现场计量装置监测分析仿真平台说明书

现场计量装置监测分析仿真平台

说明书

北京新源绿网节能科技有限公司

二〇一八年十一月

目录

第一章 前言 ......................................................................................... - 1 - 第二章 产品介绍 ................................................................................. - 2 - 2.1 概述 ............................................................................................. - 2 - 2.2计量装置现场运行状态研究监控模块 ...................................... - 2 - 2.3综合用电检测模块 ...................................................................... - 4 - 2.4 10kV配电网线路模块 ................................................................ - 6 - 2.5电能计量装置异常分析研究模块 ............................................ - 11 - 2.6典型用户负荷模拟模块 ............................................................ - 15 - 2.7数字仿真验证与控制模块 ........................................................ - 18 - 第三章 功能说明 ............................................................................... - 20 - 3.1 功能特点 ................................................................................... - 20 - 3.2 计量装置现场运行状态研究监控模块 ................................... - 20 - 3.3 综合用电检测模块 ................................................................... - 21 - 3.4 10kv配电网线路模块 ............................................................... - 22 - 3.5 电能计量装置异常分析研究模块 ........................................... - 35 - 3.6 典型用户负荷模拟模块 ........................................................... - 41 - 3.7 数字仿真验证与控制模块 ....................................................... - 42 - 第四章 计量状态检测实验系统 ....................................................... - 44 -

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4.1概述 ............................................................................................ - 44 - 第五章 注意事项 ............................................................................... - 51 - 5.1注意事项 .................................................................................... - 51 - 5.2使用要求 .................................................................................... - 51 - 5.3未经授权不得进行以下事项 .................................................... - 52 -

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第一章 前言

非常感谢您选择使用本公司的现场计量装置监测分析仿真平台！

本手册向您介绍了该仿真平台的模块组成、单元结构和注意事项等重要信息。请您在使用前务必仔细阅读。阅读过程中，如有疑问，请联系我们，我们将尽最大努力给您最满意的答复。我们热切地希望本公司的现场计量装置监测分析仿真平台能给您在工作上带来更多便利，并获得您的满意，同时我们的技术团队承诺为您提供长久且优质的技术服务。

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第二章 产品介绍

2.1 概述

现场计量装置监测分析仿真平台的建设给学员检查用户实际用电情况提供了一个实训平台。学员在现场计量装置监测分析仿真平台的用电环境下检查电网计量装置运行情况，联系实际现场查计量故障原理流程，提升针对新型计量异常情况的技术分析能力，配置适应于新形势下计量装置状态监测设备，同时提高计量及用电检查人员对具体计量装置使用熟悉程度，由此全面提升电力营销部门计量装置状态分析技能的整体水平。

现场计量装置监测分析仿真平台包括计量装置现场运行状态研究监控模块、综合用电检测模块、10kV配电网线路模块、电能计量装置异常分析研究模块、典型用户负荷模拟模块以及数字仿真验证与控制模块。配合各模块内的仿真单元可实现线损分析功能并真实模拟现场环境下计量装置异常现象。通过各类计量方式、台区拓扑结构和典型负荷模拟成套设备的灵活组合，实现典型低压台区环境模拟，复现真实用电环境下计量装置及二次计量回路的各类运行异常。

2.2计量装置现场运行状态研究监控模块 2.2.1结构说明

计量装置现场运行状态研究监控模块具备六个尺寸为31.5英寸的显示单元以及一个综合调度控制单元，出厂编号为FO2018101501。计量装置现场运行状态研究监控模块为现场计量装置监测分析仿真平台的合调度控制单元，与电能计量装置异常分析模块和典型用户负

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荷模拟装置联通，可对其他设备进行管理控制和运行状态切换，达到对现场计量装置监测分析仿真仿真平台的目的。计量装置现场运行状态研究监控模块六个显示单元分别为安装在居民典型用户负荷模拟装置、工业典型用户负荷模拟装置、商业典型用户负荷模拟装置、低压计量装置异常分析研究平台、三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台和三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台上，用以各个单元的各种负荷特性或模拟运行异常分析结果。

2.2.2结构示意图

图2-1计量装置现场运行状态研究监控模块结构示意图

2.2.3结构参数

表2-1计量装置现场运行状态研究监控模块结构参数 屏幕尺寸：31.5英寸 显示 单元 屏幕曲率：1800R/曲面 分辨率：1920*1080 数量：6个 综合CPU主频：2.9GHz - 3 -

