多功能电子式电能表的主要功能及计量外的多种应用

1 引言

多功能电子式电能表是带有微处理器的新型电子式电能表，具有计量、分析、存储、费率切换、事件记录、显示、输出、通讯等多项功能。20世纪九十年代的多功能电能表，当时国外品牌占据了主要的市场份额，电表功能相对简单，通常电量、需量、负荷曲线、简单事件记录等功能，通讯接口也相对简单。在进入本世纪初以来随着国民经济和电力行业的迅速发展，电力企业在电能技术发展方面投入快速增长，随着城网和农网改造不断推进和全国的尖峰电价的实行，对三相电子式多功能电能表的需求量越来越大;同时随着计量技术的快速发展以及竞争厂家的不断增加，从而促使电能计量技术标准的提高和电表功能的完善，国内生产的多功能电能表在这个时期快速实现了电量计量自动化的推广以及大用户抄表的普及应用，适应了日益发展的供电企业在电价改革、用电自动化管理中对电能表和电能计量计费系统的多功能和多接口需求。

2 目前多功能电能表的主要特点：

20世纪90年代，多功能电子式电能表主要解决了机械式电能表摩擦力的问题，提高了灵敏度;同时多功能电子式电能表在防窃电问题和通讯等方面有了本质的提高。

多功能电能表在电能信号的采集方面也经过了两个阶段的发展，即采用霍尔效应乘法器、时分割乘法器等模拟乘法器阶段和A/D转换器阶段。模拟乘法器计量方法的精度受元器件的参数影响较大，所计量的电能参量有限。随着A/D转换器技术的发展，其采样精度和速度的提高，电能计量的理论算法更新;通过对交流模拟量进行高速采样，将其转换为数字量及进行数字运算;通过单片机的强大的计算和控制功能，实现更多功能。

新型多功能电能表采用电能表专用大规模集成电路，具有高精度的线性AD转换和强大的逻辑分析功能和丰富的参数设置功能;大容量存储器可以长时间地记录负荷曲线以及多种事件。

制造过程中采用先进的SMT生产工艺;电表具有高精度、高可靠性、高稳定性、更强的抗干扰能力等特点。

电表支持多种抄表方式-----人工抄表，红外手持抄表器抄表(或光电头抄表)，计量计费系统远程自动抄表;多种远程通讯接口可供选择，支持多种规约。

3 多功能电能表主要计量功能介绍：

3.1 多功能电能表的分类：

3.1.1 按用途可分为关口多功能电能表、高压多功能电能表和低压多功能电能表三种。多功能电子式电能表主要用在关口、变电站配电房、工厂和车间、商厦宾馆、机关、学校的配电室及住宅小区，几乎包括所有大用户。

3.1.2 按精度等级可分为0.2S，0.5S，1.0，2.0四个等级，依据计量点的重要性进行精度等级的选择。

3.2 总电量计量：

3.2.1 正、反向有功总电量：计量三相电量之和或单独计量每相的电量;还可以计量正反向电量绝对值之和，通常用于没有反向电量的用户，以防电流反向时少计电量。

3.2.2 无功总电量：四象限无功总电量，感、容性无功电量(+Ri, +Rc, -Ri, -Rc)，正、反向无功电能可根据应用要求不同而灵活定义。

3.2.3 正、反向视在总电量：视在电量在我国应用较少，国外主要用于损耗分析、损耗管理或根据视在电量计费。

3.2.4 12个月总电量转存值：按照电表参数预先设定抄表时间进行自动复位，也可以通过按键进行手动复位，电表自动记录复位时刻及对应的电量并转存至相应的寄存器。

3.3 分时电量计量：

3.3.1 费率定义：对于大用户，在不同时段可分为尖、峰、谷、平等多个电价，在多功能电能表成为不同的费率。多功能电能表通常最多可定义8种费率，先设定多个日费率表，然后设定季节的起始、结束日期并选择相应的日费率表;节假日的费率可指定为与平日不同的特殊费率。可设定主副费率时段各一套，副费率时段将在预先设定好的时刻自动生效，省去了再次更改费率时段的麻烦。

