1、贵州电网高频参数测试仪器校准技术研究2008 年第 1 期贵州电力技术(总第 103 期)口电网技术贵州电网高频参数测试仪器校准技术研究贵州电力试验研究院何军刘晟蓉邓朴刘颖麻勇550002摘要本文根据高频参数测试仪器相关技术规程要求进行理论分析,并就建立电平衰减标准试验室,构建省内的第一套满足计量检定规程要求的电平衰减校准系统进行论述.关键词高频参数测试校准选频电平表电平振荡器1 问题的提出选频电平表,电平振荡器,带电平量程的多用表,示波表等是高频参数测试仪器,这类仪器应用于电网通信,继电保护,自动化等专业,贵州电网的这类仪器数量较多,有的已经使用多年,陆续出现测量误差大的问题.按照国家有关计
2、量规程规定,此类仪表应该在每年或每次检修后进行校准.贵州电网继电保护高频通道传输的信号频率范围大约在 50kHz620kHz 之间,电平范围大约在+20一 60dB 之间,各种专用测试仪器测量量程基本上也是在这个范围之内.贵州电网目前仍有较大数量的收发信机,载波机在网运行,相应的各种试验用高频参数测试仪器仪表在运行维护,检修工作中发挥作用,为保证电网安全稳定运行,相关仪器也应该按照国家规程规定进行校准.2 理论分析电平作为传输单位广泛应用于高频信号测量,早先在继电保护专业中常采用奈贝(有教科书翻译为奈培)(Np)电平单位,现在国家法定计量单位中已经废除奈贝,而采用分贝(dB)电平单位.用电平单
3、位的优点有二:一是可以将复杂的乘积运算化为简单的加减运算;二是可以将两个相差好几个数量级的量化为比较接近的量.对高频电路某测试点而言,取 1mw 功率作为基准所确定的电平值称为绝对电平.被取定的1mw 功率 Po 称为“ 零电平 “功率,与“零电平“ 功率相对应的不同电阻上电压称为“零电平“ 电压 Uo,电流称为“零电平 “电流 Io.绝对功率电平,绝对电压电平和绝对电流电平分别以 pm,pu,pi 表示,其计算式如下:pm=101g.P.(dBm)(1)Pu=201guU.(dBu)(2)Tpi=201g 吉(dBi)(3)式中 P功率 ,单位 mW;U电压,单位 V;I电流 ,单位 A.-
4、r2依据 P=UI=百 U-=12R 的关系,Jm(1),(2),(3)式换算可以得到“零电平“功率 Po,“零电平“电压 Uo,“零电平 “电流 Io 在各个特征阻抗 z 下相互之间及与绝对功率电平,绝对电压电平,绝对电流电平的对应关系如附表所示.附表Z(n)600400150100Uo(V)0.7750.6320.3870.316Io(A)0.001290.001580.002580.00316Pm(dBm)0000Pu(dBu)01.7667.78Pi(dBi)01.7667.78Pm,Pu 即为电平表功率电平和电压电平的读数,由于 Pi 在专业上应用极少,本文不再讨论.在高频通道试验中
5、使用的电平表有按 1mw 功率为 0dB 刻度的功率电平表,也有按 0.775V 电压为 0dB 刻度的电压电平表.一般来说,电平表实质上就是电压表,但它不是以电压单位伏特为单位刻度,而是以分贝 为单位刻度的,由于引人电平表输人端的量是电压值,因而测量得到的值为为电压的绝对电平.我国常用的规定阻抗值是以 600n 作为基准值的,如果测试点的阻抗是 600n,用这两种刻度的表计测量读数是相同的.如果测试点的阻抗不是.1.J46 啷 02008 年第 1 期贵州电力技术(总第 103 期)600fl,则用电压电平表测量时,应按(4)式进行修正.Pm,:Pu,+101g(dBm)(4),J式中:Pm
6、 功率电平表读数 (dBm);Pu电压电平表读数 (dBu);z测试点阻抗 (n).为了便于使用,电压电平单位 dBu 常简记为 dB.当选取电路中某一特定点的功率作为基准功率,则测量点的功率与基准功率之比并取其对数,称为测量点的相对功率电平,同理可得相对电压电平与相对电流电平的概念.理论分析可知,当测量点的阻抗值等于基准阻抗值时,功率,电压,电流的绝对电平是相等的;当测量点的阻抗值等于被比较的基准点阻抗值时,功率,电压,电流的相对电平也是相等的,因此一般把功率,电压,电流的电平都统称为电平.3 校准方法研究3.1 国家相关规程及试验要求根据国家计量法,标准化法,国际单位制及其应用,有关量,单
7、位和符号的一般原则,测量管理体系测量过程和测量设备的要求以及计量标准考核办法,计量检定印,证管理办法,计量检定人员管理办法规定,dB 为我国法定计量单位,与其有关的校准工作纳入国家测量管理体系.通过对规程的学习,课题组对此类仪器设备的检定工作有了全面深入的认识.选频电平表,电平振荡器,可变衰减器以及类似仪器仪表是电信网检测专用仪器仪表,应用于通信设备的制造,安装,维护与调试,国家对这类仪器仪表的技术参数有明确的要求,而判断其是否满足要求,达到有关技术指标的过程即为检定和校准.3.2 系统目标与构成课题组拟开展校准工作的范围属于国家十大类计量标准中的无线电大类,贵州电网至今在这个大类从未开展过任
8、何计量检定和校准工作,无参考体系供课题组引用.选频电平表和电平振荡器类仪表是无线电类仪器仪表的一个分支,属于信号强度和信号特性的计量测试,其中用于电力载波通信系统高频参数测试的选频电平表和电平振荡器类仪表又是这个分支里?2?面的一个子分支,其计量可以溯源到国家标准,但省内尚无溯源到国家最高标准的国家二级计量站.在权衡各方面条件后,课题组确定所建立的标准系统应该直接溯源到国家最高标准.课题组经研究确定实验室目标为在 50Hz 一30MHz 范围内对电平表,振荡器,衰减器开展校准工作,同时实验室规模不宜过大,设备不宜过多,满足基本的常用参数校准任务即可,一些高频通道测试中极少用到或基本不用的参数,