调度控制单元 CPU个数：2个 内存类型：ECC自动纠错服务器内存 内存大小：64G 硬盘转速：10000转 硬盘大小：1T机械+500G固态 网络控制器：千兆网卡（双口） 数量：1个

2.3综合用电检测模块 2.3.1结构说明

综合用电检测设备（出厂编号为FT2018101501）正面左侧包含液晶显示器作为波形画面显示区，右侧包含操作按钮界面；底面为支架、支撑脚以及保护盖用于保护端子部分。其操作按钮界面包含测量辅助设置与辅助操作区提供显示方式与测量方式、Y轴调整区、输入插座区用于连接输入电缆以便被测信号共有两路、扫描调整区、稳定触发区用于控制显示的被测信号的稳定性与校准信号区。

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2.3.2结构示意图

图2-2综合用电检测模块正视图

图2-3综合用电检测模块俯视图

图2-4综合用电检测模块俯视图

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2.3.3结构参数

表2-2综合用电检测模块结构参数

通道数量 量程 分辨率 测量频率 范围 采样率 精度 记录点个数 总体积 4通道/8通道，电气隔离 电压：±1000V 电流：±150A，±30A 16位 300kHz 最高1.0MS/s 0.5% 内部2Gpts，可使用PC或外接硬盘连续记录 313.1*122.4*168.0mm(L*W*H) 2.4 10kV配电网线路模块 2.4.1结构说明

按照10kV/400V 的比例尺缩小，模拟搭建典型10kV的配电网模型试验环境。10kV配电网线路模块主干线路系统设计为多个相互独立的配电所单元，灵活模拟典型用户供电环境，为计量装置运行异常情况的复现和计量装置运行状态的分析提供实验环境。

10kv配电网模块包括三类用户仿真台（公变台区用户仿真台四套，出厂编号分别为FR2018101501A、FR2018101501B、FR2018101501C和FR2018101501D，高供高计用户仿真台两套，出厂编号分别为FR2018101502A和FR2018101502B以及高供低计用户仿真台两套，出厂编号为FR2018101503A和FR2018101503B）和为对接用电信息采集系统、实际负荷与虚拟负荷而预留的接口。为进一步细化公变台区用户仿真台用户类型，仿真用户分为小动力直通表用

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户、小动力经互感器用户、居民用户三类，具体含变压器及完整的计量回路，主要由模拟变压器(10kV/0.4kV, 容量30kVA)、ZW32户外真空开关、10kV组合互感器(互感器：变比10/5 精度：0.2S 容量15VA)及可控负载箱等设备组成。

2.4.2结构示意图

图2-5 高供高计用户仿真台正面图说明

① 三相三线电能表 ②专变采集终端 ③接线盒

图2-6 高供高计用户仿真台侧面图说明

① 组合互感器 ②变压器

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图2-7 高供低计用户仿真台正面图说明

①互感器 ②三相四线电能表 ③专变采集终端 ④接线盒

（a）

(b)

图2-8 公变台区用户仿真台（普通居民仿真用户）说明

（a）单相电能表 (b)空气开关

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图2-9 公变台区用户仿真台（小动力经互感器用户）说明

① 互感器 ②三相四线电能表 ③接线盒

图2-10 公变台区用户仿真台（小动力直通表用户）说明

① 三相四线电能表 ②空气开关

2.4.3结构参数

（1）公变台区用户仿真台

表2-3公变台区用户仿真台结构参数

数量

小动力直通表 用户 2户 - 9 -

小动力经互感器 用户 2户 居民 用户 24户

智能 电表 相数 参比电压 基本电流 三相 3*220/380V 5 60 三相 3*220/380V 1.5 6 LMZJ1-0.5 50/5 1500*700*1500mm(L*W*H) 200kg 2kVA 单相 220V 5 60 额定 最大电流 电流互感型号 器 电流变比 总体积 总重量 总功耗

（2）高供高计用户仿真台

表2-4 高供高计用户仿真台结构参数 数量 相数 参比电压 基本电流 额定 最大电流 电流互感器 总体积 总重量 总功耗

（3）高供低计用户仿真台

表2-5 高供低计用户仿真台结构参数

数量

高供高计 用户仿真台 两套 三相三线 3*220/380V 1.5 6 10/5，0.2s级10VA 1500*700*1500mm(L*W*H) 小于200kg 2kVA 智能 电表 高供低计 用户仿真台 两套 - 10 -