3.3.2 正、反向有功尖、峰、谷、平各时段的分时电量

3.3.3 正、反向无功尖、峰、谷、平各时段的分时电量

3.3.4 12个月分时电量转存值

3.4 一次值和变压器损耗计量功能：

3.4.1 电能表计量二次侧的电能并通常显示二次值。需要显示一次侧的电能值时，设置变比并选择按一次侧电能计量，无需进行变比换算，方便用户直接抄表。

3.4.2 设置变压器参数后可以自动计算变压器的铜损、铁损。

3.5 需量记录：

3.5.1 需量的含义：功率在每个积分周期的平均值，称为需量，即积分周期内用电户的平均功率;需量分为有功、无功、视在需量。

3.5.2 正、反向有功、无功、视在最大需量：最大需量在国外通常用于收费，国内电力公司通常对大用户按照最大需量收取容量费。

3.5.3 12个月最大需量转存值

3.5.4 分时计量正反向有功、无功最大需量及发生时间

3.5.5 需量周期可在1、5、10、15、30、60min中选择，滑差式需量周期的滑差时间可在1、2、3、5min中选择(备注：滑差式需量周期能更准确地反映需量的最大最小值)。

3.6 负荷曲线记录：

3.6.1 多功能电能表按照设定的积分周期自动存储带有时标及状态位的电量、需量、电流、电压、瞬时有功/无功功率、功率因数、相角、频率等数据。

3.6.2 数据存储积分周期可选，如1/5/10/15/20/30/60分钟等常用积分周期，存储容量通常在2M字节以上。

3.7 防窃电与事件监测：

3.7.1 多功能电能表通常具有防窃电功能，对电压缺相、失流、电压电流相序错误、电流反向、电流不平衡等常见问题有事件记录，事件信号可以通过输出接点输出到外部报警装置。

3.7.2 其他事件监测举例如下：

3.7.3 有的多功能电能表还设有安时寄存器，用于记录电表安培小时数以及带电流失压时的分相安培小时数，便于电表少计电量的核算。

3.8 显示和输出：

3.8.1 多功能电能表通常配置多语言LCD显示屏，支持多种显示模式-----自动循环显示、手动按键显示、服务模式全部数据显示等。

3.8.2 LED电能脉冲指示灯输出：主要用于校表，也可以用来观察是否正在使用有功、无功电能。

3.8.3 电能脉冲输出接点，可将电能脉冲输入到RTU等具有脉冲接收功能的装置进行电能监测;部分电表具有校表用途的高速脉冲输出接点，专门用于校表。

3.8.4 报警、信号输出接点，可设置为输出电表、功率、电流、电压、电能、费率等参数的状态，或作为具有多项逻辑判断的报警事件输出接点使用。

3.9 通讯功能：

3.9.1 通讯接口：

3.9.1.1 红外通讯接口：用于参数设置，现场抄表等。

3.9.1.2 远程通讯接口，如CS电流环，RS232，RS485，GPRS，电力载波等，远方主站或电表处理器通过电表地址与相应电表通讯，为了防止非法访问，通讯口可以设置密码;支持多种通讯规约，IEC102，DL/T645，DLMS，DNP3.0等。

3.9.2 远程数据通讯：

3.9.2.1 电量、需量及其每月转存值等计费数据的读取;

3.9.2.2 三相电压、电流、功率因素、瞬时有功/无功功率、频率、时段、时间等

3.9.2.3 负荷曲线的读取;

3.9.2.4 事件记录的读取;

3.9.2.5 时钟同步。多功能电能表的时钟同步非常重要，尽管电表时钟精度较高(偏差<0.5秒/天)，但一年也会相差几分钟，只有时钟同步，在相同的积分周期内，电网电量才不会出现电量不平衡的现象。

