电能计量技术第七章

第 七 章 电 能 计 量 检 验 装 置 及 检 验 方 法 电 能 计 量 检 验 装 置 定 义 为 向 被 检 电 能 表 供 给 电 能和 测 量 此 电 能 的 器 具 的 组 合 。 本 章 介 绍 对 电 能 表 进 行检 验 项 目 及 一 般 要 求 的 有 关 标 准 或 规 程 ， 介 绍 电 能 计量 检 验 装 置 的 基 本 原 理 及 其 主 要 功 能 和 使 用 方 法 。 主 要 内 容v 第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 理v 第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法v 小 结v 复 习 思 考 题 第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则一 、 检 验 项 目 对 单 相 电 能 表 的 检 验 项 目 有 ： 潜 动 试 验 、 启 动 试 验 、 走 字试 验 、 绝 缘 试 验 及 误 差 测 定 。 对 三 相 电 能 表 除 做 以 上 试 验 外 ，还 需 做 三 相 不 平 衡 试 验 。 电 能 表 作 为 电 能 的 计 量 器 具 ， 检 验 时 最 重 要 的 项 目 当 然 是它 的 计 量 准 确 的 程 度 。 为 了 便 于 考 核 和 比 较 ， 就 用 基 本 误 差 这个 概 念 来 衡 量 电 能 表 的 测 量 准 确 度 。 基 本 误 差 就 是 指 在 规 定 的 测 试 条 件 下 和 规 定 的 测 试 范 围 内以 及 规 定 的 接 线 方 式 时 的 相 对 误 差 ， 其 定 义 式 表 示 为 式 中 ， W电 能 表 侧 得 的 电 能 ； W0通 过 电 能 表 的 实 际 电 能 （ 也 称 作 真 值 ） 。 根 据 测 量 的 误 差 理 论 可 知 ， 真 值 是 无 法 获 知 的 ， 再 准 确 的测 量 也 总 会 有 误 差 。 所 以 一 般 是 用 比 被 检 验 的 电 能 表 误 差 小 的电 能 表 （ 检 验 2.03.0级 电 能 表 时 ， 可 用 0.5级 标 准 电 能 表 ； 检验 0.51.0级 电 能 表 时 ， 可 用 0.10.2级 标 准 电 能 表 ） 测 得 的 值作 为 真 值 ， 代 入 上 式 求 出 被 检 电 能 表 的 误 差 。第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 二 、 检 验 方 法 1、 虚 负 荷 法 和 实 负 荷 法 根 据 检 验 装 置 使 用 电 源 的 不 同 ， 检 验 方 法 分 为 虚 负 荷 法 和实 负 荷 法 。 实 验 室 常 用 的 检 验 装 置 为 虚 负 荷 法 装 置 ， 实 负 荷 法装 置 主 要 用 于 交 流 电 能 表 的 现 场 检 验 。 采 用 虚 负 荷 法 标 准 电 能 表 检 验 装 置 的 结 构 框 图 如 图 7-1所 示 。 图 7-1 虚 负 荷 法 标 准 电 能 表 检 验 装 置 结 构 框 图 第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 采 用 实 负 荷 法 的 检 验 装 置 中 ， 电 能 表 和 功 率 表 所 测 量 的 电能 和 功 率 ， 与 负 荷 实 际 消 耗 或 电 源 实 际 供 给 的 电 能 或 功 率 是 一致 的 ， 流 过 仪 表 电 流 回 路 的 电 流 是 由 加 于 相 应 电 压 回 路 上 的 电压 在 负 荷 上 所 产 生 的 电 流 值 。 2、 瓦 秒 法 和 标 准 电 能 表 法 根 据 检 验 装 置 所 使 用 的 主 要 标 准 器 不 同 ， 检 验 方 法 分 为 瓦秒 法 和 标 准 电 能 表 法 。 以 已 知 恒 定 功 率 （ P） 乘 以 已 知 时 间 间 隔 （ s） 方 式 确 定 给予 被 试 表 电 能 的 方 法 ， 称 为 瓦 秒 法 。 将 已 知 的 电 能 量 加 给 被 检 表 的 方 法 称 为 比 较 法 ， 由 于 已 知的 电 能 量 是 由 标 准 电 能 表 提 供 的 ， 所 以 又 称 为 标 准 电 能 表 法 。第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 三 、 检 验 装 置 的 种 类 1、 单 相 装 置 和 三 相 装 置 ； 2、 实 验 室 装 置 和 现 场 检 验 装 置 ； 3、 电 工 型 装 置 和 电 子 型 装 置 。