智能 电表 相数 参比电压 基本电流 额定 最大电流 三相四线 3*220/380V 1.5 6 1500*700*1500mm(L*W*H) 小于200kg 2kVA 总体积 总重量 总功

2.5电能计量装置异常分析研究模块 2.5.1结构说明

电能计量装置异常分析研究模块主要包括三个研究平台，该平台主要由互感器、二次回路、电能表基本研究单元和计量异常设置单元组成的低压电能计量装置异常分析研究平台、三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台和三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台三个，各研究平台出厂编号依次为FF2018101501、FF2018101502、FF2018101503.

对应不同的电能计量装置异常分析研究平台的电能计量特点，其所含基本单元种类与数量有所差别，其中低压电能计量装置异常分析研究平台，由于其计量回路不经过互感器，故只包含三个电能表研究单元；三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台则包含互感器研究单元，二次回路研究单元以及电能表研究单元各一个；三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台则包含互感器研究单元，二次回路研究单元以及电能表研究单元各一个。

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2.5.2结构示意图

图2-11 低压电能计量装置异常分析研究平台

图2-12 低压电能计量装置异常分析研究平台结构图

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图2-13 三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台

图2-14 三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台结构图

图2-15 三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台

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图2-16 三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台结构图

2.5.3结构参数

表2-6电能计量装置异常分析研究模块结构参数

低压电能计量装置异常分析研究平台 变比 互感器研究单元 电压 准确级 额定容量 变比 电流 准确级 额定容量 类型 参比电压 电能表研究单元 基本电流 额定最大电流 准确级 二次回路

三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台 380V/100V 0.2S 15VA 10~1000A/5A 0.2S 10VA 三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台 380V/100V 0.2S 15VA 10~1000A/5A 0.2S 10VA 三相三线 3*100V 1.5A 6A 0.5S 0~100A 单相 220V 5A 60A 1级 - 14 -

三相四线 3*220/380V 1.5A 6A 0.5S 0~100A 电流

研究单元 电压 角度 0~450V， 0~360° 1级 0~450V， 0~360° 测量精度 总体积 总重量 总功耗 实际负荷量程 备注 1500*700*1500mm(L*W*H) 不大于300kg 2kVA 0～200～300A（无死区测量） 互感器与电能表研究单元具备可更换性； 二次回路研究单元电压电流准确级为0.01级，其判别单位角度为 5度。 2.6典型用户负荷模拟模块 2.6.1结构说明

典型用户符合模拟模块含有负荷模拟控制系统、电机负载负荷模拟器、居民典型负荷仿真以及工商典型负荷仿真，主要包括居民典型用户负荷模拟装置、商业典型用户负荷模拟装置和工业典型用户负荷模拟装置，三套装置出厂编号分别为FI2018101501、FI2018101502、FI2018101503.

其中负荷模拟控制系统，可模拟不同的电阻负荷、电感负荷、电容负荷及不同的组合，采用动态可编程硬件逻辑阵列控制用户模拟RLC负载，具备安全自检能力。阻性负载、容性负载、感性负载独立可调，阻性、感性、容性部分可自由组合。

电机负载负荷模拟器以功率大小为1.5kW和10kW的异步电机/高能效同步电动机负载模拟设备，用以模拟不同类型的实际负荷设备。模拟常见居民负载、小动力负载、工业负载的典型设备。

居民典型负荷仿真采用真实的用电负荷设备和模拟设备组合的模式，以满足不同实验检测场景的需要。根据实验类型和功率范围，

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配置设备组合和功率调节，需结合具体的实验检测，可预先在主站系统内置几种典型场景。

工商典型负荷仿真采用真实的用电负荷设备和模拟设备组合的模式，以模拟为主，以满足不同实验检测场景的需要，配置设备组合和功率调节，需结合具体的实验检测，可预先在主站系统内置几种典型场景。

2.6.2结构示意图

图2-17 工业典型用户负荷模拟装置

图2-18 居民典型用户负荷模拟装置

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图2-19 典型用户符合模拟模块整体效果图

2.6.3结构参数

表2-7典型用户负荷模拟模块结构参数

阻性负载R 感性负载L 容性负载C CPU主频 存储硬盘大小 运算单元 冗余电源装置 内存大小 网卡 半实物仿真单元 虚拟负荷输出单元 频率 总体积 总重量 备注 - 17 -

