電能表的發展曆程表?1997年國際上電子式電能表的技術水準，下面我們就來說一說關于電能表的發展曆程表?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

電能表的發展曆程表

1997年國際上電子式電能表的技術水準

----《電能表應用研究60年回憶錄（第2篇: 第1集）》

中國現代電網量測技術平台

張春晖

2017年10月30日

第2篇 1997 ---2017 年，電子式電能表新技術應用的研究與交流

回望過去，中國電子式電能表一路這樣走來:

—1990 年前後，華北電網先期引進斯倫貝謝公司産的電子式單相預付費電能表，這是電表行業的啟蒙階段。

—1993 年，中國第1隻電子式電能表問世。

— 1994 年，中國第1隻擁有自主知識産權的 0.5 S 級三相多功能電能表在威勝誕生。

—1997 年，威勝第1隻英文電子式電能表進入國際市場在印尼雅加達電力公司挂網運行，啟開國産電子式電能表出口的新裡程。

但是，與國際同類品牌産品相比，那時的國産電子式電能表技術水準尚處初級階段:

—20 世紀 60 年代末，日本橫河公司（YEW）發明時分割乘法器原理，并廣泛應用于高端/低級電子式電表。

—蘭吉爾公司:

· 1971 年，推出第一代ZR型電子式電能表。

· 1989 年，推出0.5 S 級ZA型三相電子式電能表。

· 1995 年，推出0.2 S級ZU/ ZV 型三相多功能電能表。

—國内電表企業:對電子式電能表的國際、國内信息與電網的應用需求，溝通渠道不暢通。

為推進國産電子式電能表的發展，本文作者從1997年起，連續20 年在電表行業進行電子式電能表新技術應用的研究與交流。其目的是溝通電表企業與電網之間的計量信息，讨論電子式電能表新技術開發的難點及應用需求的定位，為電子式電能表新産品開發的決策提供參考。同時，通過在電表企業和省級電網電力計量中心的所見所聞，可以彙總、評估國産電子式電能表的發展進程，與國際同類産品相比，國産電子式電能表的技術性能、品質等級還有哪些差距，提出相應的改進建議，以期将國産電子式電能表的技術水準與應用推向新的高度。

第1集 1997年國際上電子式電能表的技術水準

1997年1月19日，本文作者首次在長沙威勝電子公司進行電子式電能表新技術應用的交流:《關于電子式電能表實用化研究》。

1、《關于電子式電能表實用化研究》摘要

1）電子式電能表的國際水準

—測量原理

·時分割乘法器: 蘭吉爾公司産的 0.2 S級 ZU/ ZV型電子式三相多功能電能表。

·霍爾乘法器:蘭吉爾公司用于生産2 級--- 0.5 S 級電子式三相電能表，實際誤差控制在 0.1 %。

·數字乘法器:蘭吉爾公司即将生産新型數字乘法器的電子式電能表。

—電能表量程

· GE 公司産寬量程電子式電能表:電壓量程為58---480V ，電流量程為 0.2---100A 。

·國内電表企業的電子式電能表尚未開發大電流量程，等于未開發一塊電表市場。

·電力行标《電能計量裝置管理規程（DL/T 448---91）》要求采用 80 A及以下直通表，需要過載倍數大，國際上，最大11 倍過載電能表。

—電表計量功能

·電能量的計量:電表應具有多種類計量功能，包括單方向有功、無功計量，雙方向有功、無功計量，雙向有功、四象限無功計量等。其中，無功計量還分正弦無功、餘弦無功計量。

·需量:最大需量計量、積累最大需量計量、連續累計最大需量計量。後兩類需量計量，國際上有較多的應用。但是，國内隻用最大需量計量。

·低功率因數計量:美國、歐洲國家廣泛應用Q 表，即電壓移相90°電表。

—計量準确度

·國際上，有功計量準确度從 0.2 S級---2 級，無功計量從 0.5---3 級。

·國産 0.2 S 級電子式電表尚未推出。DL/T 448---91電力行标規定:30萬kW及以上發電機組上網計量點、月用電量100萬kWh及以上用戶需安裝0.2S 級電表。對大型發電機組上網計量點，還要安裝主、付兩隻0.2S 級電表。

