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[摘 要] 電能計量裝置經過近百年來的歷程，從古典走進現代。本文在簡要回顧電能計量裝置的進展之后，面向新世紀闡述了現代電能計量裝置的發展趨勢。另外，還簡介幾種特殊功用的新型電能表、互感器和常用電能計量芯片，供大家工作參考。

　　[關鍵詞] 電能計量裝置 機械式電能表 電子式電能表 電磁式互感器 電子式互感器 發展趨勢

　　1 序言
　　電能的計量是通過由電能表、互感器及其二次回路，按照規定的結線方式，組合構成的在線電能計量裝置來實現的。

　　需求促使進步，科技成就發展。在電力市場條件下，為能夠保證公開、公平、公證地為電能生產者和使用者提供優質服務，必須建立一套現代化的電能計量、管理和交易系統。電能計量裝置作為提供電能計量的信息源頭，對電能計量和管理系統來說是至關重要的。本文在簡要回顧電能計量裝置的進展之后，面向新世紀闡述了現代電能計量裝置的發展趨勢。另外，還簡介幾種特殊功用的新型電能表、互感器和常用電能計量芯片，供大家工作參考。

　　2 電能計量裝置的進展
　　2.1從機械式電能表到電子式電能表
　　電能表在世界上的出現和發展已有一百多年的歷史了。由于感應式電能表具有結構簡單、操作安全、價格低廉、堅固耐用、又便于批量生產和使用維修等一系列優點，所以發展很快。現代感應式電能表已有幾十個品種規格，精確度達到0.5~0.2級，具有相當的功能，得到了普遍的應用。

　　隨著電能計量、運營管理的需要和電子技術、元件的發展，出現了各種用途的機電式電能表，如脈沖電能表、復費率電能表和預付費電能表等。所謂機電式電度表，它是沿用感應式電度表的測量機構，其數據處理機構則由電子電路和計算機控制系統實現，因而，機電式電能表是一種半電子式電能表。現行的機電式脈沖電能表、復費率電能表和預付費電能表的大量使用，初步滿足我國現行電價制的要求和解決自動抄表、收費等問題。若要在機電式電能表的基礎上，進一步提高計測精確度和擴展計量功能，更好地滿足發電上網、電網運營管理和供電營銷的需求，那么，機電式電能表就顯得力不從心了。

　　伴隨著微電子技術的迅猛發展，微機技術的應用普及和電能計量專用芯片的批量生產，在二十世紀七十年代的瑞士誕生了一種全新的電度表——電子式電度表。電子式電度表不再使用感應系測量機構，而是由乘法器完成對電功率的測量。由于它沒有傳統電度表上的旋轉機構，因而又被稱為“靜止式電度表”或“固態電度表”。近年來，各種品種規格的電子式電度表不斷推出，基本滿足了我國電力行業有關標準規定的要求。

　　電子式電能表的核心計量芯片按工作原理可分為兩種，一種是以采用DSP技術、以數字乘法器為核心的數 字式計量芯片。它運用高精度的、快速A/D轉換器、可編程增益控制等最新技術;另一種是以模擬乘法器為核心的模擬計量芯片。由于這兩種芯片的基本工作原理有根本的不同，因此在計量精度、線性度、穩定性、抗干擾、溫度漂移和時間漂移等方面數字式芯片遠遠優于模擬式芯片。

　　現將以數模混合數字信號處理技術為核心的一系列適于不同場合的常用單相和三相電能計量芯片介紹如下，作為工作參考。

　　(1)普通單相電能計量芯片AD7755; (2)復費率、預付費及集中抄表單相專用芯片AD7756;

　　(3)防竊電單相專用電能計量專用芯片AD7751;(4)數字式單相視在電能表計量芯片CS5460A;

　　(5)普通功能三相電能計量芯片ADUC812; (6)高精度多功能三相電能計量芯片AD73360;

　　(7)低成本，多功能三相電能計量芯片AD7754;(8)數字式三相視在電能表計量芯片ADE7753。

　　總之，電子式電能表以它的精確度高、穩定性好、高倍過載、功能擴展性好、和環境適應性強等優勢，現已被電力企業和用戶廣泛認可接受。因此說，電子式電能表取代機械式電能表已是大勢所趨。