四 、 检 验 装 置 对 电 源 的 要 求 （ 1） 装 置 应 有 足 够 的 输 出 范 围 以 满 足 被 检 电 能 表 的 检 验 工作 需 要 。 1） 电 流 产 生 电 路 的 输 出 范 围 ： 2） 电 压 产 生 电 路 的 输 出 范 围 ： （ 2） 相 位 的 调 定 范 围 应 能 满 足 检 定 规 程 对 功 率 因 数 的 调 定要 求 。第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 （ 3） 三 相 装 置 的 电 压 回 路 各 相 的 相 位 差 应 不 超 过 2。五 、 数 字 程 控 型 检 验 装 置 的 组 成 及 工 作 原 理 数 字 程 控 型 电 能 表 检 验 装 置 主要 由 主 控 单 片 机 、 程 控 电 源 、 标准 电 能 表 、 误 差 计 算 器 等 几 部 分组 成 。 此 外 装 置 还 有 带 显 示 器 的键 盘 、 打 印 机 ， 并 可 和 PC 机 通 信 。其 原 理 框 图 如 图 7-2所 示 。 图 7-2 数 字 程 控 型 电 能 表 检验 装 置 原 理 框 图 第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 六 、 数 字 程 控 电 源 的 基 本 工 作 原 理 数 字 程 控 电 源 由 信 号 产 生 、 功 率 放 大 、 输 出 控 制 三 大 部 分组 成 。 信 号 电 路 用 来 产 生 多 相 正 弦 波 信 号 ， 并 完 成 对 信 号 的 频率 、 相 位 和 幅 度 的 调 节 ； 功 率 放 大 电 路 完 成 对 信 号 的 放 大 和 变换 ， 保 证 一 定 的 功 率 输 出 ； 输 出 控 制 电 路 完 成 对 输 出 的 启 停 、切 换 、 保 护 等 。 （ 一 ） 信 号 产 生 电 路 信 号 产 生 电 路 由 数 字 波 形 合 成 、 数 字 调 幅 、 数 字 变 频 、 数字 移 相 等 几 部 份 组 成 。 1、 数 字 波 形 合 成第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 （ 1） 波 形 的 分 解 与 量 化 ： 如 图7-3所 示 ， 正 弦 波 在 一 个 周 期 内 等 分成 16个 点 ， 在 幅 值 峰 -峰 之 间 共 分 成 100个 等 级 ， 量 化 等 级 标 于 图 中 。 很 显 然 ， 要 使 波 形 逼 真 ， 一 个周 期 内 分 解 的 点 数 和 幅 度 上 的 量 化级 数 越 多 越 好 。 但 是 分 解 的 点 数 越多 ， 产 生 一 个 完 整 的 正 弦 波 所 需 的数 据 量 就 越 大 。 幅 度 量 化 的 级 数 越多 ， 将 来 所 需 的 D/A位 数 就 越 多 。 图 7-3 正 弦 波 的 分 解 与 量 化第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 （ 2） 波 形 的 合 成 ： 波 形 的 合 成 过 程 如 图 7-4所 示 。 需 要 指出 的 是 ， 运 放 输 出 的 电 压 信 号 是 各 点 数 字 量 相 应 的 阶 梯 波 ， 里面 含 有 高 次 谐 波 ， 需 用 低 通 滤 波 器 加 以 滤 除 。图 7-4 正 弦 波 的 合 成第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 2、 数 字 调 幅 根 据 U0的 表 达 式 ， 要 改 变 输出 正 弦 波 的 幅 度 ， 只 要 改 变 形 成波 形 的 基 准 电 压 Uref即 可 ， 而 Uref是 由 D/A#2的 数 字 量 D2即 可 改 变合 成 数 字 波 形 时 的 基 准 电 压 Uref。这 样 也 便 于 实 现 幅 度 的 程 控 调节 。 至 于 D/A#2的 位 数 ， 应 由 输出 幅 度 的 调 节 细 度 来 决 定 ， 当 要求 调 节 细 度 高 时 ， D/A#2的 位 数可 以 高 一 些 。 图 7-5 数 字 式 调 节 幅 度 电 路第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 3、 数 字 变 频 （ 1） 输 出 正 弦 波 的 频 率 与 波 形 计 数 器 的 脉 冲 频 率 的 关 系 。 （ 2） 频 率 合 成 技 术 及 锁 相 环 工 作 原 理 。 锁 相 环 电 路 如 图 7-6所 示 ， 频 率 合 成 电 路 如 图 7-7所 示 。