· IEC标準: 無功計量隻有 2 級、 3 級。因此， 0.5 級、 1 級無功計量産品标準，隻能制訂電表企業标準。

·國際上，同一計量點的電能表，有功與無功計量的準确度一般隻差一個等級，即有功 0.2 S 級、無功 0.5 級或有功 0.5S 級、無功 1 級。

—TOU

· TOU，目前尚未有國際标準。斯倫貝謝公司将IEC 687 、IEC 1036 、IEC1038合起來構成多功能電表标準。

·石英晶振:主要有 3 項誤差，參比條件下的誤差、-- 20° ---80°C的誤差、停電情況下的誤差。用戶關注的是第2 項誤差。

·停電後的時間修正:GE公司的電能表，停電 1 天，修正時間 0.5 秒，最多修正30 秒。

·費率:國外電表費率多，8個或12個計度器。國内，3費率，有功、無功都是3 費率。

·死機問題:如何考核沒有統一辦法。理論上說不會死機，有看門狗技術、雙CPU等。

·國外電表的費率内容豐富，有季節、周日費率，國内暫時用不上。

産品設計，既要考慮目前需求，又要顧及未來發展。

·清零的邏輯關系:表計有電量、需量、停電或斷相累計時間的清零，以及電池使用時間的清零。其中，需量，每次抄表都要清零。電量與停電、斷相計時是累計的，隻能在整機清零時清除，重新編程時也不能清零。電池使用時間，隻能在更換電池後立即清零。

·允許停電時間:内部有電容器而無電池的表計，允許停電7天。有電池的停電時間，待查證。

—新提出的電表性能指标

·蘭吉爾公司提出鎖定電流的要求: 0.5 S級電表的鎖定電流為 0.02 % Ib。但是，感性與容性之間的轉換有死區，尚未提出指标考核。

· IEC标準的高頻電磁場試驗:由10 V/m 提高到 30V/ m ，電表在兩種不同工作狀态下試驗。

· IEC标準的交流耐壓試驗: 由工頻 2kV提高到 4 kV 。

· IEC标準的沖擊電壓試驗:由 6 kV提高到 8kV 。

應該說，這種産品質量的提升，也是市場競争。

·蘭吉爾公司産的電表有些指标有降低:

防水、防塵指标，戶外電表應為 IP 54，蘭吉爾公司提出IP 52 。可能是IP 54 的工作環境條件差，産品質量要達到，需要作較大的改進。

還有靜電指标，也有降低，電表在不同工作狀态下試驗。

作為品牌電表企業，應該彙總國标和IEC标準的指标要求，提升産品質量。

—表計丢脈沖問題

· GE電表的說明書:上電時會丢脈沖。

·還有:看門狗恢複時丢脈沖、掉電時丢脈沖、正反向轉換時丢脈沖。

·丢脈沖的量，估計可以忽略不計，但是需要有限量指标。

GE公司産的電表，隻要有功計量校準後，無功計量肯定是準的，不需要再檢驗。

—輸出接口

·面闆上的光電輸出:IEC 1107 或美國标準，都采用磁吸式。專用接插件，主要是現場安全問題。每月要操作，接插件的壽命成問題。

·輸出脈沖有多種形式:

a1 水銀接點，無抖動、可靠性高

a2 幹簧繼電器

a3 晶體管繼電器

a4 繼電器接點:有高壓、低壓兩種

·通信接口類别:

蘭吉爾公司産的電表，傳統輸出為電流環形（IEC 1107）。現在的ZU/ZV型電表有RS 485（IEC 870---5---2）、RS 232 C , 還有RS 232C 與 RS 485轉換的。

·輸出信号:最大需量的同步信号，費率與時段的同步信号，負荷控制信号，負荷記錄。其中，負荷記錄有4---15 個通道，如采樣周期為15 min, 可記錄 32 天。還有打印記錄接口信号。