　　2.2 從電磁式互感器到電子式互感器
　　電磁式電流、電壓互感器(TA、TV)。長期以來，它在繼電保護和電流測量中的作用一直占有主導地位。但是，隨著超高壓輸電網絡的迅速擴展和和供用電容量的不斷增長，這就使傳統的電磁式互感器(TA、TV)在這種工況下很難勝任。這種互感器不僅體積和重量增大、價格上升、防爆困難、安全系數下降;更主要的是它帶有鐵芯結構，頻帶很窄;磁飽和時，二次信號波形發生畸變，導致繼電器誤動作和計量失準。另外，繼電保護和測量裝置已日趨微機化，不再需要高功率輸出的電磁式互感器。

　　電容式電壓互感器。它以其價格低、組裝方便為電力設計部門廣泛使用。但是，由于這種電壓互感器原理和結構所決定，其準確度測試條件要求十分嚴格。電力部門在不具備型試試驗條件下，測得的計量誤差必然是不確定的，致使竣工驗收工作流于形式。另外，由于110千伏即以上電容式電壓互感器現場檢驗設備與測試方法，我國還處在探索適用階段，可以說，目前電力部門難以對在線運行的電容式電壓互感器質量其及計量誤差變化情況進行考核。因此，目前國產電容式電壓互感器只能作為供電量計量用，不宜用于售電量計量用。

　　霍爾式電壓、電流互感器。由于它采用霍爾元件體積小，配合適當電路后精度很高，在電流、電壓測量中的得到廣泛應用。但是，這種電壓、電流互感器的結構，仍需鐵芯。因此，它仍然像電磁式互感器那樣存在著問題。

　　時代在前進，科技在進步。隨著光電子技術的迅猛發展，一種結構簡單、線性度良好、性能價格比高、輸出范圍寬和易以數字量輸出的無鐵芯式新型互感器——電子式互感器，便應運而生。

　　(1)光電式電壓互感器(OTV)。它是基于PockeIs電光效應，采用光學電壓傳感頭與其相應的電子測量電路組合而成。

　　(2)光電式電流互感器(OTA)。它是基于Faraday磁光效應，采用光學電流傳感頭與其相應的電子測量電路組合而成。

　　國外于20世紀60年代初，我國從20世紀80年代開始研制光電式電壓、電流互感器(OTV、OTA)，現今均已部分掛網試運行。

　　3幾種特殊功用的新型電能表和互感器
　　3.1具有電能計量綜合誤差自動跟蹤補償的多功能電能表[1]
　　目前，電網中各計量點電量的結算是以計量點的在線電能表的讀數為依據來進行統計的，而對于各計量點電量的追補則是根據該計量點的電能計量裝置綜合誤差來進行考核并最終確定的。通常采用人工方法對綜合誤差進行計算及更正并用人工方法對計量點的電量進行追補。這樣，不僅工作繁瑣而且得到的計算結果與實際結果并不相符，兩者存在著較大的誤差。

　　隨著計算機技術的發展及其在儀器儀表中的應用，目前先進的多功能電能表中增設了所在計量點的電能計量裝置“綜合誤差的自動動態補償”的功能。既保證了綜合更正的準確性，又避免了復雜的綜合誤差的計算。例如：澳洲RED PHASE的EDMI2000—0400多功能電能表的軟件中提供了一個“系統更正曲線”的菜單，可以訪問、輸入、修改測量系統中外部互感器全部量限的幅值及相位的更正值。在實際運行中，電能表通過對實時運行負荷的準確測量，可以及時準確地將電能表和互感器在該實際負荷點的誤差以及TV二次回路壓降誤差(事先已輸給電能表中)在測量過程中自動進行相應地更正。

　　通過開發和利用EDMI2000系列多功能電能表中的綜合誤差自動動態補償功能的實踐證明，它可以改變過去對電能計量裝置綜合誤差人工合成計算的繁瑣方法和按有關規定的平均運行負荷計算更正電量的近似方法，因而大幅度地提高了電量統計、結算的效率和準確可靠性。同時，該功能還可通過人工干預，以保證在電能計量裝置綜合誤差的各項或某項誤差改變時，實時進行跟蹤補償，從而保證了電能計量讀數值的準確可靠。

