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1、湖南威胜电子有限公司 中国电力资料网整理 电 子 式 多 功 能 电 能 表第一章 工作原理第一节 电子式多功能电能表简介1. 1 概述定义 根据电力行业标准DL/T614-1997对多功能电能表的定义：“凡是由测量单元和数据处理单元等组成，除计量有功（无功）电能外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、储存和输出数据的电能表”都可称为多功能电能表。定义中明确四点：第一，由测量单元和数据处理单元组成；第二，能计量电能（有功或无功，或同时计量有功与无功）；第三，能计量需量，能分时、显示、储存和输出数据；第四，两种以上功能。因为允许有两种以上功能，所以市场上的多功能表千差万别，但似乎随着多
2、功能表用量的增加，随着用户对多功能表了解越来越深，功能越来越多似是多功能电能表的发展趋势。分类 多功能电能表可分为两大类：一类叫机电式多功能电能表，其电能测量单元由感应式电表组成；其数据处理单元由单片机组成。另一类电能测量单元和数据处理单元都是由大规模集成电路组成的，叫做电子式多功能电能表，或称固态式多功能电能表，也有人称静止式多功能电能表。电子式多功能电能表又细分为两种：一种计量单元和数据处理单元都由一个单片机完成；一种计量单元由专用计量芯片完成，数据处理功能由单片机完成。 机电式与电子式的失效机理不一样。机电式失效机理属机械磨损型，逐渐失效，辅以机械计度器，一旦发生故障，计度器底度还在，容
3、易解决追补电量问题。但是由于受机械磨损影响，误差越来越大，越来越慢，长寿命表就是为解决越走越慢提出来的。电子表失效是偶发性的，失效后电子计度器无显示，人们对电子表的可靠运行不无担心，但是经过将近七年在全国性普及与应用，人们对电子表建立了充分的信心。电子表精度高，功能多，适应电力行业自动化、计算机化、现代化管理的需要，因此电子式多功能电能表，在全国电力行业受到普遍的欢迎。再和机电式多功能表，复费率表比较，人们发现机电式表，不单具有感应式电能的优点，也具有感应式电表的缺点，机电式电能表没有电子表的优点，但有电子表的缺点，而机一电转换部分光电转换器，最容易发生故障，实际统计表明机电式电能表的故障率比
4、全电子式的还要高，所以全电子式多功能电能表已成为市场的主流。发展 20世纪 80年代末、90年代初国外大公司推出全电子式多功能电能表，如斯伦贝谢、LANDIS & GYR和美国GE公司。1993年我国以湖南威胜电子有限公司为代表，以自己的专利技术为基础，开始研制自己的电子式多功能电能表，1994年8月18日第一台三相全电子式多功能电能表研究成功，并通过电力部、机械电子部组织的国家级技术鉴定。1994年9月2日在全国第一次电能计量展览会上亮相，该表以其独特的造型、先进的工艺、优良的性能震惊国内外。1994、1995两年，威胜在国内做了两年艰苦的宣传、培育市场的工作，此间眼光敏锐的电力行业专家给予
5、威胜极大的支持，特别是湖南省电力局，他们第一个把威胜表挂上网，他们对推广电子式多功能电能表做出了贡献，也付出很大的代价。1996年初，电力部下令在全国推行复费率和负荷控制，这为电子式多功能表推广开避了新的应用领域。电子式多功能表随着销售应用面的扩大，技术上不断向前发展，威胜电子式多功能表相继开发出带RS-485口的通讯功能，全失压记录功能，多事件记录功能，电压合格率测量功能，负荷曲线存贮工能，目前由于两网改造的带动，电能表行业看好，国内电子式多功能电能表行业呈现一派欣欣向荣的景象，目前生产电子式多功能表的厂家已增到十几家。应用 电子式多功能电能表的应用领域很广，由于电子式多功能表具有强大的通讯