—軟件

·現在常用協議IEC 1107 , 又有新版本

·最近收到IEC 870 ---5---2

·軟件設計的基本原則:電表與HHU、電表與PC機、HHU 與 PC機一定要環起來編程與抄表。

·本地、遠程抄表的軟件不同。GE公司可以提供遠方編程軟件，但是國内不推薦使用，主要是編程的可靠性問題。

—輸入接口

·輸入脈沖接口

a1 輸入無功脈沖，用以計算視在功率或功率因數

a2 輸入有功脈沖，用以多回路有功電能量的總加。

·輸入最大需量的同步信号

·輸入費率的同步信号

—附加功能

·蘭吉爾公司産的ZV型電表，具有銅損、鐵損計算功能，用于大型變壓器的中壓、低壓計量或農村 10 kV 供電的低壓計量，用處較多。其中，I 的平方還可以計量線損。

· Q 表的無功計量:前面已經叙述，美國、歐洲國家用于低功率因數計量。

·電壓、電流、功率、功率因數綜合電參數計量: 将代替電量變送器，用于無人值班變電站。美國新加莫公司産的Quantum電表就有這類多功能。近期，陝西電網進口了幾十隻 Quantum電表。

·故障自動回叫電表

—硬件結構

·輸出闆均為單獨設計，因為用戶使用要求不一。同時，功能闆也是多種的，有簡單功能闆，還有複雜功能闆。

·端鈕盒、顯示器:（略）

—誤差保證期

·國際上，對電表誤差保證期尚未有統一的承諾

a1 在英國，電子式電表經過 8 年抽樣檢驗1 次。

a2 電表抽樣檢驗案例: 蘭吉爾公司采用 40/ 1 ---5 / 4的方案，即在 500 --- 5000 隻電表為1 組中，先抽出40 隻電表進行檢驗。如隻有1 隻不合格，整批判定為合格。如有 5 隻不合格，整批不合格。如果有2/3/4 隻不合格，則再抽40 隻電表進行檢驗。在80 隻電表中，如果4 隻不合格，則整批合格。如果5 隻不合格，則正批不合格。

a3 在美國新澤西洲電力公司，電表抽樣采用3 個公式計算。

a4 國内，對運行中的電表尚未有統一抽樣檢驗方法，還是按運行周期輪換。

據說，計量行政部門正在考慮制訂電表抽樣輪換方案。

·電表誤差改變量的限定

a1 斯倫貝謝公司在美國的新加莫公司承諾 0.5 級電表經過 10 年，仍保證誤差在 0.5 級限值内。

a2 近期，蘭吉爾公司提出:電表經過10 年後，0.5 級電表的誤差不超過 /-- 0.6 % 。

a3 由于電子技術的發展，電子式電表影響量引起的實際誤差改變，要比IEC标準低得多。西門子公司産的1 級電表，其電壓、溫度、頻率影響特性，要比IEC 标準高将近1 個等級。

a4 最近，山東電網進口某公司産的标準表，5 隻标準表中有 2 隻超差，都是片電阻阻值改變，估計貼片時未處理好。因此，電子式電表的誤差穩定性，需要研究改進。

a5 霍爾乘法器的性能是否長期穩定，也需要長期進行考核。

2）從實用化視角，對國産電子式電能表的基本要求

按照國内分時電價剛剛起步的情況，那時多功能電表的設計功能多，常用功能少，其餘功能可以隐含備查或需要分析時用。

—抄表的量: 抄表日期、抄表時間、本月總電量、本月峰/谷/平段的電量、本月最大需量、關口表的負荷記錄、時鐘校準、四象限無功功率等。

—重要輔助量: 停電或斷相時間（h）、電池使用時間等。

—輸出接口:有功電量脈沖輸出、無功電量脈沖輸出、通信接口（RS485）、本地抄表接口、最大需量周期輸出。

—計量準确度: 從 3 級--- 0.2 S 級都需用。

—電流量程: Ib= 0.3 A 及以上，Imax= 80A 或100 A 。

—LCD: 15年、-- 20 °C

—最大需量複位方式:按鈕複零、自動複零、HHU複零、PC機複零。

—随着分時電價實施的深化，對電子式電表的功能要求将逐步增多。

3）1997 年電力計量的熱點與難點

—預付費電表的應用

預付費制度是電力走向市場的一個方向。但是，目前的表計不适合國情:

·電價更改時，電費計算不适應。

·預付費，不能滿足線損計算的要求。

·銀行的利息應歸用戶。

·還有其它的不适應。

改進的路子還是有的。隻要在預付費用上加上抄表期的電量，就能滿足補電費與線損計算的要求。利息問題，可以在售電機上解決。因此，預付費電表經改進後，還是有一定的使用價值。

—關于一戶一表

全國的一戶一表工程，上海市走在前列。1993 年，作為上海市政府實事工程的一戶一表工程啟動，計劃改造居民戶 130 萬戶，将于 1998 年完成。而且，此後新建居民戶，都實行一戶一表。