　　3.2合理、準確計量非線性負載電能的電子式基波電能表[2]
　　現在非線性負載電力用戶電能表的計量結果是其非線性負載消耗的基波電能與諧波電能的代數和，這兩部分電能之和確實是非線性負載消耗的實際電能。但問題在于：由于諧波電能是負值，所以得到的電能計量結果將小于非線性負載從電網中吸取的基波電能。非線性負載回饋給電網的諧波電能，不僅無用，反而有害。而在計量時，還要從非線負載在電網中吸取的基波電能中扣除回饋給電網的諧波電能。顯然，這樣的計量結果是不合理的。

　　2002年由甘肅省蘭州供電局和中國電力科學研究院共同完成的《電網諧波對電能計量影響的實驗研究》科技成果通過專家鑒定。此項成果成功地解決如何對非線性負載用戶合理、準確地計量的問題，并對試驗用電子式基波電能表性能加以改進使其產品化。

　　3.3準確、簡便計量低功率負載電能的電子式坡印亭電能表[3]
　　電子式坡印亭電能表，它是根坡印亭矢量原理，采用同心母線式傳感頭及其測量電路組成。它是將電流互感器和電壓互感器的功能集為一體的裝置。此傳感頭結構簡單，易于制作，性能價格比高，特別適用于高電壓、低功率因數負載的單相、三相功率測量和電能計量。這種互感器工作頻率范圍寬，不難達到10千赫。電流過載能力強，可達幾十倍。充以壓縮空氣或SF6可用于超高電壓，準確度約為千分之幾的數量級，在低功率因數負載下，仍能保持高準確度。

　　3.4 電子式多功能視在電能表[4] [5]
　　通過現場調研和抽測結果的統計可知，現在低壓非大工業用戶和居民用戶的售電量占總售電量的比例，已從過去的10%左右上升到30%以上，其符合平均功率因數已從過去的0.8左右下降到0.6左右。通過計算結果可知，這兩類用戶無功負荷引起的有功電量損耗已超過其有功負荷引起的有功電量損耗。由于，國家電價規定這兩類用戶不執行功率因數調查辦法，只按在裝變壓器容量收取基本電費和電量電費，這樣不僅減少了供電企業合理的電費收入，而且造成配電網的線損率居高不下。

　　為了解決上述存在的問題，近來年，我國一些廠家先后研制成電子式單相視在電能表、電子式雙費率(黑、白)單相視在電能表和電子式三相最大需用容量視在電能表等。 這三種視在電能表分別選用專用電能計量芯片，使用AVR單片機作為數據處理芯片，由該單片機通過專用電能計量芯片測量的 電壓、電流有效值來計算視在功率，按其電能表脈沖常數輸出脈沖，驅動計數器，累計和顯示出設計規定的電量和容量。現場試用證明，這三種電子式視在電能表，可測帶寬為1000 HZ ，在-30℃~50℃的溫度范圍精確度達到0.5級。

　　3.5 S級寬負載電磁式電流互感器[6] [7]
　　早在二十世紀八十年代初期，國外發達國家為了解決傳統1.0 ~ 0.2級電流互感器精度與新系列S級和寬負荷電能表精度不相匹配的問題，成功開發了新系列S級電流互感器。

　　S級電流互感器主要特點是擴大了電流互感器保證誤差值的輕負載范圍，同時還將同級非S互感器5%ⅠN負載點誤差限下移到1%ⅠN點，原20%ⅠN點誤差限下移到5%ⅠN點，原100 ~ 120%ⅠN點的誤差限向下延伸到20%ⅠN ，其精度保證負載范圍與相應準確等級的S級和寬負載電能表完全匹配。;因此，可以成倍提高了電能計量裝置的整體精確度，全面地解決了長期存在的電能計量裝置在輕負荷時計量不準確的問題。