负荷真实模拟单元 居民典型用户商业典型用户工业典型用户负负荷模拟装置 负荷模拟装置 荷模拟装置 1W-33.33 kW 1W-33.33 kW 1W-33.33 kW 1VA-33.33kVA 1var-33.33kvar 2.9GHz*2 4T *3 750W 16G*4 四口千兆级 输出电压范围：±20V，输出电流范围：± 40mA 电流输出范围：±100A，电压输出范围：±450V 50HZ 1500*700*1500mm(L*W*H) 小于300kg 负荷真实模拟单元内阻性负载、感性负载、容性负载都可以连续可调，最小步进幅度0.001 kVA 1VA-33.33kVA 1var-33.33kvar 1VA-33.33kVA 1var-33.33kvar

2.7数字仿真验证与控制模块 2.7.1结构说明

数字仿真验证与控制模块主要由数字仿真控制系统、硬件动态编程软件、数字仿真验证台以及数字仿真控制服务器等设备组成。数字仿真验证与控制模块共两套，出厂编号为FS2018101501A和FS2018101501B。

2.7.2结构示意图

图2-20 数字仿真验证与控制模块

2.7.3结构参数

表2-8 数字仿真验证与控制模块结构参数

1. 屏幕尺寸：31.5英寸 显示单元 2. 屏幕曲率：1800R/曲面 3. 分辨率：1920*1080 4. 数量：2台 数字仿真验证单元 CPU主频：2.9GHz*2 存储硬盘大小：4T *3 冗余电源装置：750W - 18 -

内存大小：16G*4 网卡：四口千兆级 数量：2套

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第三章 功能说明

3.1 功能特点

现场计量装置监测分析仿真平台其特点如下：

1.现场计量装置监测分析仿真平台完全按照10kV线路典型计量方式设计；

2.可实现用电信息采集系统、设置窃电真实环境及实操考核系统的综合应用；

3.可实现对一次侧数据、表前数据、电表数据、表箱电磁场、表箱门等的实时监测； 4.操作模式：本地操作；

5.可实现户内外高供高计、户内外高供低计、居民用户及小动力用户等计量方式的错误接线形式进行仿真操作； 6.可实现红蓝擂台比武考核功能。 3.2 计量装置现场运行状态研究监控模块 3.2.1功能说明

计量装置现场运行状态研究监控模块以部件解剖镶嵌式安装的形式再现高供高计、高供低计、低供低计所有计量方式，整个计量回路按实际现场顺序布局各部件，自带智能控制的可变负载，可用于负荷性质研究、计量装置原理研究、计量回路解剖研究、检测设备定制研究、仿真辅助验证研究。

该模块作为10kv仿真线路的指挥控制主机单元，负责对10kv模拟线路的运行状态进行监测，展示计量装置现场运行状态分析结果、数字仿真验证结果、典型用户负荷模拟特性和红蓝对抗实战结果，实

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现对计量异常操作的设置、对台区拓扑结构的模拟控制、对负荷切换和红蓝对抗指挥的控制和负荷切换控制功能。 3.2.2功能说明

综合调度控制单元将整个计量系统涉及到的所有计量设备，计量系统的关键节点设计成可更换、易操作的结构，以便能对每个元器件内部结构解剖，可研究分析正常与异常工作状态下的计量回路各节点电气向量图，深入理解计量系统工作原理。

六个显示单元通过线路接口可同时展开不同计量方式下，典型互感器发生内部故障时伏安特性、精度变化及对计量回路影响，互感器一次侧及二次侧被人为改变参数时对计量影响，超载及轻载互感器精度研究，非线性负荷、谐波、直流注入对互感器精度及计量系统影响，磁场强度对互感器精度影响，互感器带载能力对自身影响等，二次回路发生接线错误对计量影响，二次回路标准阻抗测定，过补偿对计量影响，电压电流回路接入特殊元件对计量影响，二次回路断线对计量影响，电能表抗干扰研究等。

3.3 综合用电检测模块 3.3.1功能概述

综合用电检测模块完成隔离式电压测量与波形录制与各等级电流测量与波形录制。并且具备长时间数据存储记录的功能为计量装置异常现场监测与分析提供数据支持。 3.3.2功能原理