图 7-6 锁 相 环 电 路 图 7-7 频 率 合 成 电 路 第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 4、 数 字 移 相 数 字 移 相 的 实 现 ， 实际 上 是 控 制 波 形 合 成 时 的波 形 计 数 器 的 清 零 时 间 ，每 相 正 弦 波 输 出 的 清 零 脉冲 应 当 是 每 隔 3600个 计 数脉 冲 来 一 次 ， 如 图 7-8所 示 。这 样 才 能 周 而 复 始 地 合 成正 弦 波 输 出 。 图 7-8 清 零 移 相 原 理第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 （ 二 ） 功 率 放 大 电 路 功 率 放 大 电 路 的 作 用 是 把 信 号 产 生 电 路 所 产 生 的 正 弦 波 加以 放 大 ， 以 输 出 一 定 的 电 压 和 电 流 。 每 个 放 大 器 都 是 由 基 本 放 大 器 、 稳 幅 电 路 、 幅 度 显 示 取 样电 路 、 故 障 报 警 检 测 电 路 以 及 输 出 变 换 电 路 等 组 成 。 （ 三 ） 输 出 控 制 电 路 输 出 控 制 电 路 完 成 的 主 要 功 能 是 ： （ 1） 输 出 软 启 停 键 盘 控 制 。 （ 2） 输 出 电 压 、 电 流 换 挡 键 盘 控 制 。 （ 3） 电 压 、 电 流 试 验 点 键 盘 控 制 。 （ 4） 频 率 键 盘 控 制 。第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 （ 5） 相 位 键 盘 控 制 。 （ 6） 试 验 点 功 率 因 数 键 盘 控 制 。 （ 7） 输 出 频 率 、 相 位 键 盘 控 制 。 （ 8） 内 部 音 量 控 制 。 （ 9） 故 障 检 测 报 警 控 制 。 （ 10） 键 盘 扫 描 控 制 。 （ 11） 计 算 机 间 串 行 通 信 。第 一 节 电 能 计 量 检 验 装 置 的 基 本 原 则 第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法一 、 数 字 程 控 型 三 相 电 能 表 检 验 装 置 的 主 要 功 能 （ 1） 潜 动 试 验 、 启 动 试 验 、 标 准 偏 差 的 测 定 、 基 本 误 差 的测 定 。 （ 2） 光 电 采 样 器 可 进 行 三 维 调 节 ， 既 可 采 样 回 转 式 电 能 表的 转 盘 信 号 ， 也 可 接 收 电 子 式 电 能 表 的 频 闪 信 号 。 （ 3） 误 差 处 理 系 统 能 接 收 光 电 采 样 器 信 号 、 安 装 式 电 子 表的 输 出 脉 冲 和 标 准 电 能 表 的 高 频 脉 冲 信 号 等 。 （ 4） 相 同 类 型 （ 相 线 、 额 定 电 压 、 标 定 电 流 相 同 ） 、 不 同常 数 的 电 能 表 可 同 时 检 验 （ 限 三 种 常 数 ） 。 （ 5） 可 检 验 多 功 能 电 能 表 485口 的 通 信 功 能 、 需 量 误 差 及 时钟 误 差 （ 要 求 表 有 时 钟 信 号 输 出 ） 。 （ 6） 可 自 动 对 回 转 式 电 能 表 转 盘 的 标 记 区 进 行 定 位 ， 方 便 做 潜 （ 起 ） 动 试 验 。 （ 7） 可 在 工 频 基 波 上 迭 加 221次 谐 波 ， 谐 波 的 幅 值 和 相 位可 随 要 求 设 定 ， 还 可 对 输 出 量 进 行 谐 波 分 析 并 绘 制 波 形 。 （ 8） 能 自 动 测 试 各 单 元 的 电 压 、 电 流 、 功 率 稳 定 度 和 三 相总 功 率 稳 定 度 ， 能 自 动 给 出 装 置 监 视 仪 表 的 比 对 误 差 和 输 出电 量 三 相 不 对 称 度 指 标 （ 配 数 字 式 标 准 表 的 装 置 ） 。 （ 9） 装 置 稳 定 度 高 、 可 靠 性 好 、 输 出 功 率 大 。 电 压 （ 电流 ） 回 路 可 带 任 意 性 质 的 负 载 。 （ 10） 装 置 具 有 完 善 的 故 障 检 测 、 定 位 、 保 护 和 报 警 功 能 ，以 免 人 为 地 接 线 或 操 作 错 误 而 损 坏 装 置 。 （ 11） PC机 软 件 可 高 效 迅 速 地 控 制 装 置 和 进 行 数 据 查 询 ， 具备 了 功 能 完 善 的 报 表 打 印 、 数 理 统 计 和 资 产 维 护 等 功 能 。