三是具有分时处理、两费率多时段计量功能；四是具有数据存储功能；五是具有强大的显示功能，如时段显示等。

（2）三项预付费电能表。该电能表由电能计量单元、控制器、分合断路机构以及报警元件等构成，用户必须先付费才能使用电能。该电能表的使用可以避免偷漏电和欠费行为，极大的提高了售电的透明度。

四、电能计量系统的发展趋势

随着计算机技术、信息技术等的成熟，越来越多的高新技术以及科研成果被应用于电能计量系统之中。笔者认为，未来电能计量系统将向着数字化、网络化、智能化的方向发展。

数字化。未来的电能计量系统将采用数字式的计量芯片，数字化的电子计量系统将不断提升电能计量系统的性能，使电能计量的结果更加的准确和可靠。

网络化。所谓的网络化就是将电能计量装置联通使其构成一个电能计量网络。网络化的电能计量系统可以拓宽信息资源，实现数据的共享，从而提高电力企业的运营和客户服务质量。

智能化。所谓的智能化就是将电能计量系统与人工智能技术相结合，完善电能计量系统的功能，最终实现电能误差的自动跟踪、互感器的自动校准等功能。电能计量系统智能化的实现将解决特殊用户的负载过量问题，同时也更有利于电能调度工作的开展。

结束语

电能计量系统已经有了多年的发展历史，在科技发展的过程中科学家们不断对电能计量系统进行着改进。本文对电能计量系统的发展历程进行了概述，介绍了几种新型的电能设备，并对电能计量系统的发展进行了展望，希望可以引起大家的共同探讨。

参考文献

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