为实现信号波形测量的功能，需要将探头插入输入通道插孔，并将探头上的衰减置于\"1\"档；将通道选择置于 CH1，耦合方式置于 DC

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档；将探头探针插入校准信号源小孔内，此时示波器屏幕出现光迹；调节垂直旋钮和水平旋钮，使屏幕显示的波形图稳定，并将垂直微调和水平微调置于校准位置；读出波形图在垂直方向所占格数，乘以垂直衰减旋钮的指示数值，得到校准信号的幅度；读出波形每个周期在水平方向所占格数，乘以水平扫描旋钮的指示数值，得到校准信号的周期（周期的倒数为频率）；一般校准信号的频率为 1kHz，幅度为 0.5V，用以校准设备内部扫描振荡器频率，如果不正常，应调节示波器（内部）相应电位器，直至相符为止。

为实现信号波形分析的功能，需调节亮度和聚焦旋钮，使屏幕上显示一条亮度适中、聚焦良好的水平亮线；并将耦合方式置于 AC 档； 将探头的接地夹夹在接地点；调节垂直扫描水和平扫描旋钮，观察屏幕上是否出现稳定的波形，如果没有，一般说明没有异常信号。 为实现信号波形录制的功能，需按录制选项设置以下参数：设置波形录制时帧与帧之间的时间间隔，可设置范围为100 ns至10 s；设置当前波形录制的帧数，可设置范围为1至当前可录制的最大帧数；设置方法请参考“参数设置方法”中的具体介绍。按设置最大软键，可将录制帧数设置为当前可录制的最大帧数；最大帧数该菜单显示当前可录制的最大帧数。由于波形存储器大小是固定的，每帧波形的点数越多，能录制的波形帧数越少。因此，波形录制的最大终止帧数取决于当前选择的“存储深度”，存储深度越小，可录制的帧数越多。每帧波形的点数即当前的存储深度，存储深度=采样率×水平时基×屏幕水平方向的格数。

3.4 10kv配电网线路模块 3.4.1功能说明

10kV配电网线路模块，模拟四个分支线路（包含高供高计、高

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供低计、公变台区典型计量方式）组成的10kV及以下配出线路，通过各类计量方式、计量装置异常、台区拓扑结构和典型负荷模拟成套设备的灵活组合，实现典型低压台区环境模拟，复现真实用电环境下计量装置及二次计量回路的各类运行异常。真实模拟现场环境下用电异常及窃电现象的同时，具备线损分析以及技术练兵、技术竞赛等功能，实现移动式智能现场运行异常分析设备研究，整套设备以10kV模拟线路为起点，真实复现各类现场计量环境，使用者可对实际线路进行真实操作。

其中两套高供高计用户仿真台分别模拟了不同的互感器变比，公变台区对应两大区域，每个区域含有两套分支台区单元：其一含有居民用户类型与工商业用户直通表类型；其二含有居民用户类型与工商业用户经互感器类型，并且两大区域之间可实现串台区仿真的功能。其仿真模拟的计量异常名称由计量异常位置与计量异常类型决定.。10kv配电网线路模块可实现的整体功能和不同计量方式可设置的具体计量异常情况如下：

表3-1 10kv配电网线路模块整体功能表

序号 功能描述 实现（展现）方式 通过各类计量方式、计量装置异常、台区拓扑结构和典型负荷模拟成套设备的灵活组合，实现典型低压台区环境模拟，复现真实用电环境下计量装置及二次计量回路的各类运行异常。 1.一次计量异常 2.二次回路计量异常 3.接线盒计量异常 4.表尾计量异常 5.表内计量异常 6.其他计量异常 1.自动配置模式: 出题方根据仿真实操区的题库内容，自动匹配生成窃电配置方案（包含互感器倍率、互感器分流、二次电缆分流、端子盒分流、计量回路失压/欠压、错相、反向、表内更改元器件、高频、强磁、红外修改电表参数、表内遥控分流、借零窃电等多种方式），通过主控主机统一配置在各个模拟实验平台，可设置一组或多组故障点，然后由攻- 23 -