一戶一表工程實施中需要關注的問題:

·計量方式

a1 感應式單相脈沖表與采集器安裝在一個計量箱内，适用的樓層不高于 6--7 層。

a2 幾隻感應式單相電表合用1 台RTU。RTU要有CMC标志，還要有通信接口。

電子式電表，本身有通信接口。

·感應式、長壽命單相電表

a1 脈沖要長壽命是個問題:

從原理上要長壽命，光電采樣或用間隙的光電采樣達不到要求，要選合适的采樣原理。

元器件要長壽命，至少要用工業級器件。

工藝上要保證，電路闆要經過高溫老化。

設計上，表計内的變壓器要按 250 V設計運行。指示燈，要按高于 220 V 的額定電壓定做。

·電子式電表的長壽命，目前還沒有标準。LCD ，達到 15 年可以用。

·采集器的長壽命，是否可以達到 10 年需商讨。

·自動抄表系統的構成: 電表的讀出信息，經采集器到集中器，再經居民小區抄表工作站後，應用調制解調器傳輸到當地供電單位的抄表主站。

·居民交費系統:當地供電單位與銀行聯網。抄表後，居民可在所在小區附近的儲蓄所交費，通過銀行網絡與當地供電單位結算電費。

·過負荷開關有手動合閘、自動合閘多種方式。需要安排好過負荷開關跳閘後的合閘操作程序。

·一戶一表工程還有一些政策性問題有待解決。

—關于全方位遠程抄表系統: （略）

—國際上電子式電表推廣應用出現反複

感應式電表應用已經有 100 年的曆史，感應式長壽命電表推出很久。前幾年，蘭吉爾公司将感應式電表的生産線賣給了印度、西班牙，專做電子式單相電表。經過幾年，電子式單相表銷量不大。1990 年前後，蘭吉爾公司又要重新生産感應式電表。

那個時期，為何電子式電表銷量不大？主要是可靠性未能達到長壽命。應該說，電子式電表計量功能的拓展是有前景的，短期誤差尚穩定。

國際上，電子式電表推廣應用有反複過程，國産電子式電表的發展，應該引以為戒。

2、1997年國産電子式電能表發展水準評估

1）1997年國産電子式電表推出才 5 年，初步取得的應用成果:

—國内市場占有率:全國電網應用計費電表約為 2675 萬隻。其中，電子式電表估計占 5 %。

—新産品開發:國内 0.5 S 級三相多功能電表已經生産。

—國際電表市場: 國産電子式電表已有批量出口。

2）那時，與國際同類産品相比，國産電子式電表技術性能尚有較大的差距:

— 0.2 S 級電子式有功表、0.5 S 級/ 1 級電子式無功表: 待開發。

—數字化乘法器、霍爾乘法器: 待開發。

—電壓、電流寬量程: 待開發。

—計量功能

·視在功率、電能計量: 需讨論

·低功率因數計量: 未采用

— TOU

·晶振計時誤差的時基校準和自動補償技術: 待開發。

·死機的考核辦法: 待制訂。

—軟件設計技術規範: 需讨論。

—輸入接口

·需量周期的同步信号: 是否需要，看法不一。

·費率周期的同步信号: 暫未采用。

—附加功能

·銅損、鐵損計算功能: 待制訂技術規範。

·故障自動報警功能: 待制訂技術規範。

—電表誤差保證期

·電子式電表抽樣檢測方法:待制訂。

·電子式電表誤差改變量的限定: 需讨論。

從以上電表産業發展評估，可以預期1997 年後，國産電子式電表開發應用的重點将有: 0.2 S 級電子式有功電表、0.5 S 級 / 1 級電子式無功表、數字化乘法器、計量誤差的穩定性、可靠性、時鐘校準和計時誤差自動補償技術，還有，電表軟件設計需要制訂技術規範。同時，更要注重電子式電表的市場開拓。

3、關鍵技術參考

1995年，蘭吉爾公司産的0.2 S 級ZU/ZV型電子式多功能電表:

ZU / ZV 系列高精度電能表是專門為高電壓、大容量、跨地區輸電線準确計量而設計。這類應用不僅要求有優良的測量技術，還要有非常高的抗幹擾能力和可靠性。它采用高集成測量元件（開關式電容技術）來滿足這要求。