9、则不考虑对其校准,这样建立的校准系统经济实用,而且国家相差计量检定规程对此也有专门规定,是允许的.标准器组合形式上,有的采用多台标准器组合成测试系统,而有的又采用单机模块化标准器组合,课题组选用单机模块化标准器组合的型式.在反复探讨后,确定校准系统基本结构为:以一台进口主标准器为基准,配以国产高精度衰减器和放大器扩展量程,达到规定的校准准确度,而且节约资金.3.3 校准试验技术与作业流程课题组认识到,校准试验工作应该完全满足国家计量检定规程要求,以期达到准确,合法的试验目的,同时还应该做到作业规范,标准.但国家计量检定规程并不是针对特定标准器和作业过程而编写的,对于特定的标准器,应该探索出与之
10、相适应的,满足国家计量检定规程要求的试验技术和作业过程.经过课题组反复试验验证,不断修改完善作业指导书和各种文本,最终确立了满足要求的,具有较高试验效率的校准试验方法和作业流程,基本试验项目如下:仪器外观检查及试验准备;检定频率示值,计算误差;检定零电平示值,计算基本误差及频响误差;检定步进电平示值,计算基本误差及频响误差;检定电平指示器示值,计算误差.经过半年试验室校准试验与分析,评价本方法的实施效果良好,课题组还针对试验中发现的不足修正了方法偏差,经过对试验方法及原始记录表格的不断改进,达到了预期的校准试验水平.4 效益分析本课题完成的校准系统是贵州电网乃至贵州省内的第一套满足计量检定规程
11、要求的电平衰减标准系统,其中标准器定期送国家级计量检定中心检定,并取得检定证书,检定员则经国家级计(下转 7 页)2008 年第 1 期贵州电力技术(总第 103 期)4 贵州电网电压控制系统建设步骤从贵州电网实际情况去看,建议电压控制系统建设按以下两步来完成:4.1 局部区域控制针对选定的几个控制区域,实施 AVC 系统的主要功能,该步骤又可细分为以下几步:(1)实现 AVC 主站系统与 CC2000 一 EMS 系统的标准化接口(基于 IEC61970),AVC 主站系统投入开环运行,主要包括:状态估计软件,基于软分区的协调二级电压控制子系统,基于 OPF 的三级电压控制子系统,在线动态分
12、区软件,静态电压稳定分析子系统等.(2)基础自动化的改善:根据状态估计结果中量测残差的统计情况,改善通道质量和 RTU,进一步提高电压和无功采集的精度和可靠性;用参数估计软件修正电网参数的错误,进一步提高状态估计的全局精度和合格率.(3)在选定控制区域的厂站中,安装和调试电厂 AVC 子站装置,可靠实现当地闭环控制(即一级控制).(本步骤可与上述步骤并行进行)(4)完成主站和子站通信的规约定义和通信接口,完成 AVC 主站和电厂 AVC 子站之间的上下行通道测试,完成遥控试验.(5)协调二级电压控制投入闭环运行.(6)选择一个 500kV 变电站和一个 220kV 枢纽变电站协调控制;(7)选
13、择一个地调协调控制;(8)三级电压控制投入闭环运行.4.2 逐步推广和功能扩展推广 AVC 控制范围,实现所有主力电厂的 AVC闭环自动控制;实现所有中调直调 500kV 和枢纽220kV 变电站的自动控制;实现省,地调各级 AVC系统的全面的协调控制.在条件具备的情况下,将电压稳定预防控制模式投入闭环控制.5 结论电网的电压控制是一项极其复杂的系统工程,分层分区控制是其基本原则.为了解决电网的电压问题,以往一般沿用局部,分散,人工的控制方式,缺乏彼此间的良好协调,从而影响了控制的及时性较高.贵州电网 AVC 控制系统,将采用集中控制,多级协调,分层控制的方式,综合考虑电网安全约束条件,通过在
14、线的优化计算,提出合理的电压校正和无功优化策略,从而实现全网自动电压控制.参考文献1GoranAndersson.DynamicsandCcontrolofElectricPowerSystemsM.1ectureIrIET.2004.3.2 袁季修.电力系统安全稳定控制M.中国电力出版社1996.3 历吉文,潘贞存,李红梅.变电所电压和无功自动调节判据的研究.中国电力,1995,28(7).4 黄华,高宗和等.基于控制模式的地区电网 AVC 系统设计及应用.电力系统自动化,2005,15.(收稿日期:071130)(上接 2 页)量检定中心培训合格,取得检定员证书,所建立的检定标准达到贵州省
15、内行业最高标准.经本系统校准后的选频电平表,电平振荡器类仪器仪表满足计量法规定的计量要求,满足高频参数测试工作需要.目前涉及校准工作的各项技术,安全和管理措施都已完善,可在贵州电网长期开展同类仪器仪表的定期校准和维修后校准工作.随着本校准系统投入实用,一些试验仪器测量结果不准确的问题也被发现,其中部分故障仪器需要返厂维修,一些超龄超差仪器需要报废,合格仪器投入生产试验中使用,可以保证高频参数测试精度.5 结束语该项目获贵州电网公司 O6 年度科技成果推广3 等奖,建成的电平衰减实验室于 2006 年 12 月正式投入运行,至今整整一年,期间检定和校准高频测试仪器数十台,效果显着.(收稿日期:071201)?7?
