1 引言

　　数字化变电站由于其技术的显著优势正日益受到人们的关注，并有望成为变电站自动化技术的发展方向。新一代的变电站通信网络和系统标准IEC61850[1]为加强设备的互操作性，对现有变电站的运行功能和逻辑设备进行标识和描述，将应用功能和通信分开，采用抽象通信服务接口和数据建模技术对应用功能和通信之间的接口进行标准化。因此，传统的电能计量装置中连接电能表和电压、电流互感器的二次电缆不见了，电能表和互感器不再构成一个电气回路，而代之以传输数字信号的光缆进行连接，传输系统在带宽足够情况下，本身不会对电能计量的精度产生影响。

　　依据国家计量法[2]规定，用于贸易结算的关口电能计量装置必须接受强制检定。然而，目前国家计量检定系统和检定规程还处于建设中。为了适应数字化变电站技术的快速发展和确保本省在建的数字化变电站正常投运，有必要对数字化变电站中的电能计量技术尤其是电能计量装置的测试技术进行研究。本文按照国家量值溯源政策[3]要求的量值溯源途径，建立数字化变电站中电能计量装置的量值溯源模型。

　　2 电子式互感器的量值溯源

　　数字化变电站技术的重要特征在于一次电气设备的输出实现了数字化和网络化，此项特征建立在电子式互感器应用上。电子式互感器与二次设备之间增加了一个物理设备-合并单元，合并单元可以是互感器的组成部分，也可以是分立元件，但总是与特定的互感器配套。合并单元除了对采样数据进行标准化重组并发送给二次设备之外，另一个重要的作用是接受站级同步信号，并控制所连接的所有互感器同步采样。传感机理和同步信号均可能影响互感器的误差和性能。符合IEC61850-9-1协议的合并单元可以接受电信号秒脉冲，也可以是光信号秒脉冲，国际标准[4-5]对电信号和光信号的技术参数进行了规范。制造方在交付产品时，应声明采用何种同步脉冲源进行互感器的准确度测量，还应说明保持此准确度所需同步脉冲源必须满足的要求(如：最大上升时间)。

　　目前，对电子式互感器的检定，采用传统电磁式互感器作为标准器具不失为一个简单、有效的方法。文献[6-10]对这种方法进行了介绍，传统电磁式互感器二次输出经过模数转换，其数字量和被试电子式互感器进行比较得出比差和角差。校验系统原理图如图1所示(以电子式电流互感器为例)。校验系统的误差来源主要是：标准互感器、标准电阻、A/D转换器和计算模块。

　　图1：电子式电流互感器的校验原理图

　　标准器具包括标准电流互感器、标准电压互感器、标准电阻和感应分压器。按照国标JJG313-94[11]和JJG314-94[12]对标准互感器的误差限规定，以及国网武汉高压研究院制定的《电子式互感器校准规范》[13]，在额定频率和被检电子式互感器被测量程范围内，标准器应比被检电子式互感器高两个准确度级别，其实际误差应不大于被检电子式互感器误差限值的1/5。本校验系统以0.02级的标准电流互感器和标准电压互感器作为一次标准器具，由于标准电流互感器的二次上限负载为1VA，标准电阻采用锰铜材料、精度为0.01级的1欧姆电阻。标准器具定期接受更高精度的量值检定，并且具有有效的检定证书。

　　电子式互感器校验仪包括A/D转换器和计算模块。依据文献[13]的规定，由电子式互感器校验仪所引起的测量误差，应不大于被检电子式互感器误差限值的1/10。为实现对0.2S级及以下的电子式电流互感器进行校验，电子式互感器校验仪在1%～120%额定量程范围的测量精度应达到0.02级。八位半数字多用表是目前业界最高分辨率的计量仪器，非常适合用于宽量程范围的信号采集。除此之外，八位半数字多用表的线性度、稳定性以及转移特性也是其他数据采集设备无法比拟的。Agilent的3458A 八位半数字多用表，提供高达100kS/s的积分转换速率，1kHz的输入信号仍然具有96dB的信噪比，交流采样最小量程10mV，中频带电压采集精度达100ppm[14]。另外，3458A具有自校准功能，当实际温度超过上一次的校准温度时，需要进行一次自校准。由于校验装置一般用于互感器的现场校验，环境温度与实验室温度可能相差达到±10℃，自校准功能非常有必要。

　　计算模块采用傅里叶分析算法，首先实现了幅值测量和相位测量，然后得到目标值-比差和角差。算法对测量结果的误差有一定影响，由于插值修正法对于幅值测量和相位测量的精度提高具有等效性，要求首先进行比差检定，然后进行角差检定，这样间接证明算法对相位测量引入的误差可以忽略。比差检定采用Fluke 5720A作为标准源，输出1V工频电压的理论误差为0.006%。比较标准源设定值和校验仪的测量值即可得到比值误差，检定范围对应被测互感器的量程。

　　校验仪的相位误差检定在对数表的额定延时作修正后进行，检定原理图如图2所示，被测互感器的数字量由第二台数字多用表采样得到，此时称之为模拟被测通道。BHE型互感器校验仪检定装置可以非常方便、精确地设定角差，设定分辨率0.05′，调节范围[-500′,-500′]，装置精度为0.2级。

　　图2 电子式互感器校验仪的检定原理图

　　3 电能表的量值溯源

　　用于数字化变电站的电能表与传统电能表的主要区别在于输入信号类型。传统三相四线制电子式电能表的输入为三路模拟电压、三路模拟电流，与互感器的二次输出存在电气连接。而数字化电能表的输入为以太网类型的数据帧，物理层介质为光纤或者双绞线传输系统，电能表与互感器之间不存在电气连接。此类电能表的有功电能在理论上没有误差，但受处理器字长、系统时钟等因素的影响，误差必然存在，只不过数字化电能表的精度稳定性更高，温漂的影响更小。因此，数字化电能表仍然需要经过量值溯源，并且只能采用非传统的检定方法。