1 复现真实用电环境下计量装置及二次计量回路的各类运行异常 2 技术练兵、技术竞赛（红蓝对抗）

3 线损分析 4 5 6 超容对计量的影响 轻载对计量的影响 三相不平衡对线损的影响 模拟恒定与交变强磁场干扰计量异常 7 模拟高频信号干扰计量异常 8 用采故障仿真 9 10 大数据辅助分析 末端感知扩展功能 11 方队员在指定时间内排查分析，筛选嫌疑计量故障或窃电用户，并完成现场用电检查、数据记录、窃电处理等整个流程。 2.手动配置模式： 出题方在仿真实操区，不通过题库配置下发窃电类型，手动改造用户计量回路或计量装置配置，设置故障点，由攻方队员在指定时间内排查分析，筛选嫌疑窃电用户，并完成现场用电检查、数据记录、窃电处理等整个流程。该方式更灵活且变化性大，考验双方设障及排障能力。 1.增加台区挂接用户数量，实现台区拓扑结构灵活组合，研究拓扑结构的改变对线损的影响。 2.分析实际现场造成高损和负损的原因，在台区复现现场负荷分布，根据现象研究并模拟实施线损治理方案 通过仿真实操模拟变压器超容运行对计量的影响 通过仿真实操模拟变压器轻载运行对计量的影响 通过不平衡负荷的加入研究其对计量回路中互感器、电能表的影响 1.通过强磁发生器，定量产生所需强度与方向的磁场，磁场强度最大可达3500mT，叠加在计量回路，形成磁场干扰 2.研究干扰磁场强度、磁场方向、与计量回路的距离对于计量异常的定量影响 1通过高频信号发生源，定量产生所需频率与强度的高频干扰信号，叠加在计量回路上，形成高频信号干扰 2.研究高频干扰信号的频率、幅度、与计量回路的距离对于计量异常的定量影响 依托公用配变屏柜与公用配变表箱柜，可完成低压用采故障仿真。支持GPRS故障、II采故障、载波干扰故障、RS485短路、开路、接反故障，以及表计参数配置错误、表计日期不匹配、表计档案路由参数错误等常见用采故障 可根据用采镜像系统中的大数据分析筛选结果，在仿真环境中再现验证 预留10kV线路分支箱及低压电缆分支箱，研制分支箱监测单元，可实现各级开关状态以及分段线路电压、电流等电参量数据5分钟同步采集，可作为末端一二次融合扩展功能的基础实验环境 - 24 -

12 13 预留用电信息采集系统接口 预留外接实际负荷接口 预留外接虚拟负荷接口 14 通过以太网络和接口软件开发完成用采镜像系统的数据对接 1.通过串口和交互控制软件完成实际负荷控制部分 2.硬件部分实际负荷与虚负荷可自由切换 1.通过串口和交互控制软件完成虚拟负荷的接入控制 2.硬件部分实际负荷与虚负荷可自由切换

表3-2高供低计用户仿真台计量异常类型表

计量异常位置 接线盒 计量异常类型 第一元件𝐼1 第二元件𝐼2 第三元件𝐼3 计量异常名称 分流 高 供 电能表内 电压 第一元件𝑈1 第一元件𝑈2 第一元件𝑈3 失压 电流 第一元件𝐼1 第二元件𝐼2 第三元件𝐼3 电流反向 分流 电流反向 分流 电流反向 分流 失压 电能表前 电压 低 计 𝑈𝑢 𝑈𝑣 𝑈𝑤 𝑈𝑢和𝑈𝑣 𝑈𝑣和𝑈𝑤 𝑈𝑤和𝑈𝑢 计量回路 电压错接 电流 𝐼1、𝐼2、𝐼3 𝐼𝑢 𝐼𝑣 𝐼𝑤 Iu和Iv - 25 -

开路 分流 电流反向 电流错相

𝐼𝑣和𝐼𝑤 Iw和Iu

表3-3高供高计用户仿真台计量异常类型表

计量异常位置 接线盒 计量异常类型 第一元件𝐼1 第三元件𝐼3 计量异常名称 分流 高 供 高 计 电能表内 电压 𝑈𝑢𝑣 𝑈𝑤𝑣 第一元件𝐼1 第三元件𝐼3 失压 电流 电流反向 分流 电流反向 分流 计量回路 电压 𝑈𝑢 𝑈𝑣 𝑈𝑤和𝑈𝑢 失压 电压错接 开路 分流 电流 𝐼1、𝐼3 𝐼𝑢 𝐼𝑤 𝐼𝑤和𝐼𝑢 电流反向 电流错相 失压 电压 𝑈𝑢𝑣 𝑈𝑤𝑣 电流 𝐼1、𝐼3变比 𝐼1、𝐼3电流 𝐼𝑢 𝐼𝑤 𝐼𝑤和𝐼𝑢 变比 分流 电流反向 电流错相