第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 二 、 数 字 程 控 型 三 相 电 能 表 检 验 装 置 的 使 用 方 法 1、 正 确 接 线 2、 设 定 检 表 时 的 参 数 通 过 按 操 作 键 盘 上 的 参 数 键 ， 将 被 检 表 的 相 线 类 型 、 额定 电 压 、 标 定 电 流 、 常 数 等 信 息 告 诉 给 装 置 ， 按 一 下 参 数 键 ， 屏 幕 显 示 如 下 内 容 ：第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 此 时 可 移 动 光 标 或 直 接 按 数 字 键 让 光 标 停 留 在 要 设 定 的 项目 上 ， 再 按 回 车 键 ， 可 逐 相 一 一 设 定 。 在 各 参 数 的 设 置 过 程 中 若 要 取 消 当 前 的 操 作 ， 按 ESC键即 可 。 3、 被 检 表 误 差 的 测 定 4、 启 动 试 验 按 下 启 动 键 ， 屏 幕 显 示 为 ：第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 5、 潜 动 试 验 按 下 潜 动 键 ， 液 晶 屏 幕 显 示 内 容 为 ： 6、 装 置 输 出 量 的 人 工 调 节 方 法 （ 1） 数 字 定 值 调 节 。 按 一 次 调 整 键 ， 屏 幕 显 示 变 为 ：第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 （ 2） 步 进 调 节 。 在 数 字 定 值 调 节 状 态 时 再 按 一 次 调 整 键或 在 其 他 状 态 时 按 二 次 调 整 键 ， 就 启 动 了 输 出 量 的 步 进 调 节功 能 。 屏 幕 显 示 为 ：第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 7、 多 功 能 表 时 钟 误 差 的 测 定 在 键 盘 上 按 时 间 键 ， 屏 幕 变 为 ：第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 8、 多 功 能 表 通 信 功 能 的 检 查 9、 最 大 需 量 误 差 的 测 试 10、 谐 波 试 验第 二 节 检 验 装 置 的 主 要 功 能 和 使 用 方 法 小 结v 电 能 表 在 投 入 使 用 前 和 使 用 中 都 必 须 对 其 计 量 性 能 进 行 检验 与 测 试 。v 对 单 相 电 能 表 的 检 验 项 目 有 ： 潜 动 试 验 、 启 动 试 验 、 走 字试 验 、 绝 缘 试 验 及 误 差 测 定 。 对 三 相 电 能 表 ， 还 需 加 做 三相 不 平 衡 试 验 。v 电 能 表 的 检 验 ， 是 通 过 电 能 计 量 检 验 装 置 进 行 的 。 按 使 用电 源 的 不 同 ， 检 验 方 法 分 为 虚 负 荷 法 和 实 负 荷 法 ； 按 使 用的 标 准 器 不 同 ， 分 为 瓦 秒 法 和 标 准 电 能 表 法 。v 本 章 主 要 介 绍 了 数 字 程 控 型 装 置 的 结 构 、 工 作 原 理 及 使 用方 法 。 复 习 思 考 题7-1 对 单 相 电 能 表 进 行 检 验 的 项 目 有 哪 些 ？ 对 三 相 电 能 表 进 行 检 验 的 项 目 有 哪 些 ？7-2 安 装 式 电 能 表 和 携 带 式 精 密 电 能 表 通 常 分 别 检 查 什 么 潜 动 ？7-3 如 何 进 行 电 能 表 的 启 动 试 验 和 走 字 试 验 ？7-4 检 验 电 能 表 的 基 本 误 差 时 （ 如 何 得 到 W0 通 过 电 能 表 的 实 际 电 能 ， 也 称 作 真 值 ） ？7-5 虚 负 荷 法 和 实 负 荷 法 的 区 别 是 什 么 ？ 画 出 虚 负 荷 法 电 能 表 检 验 装 置 结 构 框 图 。7-6 解 释 瓦 秒 法 和 标 准 电 能 表 法 。7-7 电 能 表 检 验 装 置 分 为 哪 些 种 类 ？ 7-8 根 据 有 关 检 验 规 程 和 标 准 的 规 定 ， 电 能 计 量 检 验 装 置 的 电 源 应 满 足 哪 些 要 求 ？7-9 数 字 程 控 型 电 能 表 检 验 装 置 主 要 是 由 哪 几 部 分 组 成 的 ？ 7-10 简 述 数 字 程 控 型 电 能 表 检 验 装 置 的 工 作 原 理 。7-11 数 字 程 控 电 源 是 由 哪 几 部 分 组 成 的 ？7-12 数 字 程 控 型 三 相 电 能 表 检 验 装 置 有 哪 些 主 要 功 能 ？7-13 如 何 使 用 数 字 程 控 型 三 相 电 能 表 检 验 装 置 检 验 电 能 表 ？7-14 如 何 测 定 被 检 表 的 误 差 ？ 如 何 进 行 启 动 试 验 和 潜 动 试 验 ？7-15 数 字 程 控 型 三 相 电 能 表 检 验 装 置 输 出 量 的 人 工 调 节 方 法 有 哪 两 种 ？复 习 思 考 题