6、功能，使多功能表广泛用于远方抄表，为电量远方自动采集和自动计费；为电厂考核上网报价商业运营；为大型企业内部能源自动化管理打下基础。 电子式多功能电能表的诞生与推广给调度自动化，县调综合自动化带来革命性的变化。从采集脉冲跃为数据通讯。在远方读取电能数据同时，可以读到电压、电流、功率的瞬时值。变电站取消电压、电流、功率变送器的时代不会太远。 在电子式多功能电能表出现以后，负荷控制概念上发生了根本性的变化。且不说多功能表本身就具有超功率报警、跳匣功能，本身就可以当电力定量器用,而是多功能电能表的出现使得负控终端RTU的设计思想发生了根本性转变，即再不用从脉冲电能表取脉冲，累积计算电能，而是从RS-4
7、85口直接读取电能数据。丢失脉冲的问题没了。主台与计量表计不一致的问题也没了。 配网变台监测，配网自动化是电子式多功能电能表又一应用领域。变台监测参数：电能、功率、电压、电流、功率因数多功能表都能提供，而且像电压合格率，零序电流、电量冻结等配变考核指标多功能表也能提供，从这个意义上讲电子式多功能电能表的确可称为配变监测仪。这台配变监测仪是经过型式试验有计量许可证的。用电子式多功能表测得参数进行线损计算，平衡分析，指导业扩报装，指导无功补偿是非常合适的，非常方便的，非常精确的。 电子式多功能电能表能够多种方法监视偷电：可以用远方抄表的方式24小时监视偷电；多功能表反向有功可以计入正向，防止偷电；
8、全失压记录帮助追补电量；表内数十种事件记录像飞机的黑匣子一样，记录偶然故障和不轨行为。 电子式多功能电能表还有预付费功能，在解决收费难的问题上，不可否认预付费功能立下了汗马功劳。1. 2 结构特点 图1-1 电子式多功能电能表外形图外形特点 任何产品的造形，固然有美化设计的功劳，但主要由其功能决定。电子式多功能电能表与传统的感应式电能表外形上既保持相似，又有明显的差异，也是由功能决定的。典型的电子式多功能电能表造型如（图1-1）。它也由底盒、上盖、面板、端盖、铅封螺钉、接线插孔等部分组成。这些部分和传统的感应式电能表是一致的。特别是电子式多功能电能表的对外接线方式和感应式电能表一致如（图1-2
9、）。这就保证了电子式多功能电能表在实际应用中不会发生因接线错误或破坏表计或发生计量错误。安装尺寸图三相四线带电流互感器接入式接线图三相四线带电压、电流互感器接入式接线图 图1-2 电子式多功能电能表接线图但是由于“多功能”这一特点，电子式多功能电能表外形上出现许多与传统感应式电能表不同的地方。首先是计度器，一个机械计度器显然不能满足既计有功，又计无功，还要计需量，又要分时计度的要求。现在的多功能表已经达到一百多项功能，别说机械计度器，就是发光二极管LED显示器也不能满足电子式多功能电能表的要求，于是只有求助于液晶显示器LCD。威胜公司早在1992年，就利用方块汉字便于组合的特点，在世界上首创了
10、汉字提 图1-3 液晶显示画面全屏示大屏幕液晶显示器（图1-3），成功地解决了电子式多功能电能表的显示问题。中国式大屏幕汉字提示的液晶显示和国外同类型窄条数字编码的液晶显示比较，中国式大屏幕液晶显示优点是非常明显的，受到抄表工人的普遍欢迎。有些人担心液晶的寿命问题，实际上液晶是一种低功耗器件，随着工艺技术的提高，其寿命越来越高。从威胜公司首次开发成功的第一块大屏幕液晶显示挂网运行至今已有7个年头，现在显示还非常清晰，运行正常，时间会告诉我们液晶的寿命。多功能表外形上第二个特点是验表脉冲输出方式与传统的感应式电能表不同。传统感应式电能表是通过光电管读取转盘旋转圈数与标准表比较来计算误差的。多功能