— ZU / ZV 高精度電子式電表使用最先進的微電子技術，能提供全面而靈活的測量範圍和計費功能:

· ZU 100 電表:有 3 個有功費率和 1 個無功費率，亦能根據用戶的要求在多象限、多費率的條件下進行無功電能計量。

·ZU 200 電表:隻用作測量有功和無功電能，它不具備多費率。多費率計算可在“DATA GYR 數吉爾”的FAG中處理。

·ZC 200 電表: 使用于特定場合，它能測量銅損和鐵損，并用這數據來推算淨電能及總電能（包括損耗）。因此，雖然計量點與計費點不一緻，ZV 200 仍能準确地測量電能消耗。

—優越的測量技術

·有功符合:IEC 0.2 S 級和 0.5 S 級，無功 1 級（按需提供無功 0.5 級）。

·電壓和電流的乘積，采用時分割乘法器和按”ε --- 三角形”原理來定量。

—ZU /ZV 型多功能電表工作原理:

·（輸入三相電壓 U --->電壓分壓器 / 輸入三相電流 I–> 電流互感器）—> [三相模拟量信号處理器計算有功電能 /- kWh / 三相模拟量信号（經 90°移相器）處理器計算無功電能 /-- kVArh / 三相模拟量信号處理器計算U的平方（ZV 才有）/ 三相模拟量信号處理器計算 I 的平方（ZV 才有）] —> （計算: 參數、費率、通信 / LED 顯示輸出 / 報警 / 能源方向接點 / 繼電器 / 光電開關等）。

說明:

電壓互感器提供三相電源供應。

給通信和顯示器提供額外電源供應（ZU 100 可選項）

·可編程、配置靈活。其靈活的功能:顯示電表數據、顯示費率、顯示損耗（ZV）、狀态信息、報警及參數。

—傳輸電表原始數據（串值表STOM）,并能與蘭吉爾所有的遠程計費系統結合使用。

（注: STOM 串值表，串行接口傳送電表原始值）

通過傳輸電表寄存器的原始值來代替脈沖輸出，這是STOM 設計的主要特點。

ZU 200 和 ZV 200 （帶通信接口）能把寄存器内電電表數據定期地通過RS 485 接口送到FAG 。

即使測量電壓掉電，輔助電源能保證可靠的電源，作通信和顯示用。

脈沖是通過繼電器、光電開關或晶體管來傳輸，并獨立于串行表計值讀數。

4、續接計量史料: 2003年電能表技術熱點

自 2003 年之後，電能表産業進入由感應式電表向電子式電能表全面轉型的時代，電力系統對電子式電表需求量迅速增長，電能計量領域出現勃勃生機。

2003 年電能表技術熱點:

1）三相多功能電表的高端、低端走向

—準确度為 0.1 % 的三相電表

—面向系統設計的三相電表

—互聯網通信的三相電表

—國産計量專用芯片

—钛基鐵芯材料的電流互感器

—多路三相電表的遠程檢測系統

—國産 0.2 S 級電表如何進入電網關口計量

2）諧功率計量的實用化産品

—國際上，具有諧波功率計量功能的高精度三相标準表

— Hilbert 數字濾波器的諧波無功功率計量

—三相基波有功電表

—三相諧波有功電表

—國際上，标準畸變信号源

— 諧波下無功功率兩種定義的分析

3）高壓電能表技術初探

— 第1 款高壓電能表樣機

— 高壓大電流、坡印亭原理的功率變送器

4）自動抄表技術如何走出困境？

— 早期開發的擴頻通信芯片改進

— SOC 低壓電力線載波通信芯片

— 跨變壓器台區的自動抄表

— 電網幹擾測試儀

— 45 M bp PLC系統通過部級鑒定

— GPRS 系統及終端擴大應用

—國際上，具有增值服務功能的用戶遠程管理與抄表系統

5）單相多費率電表應用的初步經驗

— LCD 顯示方式成為主流

— 時鐘，采用溫度自動補償技術

— 内置計量模塊 MCU 芯片

— 雙線測量的單相表防竊電技術

— 計算機視角技術應用于電能表試驗

6）電能質量測量

— GB/T 18481 ---2001

— CBEMA 電壓容限曲線

— 數字化三相不平衡儀校驗台。

收錄于合集 #中國現代電網量測技術文集

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