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表3-4公变台区用户仿真台计量异常类型表

计量异常位置 居民用 户计量异常类型 单相表 单相表 𝐼𝑢 𝐼𝑣 𝐼𝑤 𝑈𝑢 𝑈𝑣 𝑈𝑤 计量异常名称 失压 分流 分流 分流 公 变 台 区 表内 表前 工商业用户经直通表 工 商 业 用 户 经 互 感 器 表内 分流 接线盒 第一元件𝐼1 第二元件𝐼2 第三元件𝐼3 分流 电能 表内 电压 第一元件𝑈1 第一元件𝑈2 第一元件𝑈3 失压 电流 第一元件𝐼1 第二元件𝐼2 第三元件𝐼3 电流反向 分流 电流反向 分流 电流反向 分流 失压 电能表前计量回路 电压 𝑈𝑢 𝑈𝑣 𝑈𝑤 𝑈𝑢和𝑈𝑣 𝑈𝑣和𝑈𝑤 𝑈𝑤和𝑈𝑢 电流 电压错接 𝐼1、𝐼2、𝐼3 𝐼1 𝐼2 𝐼3 - 27 -

开路 分流 电流反向

Iu和Iv 𝐼𝑣和𝐼𝑤 Iw和Iu 电流错相

3.4.2功能原理

高供高计（三相三线）专变用户仿真台操作单元原理图如图3-1所示，输入电压电流经高压无线探测单元与高压组合互感器，由断路器控制线路开合，电压电流数据经DTS计量箱通过接线盒与集中器与DTS计量表相接，并与反窃电机器人相配合完成窃电监测工作，其后通过变压器流入高公高计用户。

图3-1 高供高计（三相三线）用户仿真台操作单元原理图

线路结构图由图3-2所示。该线路单元分为程控源、组合互感器、二次电缆、接线盒、表前与电能表六部分。其中程控源输出A、B、C三相线电压和A、C两相线电流，流入组合互感器完成电压电流值转换，经二次电缆与接线盒来到电能表模块进行电能计量。从而完成由配网经二次回路最终到达用户侧物理过程模拟，并针对流入电能表的电压电流所可能出现异常变化的情况按照上述六个异常位置，进行分模块计量异常仿真。

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图3-2高供高计（三相三线）用户仿真台操作单元线路结构示意图

图3-3 组合互感器结构示意图

由图3-3可知，电压电流流入组合互感器可电压模拟PT端子极性反接、电压错相与电流分流三类计量异常。从图3-4可见二次电缆、接线盒、表前与电能表内部可模拟欠压、电压错相与电流分流三类计量异常。综上可知其异常故障模拟可与表3-2高压高计电能计量异常类型相对应。

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图3-4高供高计（三相三线）用户仿真台操作单元局部线路结构示意图

高供低计（三相四线）专变用户仿真台操作单元原理图如图3-5所示，输入电压电流经高压无线探测单元与高压组合互感器，由断路器控制线路开合，电压电流数据经DTS计量箱通过接线盒与集中器与DTS计量表相接，并与反窃电机器人相配合完成窃电监测工作，其后通过变压器流入高公低计用户

图3-5高供低计（三相四线）用户仿真台操作单元原理图

线路结构图由图3-6所示。该线路单元分为程控源、电流互感器、二次电缆、接线盒、表前与电能表六部分。其中程控源输出A、B、C三相线电压和A、B、C三相线电流，流入组合互感器完成电压电

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流值转换，经二次电缆与接线盒来到电能表模块进行电能计量。从而完成由配网经二次回路最终到达用户侧物理过程模拟，并针对流入电能表的电压电流所可能出现异常变化的情况按照上述六个异常位置，进行分模块计量异常仿真。

图3-6高供低计（三相四线）用户仿真台操作单元线路结构示意图

图3-7高供低计（三相四线）用户仿真台操作单元电流互感器线路结构图

由图3-7可知，线电流经电流互感器可模拟电流分流计量异常。从图3-8可见二次电缆、接线盒、表前与电能表内部可模拟欠压、电压错相与电流分流三类计量异常。综上可知其异常故障模拟可与表