4 多功能电能表还可以实现计量外的多种应用，举例如下：

4.1 负荷控制：

电力负荷的大小随着时间而实时改变，负荷随时间变化的轨迹就是负荷曲线。由于工业电能不能存储，发电功率必须实时随负荷的变化而变化;在高负荷时，必须有足够的高峰负荷相当的发电和供电容量。在一定的发电和供电设备的总容量的情况下，对高峰负荷的限制可以调整用户用电高峰时间和用电峰值，为更多用户可靠供电，同时减少在特定高峰时段的发供电设备过负荷的现象。

在最大需量越过预先设定的峰值并延续了预先设定的时间后，多功能电能表的输出接点可以实现报警、跳闸功能。

4.2 负荷分析：

多功能电能表通常可以记录三相电流、电压和功率，按照积分周期数据进行存储，读取负荷曲线数据可以对各时段负荷大小进行统计分析，为供电企业、用电单位、车间、小区等用户的负荷预测、错峰用电提供原始数据。

4.3 电压质量、功率因数分析：

多功能电能表通常可以记录三相电压、功率因数，按照积分周期数据进行存储，读取电压数据可以对电压质量、功率因数进行统计分析，为电压调整、无功补偿方案的确定提供原始资料。

有的多功能电能表还可以记录电压合格率，当电表侧接入的电压超过所设置的电压上限或低于下限值而又在电压考核范围内时，电表将分别记录超过上限或下限的不合格运行时间。

4.4 功率因数越限报警：

多功能电能表时刻监视当前功率因数，当超过预先设定的最小值并延续的了预先设定的时间后，多功能电能表的输出接点可以实现报警或跳闸功能。

4.5 多功能电能表通常有多路脉冲输出，我们预先设定好的逻辑判断通过脉冲接点输出，即可使用。

4.5.1 逆相序保护：

逆相序时，电机反转;许多三相电机因自身并没有逆相序保护，可能出现电机烧毁现象。多功能电能表在电压逆相序时及时输出报警信号，将对三相电机和电机所带动的设备起到很好的保护作用;此外，多功能电能表还可以在屏幕循环显示逆相序报警信号，并显示电压、电流相角，以提醒用户进行相序检查。

4.5.2 缺相保护：

三相电动机由于种种原因，缺少一根火线，就称为缺相。小型电机在启动时缺相，如果没有负荷就会不均匀的缓慢转动，同时迅速发热，若不及时停车，不用多长时间就会烧毁;在带负荷启动的情况下，由于力矩不足转动缓慢甚至停止转动，会导致电机烧毁。稍大的电机如果缺相启动，会发出嗡嗡声，须赶紧停车。

多功能电能表可以在缺相立即发出报警信号，保护开关、线路及电机等用电设备。

4.5.3 电流不平衡、中性线过流保护：

电流不平衡超过预设的比例或中性线电流超过设定值立即发出报警信号，保护电机等用电设备。

4.5.4 过压、欠压、过流保护：

比如电压欠压10% 经10秒后发出报警信号，电压过压15%后直接启动跳闸信号，单相过流10%经10秒发出报警信号，单相过流30%立即发出报警信号等。

4.6 简易校表仪：

多功能电能表通常有多路校表用的脉冲输出，我们可以使用这些校表脉冲输出进行校表。如下图所示，通过光电感应器读取到的机械表转数，变成脉冲信号后输入到PLC;同时将多功能电能表的脉冲信号输入到PLC，使用PLC的定时功能、外置定时器或人工开关进行定时，时间到即停止接收脉冲。对脉冲数量根据响应的脉冲常数计算后进行比较，通过外置LCD/LED屏幕可以显示误差%的数值。

5 结论：

多功能电子式电能表不仅具有强大的电量、需量、分时计量、负荷曲线、事件记录、输出、通讯等计量相关功能，还可以用来进行负荷控制、负荷分析、电能质量监测、电机保护、过压欠压过流保护、简易校表等多种应用。在解决实际问题过程中，深入挖掘已有设备的潜能，实现所需的新功能;既解决了问题又节省了开支，这对于与我们类似的中小型企业尤为重要。

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