11、表是全电子式的，功率脉冲可以直接给出。于是出现了两种输出功率脉冲的方式：一种直接接入法，多功能电能表的功率脉冲输出（图1-1操作面板）与标准表直接相连；另一种是在电能表面板上装一个发光二极管，发光二极管的闪烁与功率成正比。多功能表的外形第三个特点是传统感应式电能表没有的，就是为了输出其“多功能”需要一个辅助端子（图1-4）。图1-4 多功能表的辅助端子电子式多功能电能表的时段控制功能、脉冲输出功能、通讯功能、报警跳匣功能都能通过端子输出。多功能表外形的第四个特点是具有多种抄表接口，如电钥匙（或IC卡）抄表接口（图1-1），红外抄表接口，也可以通过通讯口（图1-4）进行远程或本地抄表。多功能表外
12、形第五个特点为适应预付费的需要设有电钥匙（图1-1）或IC卡插口，并通过辅助端子报警、跳匣输出。多功能表外形第六个特点是威胜表独有的，因为威胜表的误差软件可调，所以威胜表在操作面板小门内（图1-1）设了一个专为误差调节用的通讯口。 电子式多功能电能表外型很有特点，它既保存了传统感应式电能表的固有优点，又增加了许多与功能相适应的新特点，这些特点是：1、大屏幕液晶显示；2、两种方式校表功率脉冲输出；3、多种输出辅助端子；4、预付费抄表插口；5软件调误差通讯口。内部结构 图1-5 电子式电能表内部结构 电子式多功能电能表内部结构比较简单，由两块PCB印制板组成：底层是一块电源板；上面是一块逻辑板（图
13、1-5）。逻辑板完成计量及所有管理功能，详见电子式多功能电能表的电原理框图一节。1. 3 功能 用户选择多功能电能表时，或者在编写招标技术文件时，选择哪些功能，是一个颇费脑筋的问题。这里把多功能电能表到目前为止能够达到的功能进行比较全面地列举。但是，我们认为不是功能越多越好，功能多可靠性要下降，考虑目前应用，考虑发展，够用即可。电子式多功能电能表功能列举如下：（1） 电能计量功能 一块表能同时计量正向有功、反向有功、感性无功和容性无功。这就是所谓的“一代四”，一块多功能表等于四块传统意义的感应式电能表。 反向电量有四种计量方式： 反向电量计入正向电量中，同时反向总电量单独计量并显示 反向电量计
14、入正向电量中，同时反向总电量单独计量，不显示 反向电量、正向电量单独计量，反向总电量显示 反向电量、正向电量单独计量，反向总电量不显示 容性无功计量方式也有四种：容性无功电量计入感性无功电量中，同时容性无功总电量单独计量，并显示容性无功电量计入感性无功电量中，同时容性无功总电量单独计量，不显示容性无功、感性无功单独计量，容性无功显示 容性无功、感性无功单独计量，容性无功不显示 无功还有一种计量方式，叫四象限无功，因为涉及问题较多，将在第二章计量原理中详细讲述四象限无功。（2） 功率计量功能 电子式多功能电能表可以给出多种功率计量供不同目的应用。首先多功能表可以计量需量。我们国家一般把15分钟平
15、均功率叫需量。分别按滑差时间1分、3分、5分、15分求得需量的最大值称为最大需量。需量的精确定义请参看第二章需量计量一节。从国家对需量的规定中看出需量是一种功率计量，或者确切的说是一种平均功率。最大需量应用于大用户计费考核。 负荷控制一般考核1分钟平均功率，电子式多功能表一般可从RS-485通讯口读到1分钟平均功率。 电子式多功能电能表还给出一个称为“当前功率”的概念。“当前功率”不是瞬时功率，不是一个周波的平均功率，也不是1秒钟平均功率，而是根据脉冲常数给出的一个脉冲所代表的能量值除以微秒为单位时间计算出来的平均功率。因为脉冲能量值已被标定，单片机测量出的时间精度很高，所以“当前功率”与电能表具有同等的精度等级，是非常准确的。用户明确当前功率概念之后，可以多方面去应用它。如新装表，可以用当前功率核对一下接线是否有错，检查老表“当前功率”可以大致了解该表运行是否正常。 总之，多功能表功率计量功能包括：需量、最大需量计量；1分钟功率计量；当前功率计量。（3） 电压、电流计量 电子式多功能电能表可以提供总电