　　3.6 自校準電磁式組合互感器[8] [9]
　　所謂組合互感器，它是由電流互感器和電壓互感器組合而成并裝在同一外殼內的互感器。組合互感器分為單相和三相兩種。

　　由于此組合互感器內每臺電流互感器和電壓互感器均具有相同變比，不同準確等級的兩個獨立繞組，分別用于計量和自校。因此，它不僅具有可靠的防竊電功能，更重要是，它可以分別通過自校專用電流和電壓插接部件，在正常運行條件下將攜帶型電子式電能表現場校準儀和攜帶型電子式互感器校驗儀，對應接入這種組合互感器內的自校繞組，即可在現場運行負荷和環境條件下，核查和測定此電能計量裝置計量結果的動態綜合誤差、互感器動態合成誤差、電壓互感器二次回路壓降的動態合成誤差和每臺(組)電壓、電流互感器的動態比差和角差。

　　1998年我國某供電公司與某廠家聯合研究試制成一臺10千伏0.5級三相三線電能計量專用自校準電磁式組合互感器，并將其安裝在某電力用戶高壓電能計量點，投入運行試用并收到了預期效果。

　　3.7 Rogowski光電式電流互感器[10] [11]
　　光電式電流互感器(OTA)雖然具有顯著特點，但由于它對溫度、振動的敏感性及其長期工作的時間穩定性尚待進一步解決;另外它的傳感頭制作要求高，價格昂貴等問題，限制了OTA的推廣使用。只要應用Rogowski線圈組成的電流互感器，就能較好解決上述問題。

　　Rogowski線圈式電流互感器。它是根據電磁感應原理工作，在其線圈繞組兩端接上合適的電阻就可測量電流。由于線圈繞組導線均勻地繞在一個非鐵磁性環形骨架上，它通過電磁場與主電路電流回路耦合，故它具有良好電氣絕緣性能。現在國內外都已有0.2級Rogowski線圈。

　　現場試用表明，Rogowski線圈式OTA，它具有結構簡單、安裝方便、測量范圍寬、準確度高(優于±0.5%)，抗干擾能力強，運行穩定可靠，易以數字是輸出和性能價格比高等特點。

　　4 現代電能計量裝置的發展趨勢
　　二十一世紀是信息網絡化的時代，高新科技成果廣泛應用的時代和電力企業持續發展的時代。

　　我們認為，電能計量裝置的數字化、智能化、標準化、系統化和網絡化是現代電能計量裝置的發展趨勢。

　　(1)所謂數字化就是采用數字式計量芯片，應用高新科技技術研制電子式電能計量裝置。電能計量裝置實現數字化，能夠不斷提高計量裝置性能，進一步保證計量結果準確可靠。

　　(2)所謂智能化就是采用高新科技，不斷完善DL / T614—1997多功能電能表標準規定的所有功能，同時，開發研制具有自校準組合互感器、電能計量綜合誤差自動跟蹤補償等特殊功能的全新電能計量裝置。電能計量裝置實現智能化，能夠進一步適應我國電價制的變革、滿足運營管理的需要、解決特殊負載用戶的計量問題、開展現場實負荷整體檢驗電能計量裝置。

　　(3)所謂標準化就是依據DL / T 448—2000電能計量裝置技術管理規程中的電能計量裝置配置原則，分別對發電運營側、電網運營管理側和供電運營側配置相應的電能計量裝置。電能計量裝置實現標準化，能夠進一步促使電能計量裝置的配置，達到先進、合理、統一，便于運行、維護、管理。

　　(4)所謂系統化就是將電能計量裝置與自動抄表系統聯通組成一個電能計量管理系統。電能計量裝置運行實現系統化，能夠不斷改善工作條件、服務質量，進一步提高工作質效、經濟效益。

　　(5)所謂網絡化就是將電能計量裝置管理系統聯通構成一個電能計量信息網絡。電能計量系統實現網絡化，能夠不斷拓寬信息資源，達到充分共享，進一步提高運營管理水平、客戶服務質量。電能計量信息網絡，應按照可能性和必要性，分別建立地域網和區域網等。

　　5結束語
　　上述是我們關于電能計量裝置進展的簡要回顧之后，闡述了面向二十一世紀現代電能計量裝置的發展趨勢。由于我們的學識和條件所限，難免坐井觀天，加之謬誤兼有。為此，懇請大家不吝批評指正。