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高压高计电能计量异常类型相对应。

图3-8高供低计（三相四线）用户仿真台操作单元局部线路结构示意图

公变台区用户仿真台操作单元原理图如图3-9所示，输入电压电流经高压无线探测单元与互感器，电压电流数据经DTS计量箱通过接线盒与集中器与DTS计量表相接，并与反窃电机器人相配合完成窃电监测工作，其后通过单相表流入公变居民用户，通过接线盒与集中器、DTS直通表相接后流入公变小动力用户。

图3-9 公变台区用户仿真台操作单元原理图

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图3-10 公变台区用户仿真台操作单元线路布置结构示意图

线路结构图由图3-10所示。该线路单元分为程控源、表前与直通电能表三部分。其中程控源输出A、B、C三相线电压和A、B、C三相线电流，不流经组合互感器进行电压电流值转换，直接来到电能表模块进行电能计量。完成由配网公变台区单元物理过程模拟，并针对流入电能表的电压电流所可能出现异常变化的情况，进行分模块计量异常仿真。

图3-11公变台区用户仿真台操作单元线路布置结构示意图

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由图3-11可知，线电流经直通电能表可模拟电流分流计量异常，可见表前与电能表内部可模拟欠压、电压错相与电流分流三类计量异常。综上可知其异常故障模拟可与表 公变台区用户仿真台操作单元计量异常类型相对应。

图3-12为四个公变台区的排布方式，台区1、2与台区3、4分别组合为两个台区区域，其一含有居民用户类型与工商业用户直通表类型；其二含有居民用户类型与工商业用户含互感器类型。

图3-12 公变台区排布方式结构示意图

由于由图3-13所示，该公变台区用户仿真台操作单元同时与七个低压用户相连并通过第七个工商业用户完成两个台区区域的切换。

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图3-13公变台区排布方式整体结构示意图

10kV配电网线路成套设备提供计量故障、线变关系故障、户变关系故障及典型窃电行为模拟（可配合已有的反窃电实验室进行设备功能升级改造），配备负载调节单元、计量故障操控单元、线损实时监控单元、作业流程记录单元，可用于技术练兵、技术竞赛（红蓝对抗）等，蓝方设置计量故障、窃电、串户等状态，模拟台区线损异常、10kV线路线损异常，红方通过专业的用电检查装备排查线损异常产生的原因，从而研究用电检查及线损治理流程、反窃电取证策略及损失电量计算方法。

3.5 电能计量装置异常分析研究模块 3.5.1功能概述

电能计量装置异常分析研究模块以部件解剖镶嵌式安装的形式

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再现高供高计、高供低计、低供低计所有计量方式，整个计量回路按实际现场顺序布局各部件，自带智能控制的可变负载，可用于负荷性质研究、计量装置原理研究、计量回路解剖研究、检测设备定制研究、仿真辅助验证研究。

电能计量装置异常分析研究模块可通过更换或改变计量装置运行状态及接入不同类别典型负荷等方式，对三相三线、三相四线及单相计量方式中互感器、二次回路、电能表的计量装置故障进行分析研究。包含互感器研究单元、二次回路研究单元、电能表研究单元、计量装置运行状态分析人机交互单元。

结合配备典型计量方式中互感器、二次回路、电能表等计量装置的故障分析研究，可实现当发生计量装置内部故障、参数改变、超载或轻载、非线性负荷、磁场强度、过补及欠补时计量装置的精度变化及对计量回路影响，计量装置抗干扰研究等。电能计量装置具体功能及其描述如下：

表3-5 电能计量装置功能表

序号 计量元件 影响因素 谐波 冲击负荷 接线方式 变比 1 互感器在不同工况及特过载 定环境下工作状态研究 直流 磁场 实现（展现）方式 在计量回路内注入不同幅值、频率的谐波，分析运行状态下对互感器的影响，通过数学方法分析误差产生机理。 通过智能负载施加冲击负荷分析运行状态下互感器的影响，通过数学方法分析误差产生机理。 展现互感器V-V，Y-Y-0接法 改变线圈匝数对互感器变比影响分析 通过施加设定负荷，比较电流互感器饱和与不饱和工作时的计量测量数据用于研究分析 研究在电流互感器二次回路中注入直流信号对互感器计量的影响 1.对互感器施加不同强度的磁场干扰，在互感器二次输出测点测试相应参数 2.通过数学方法进行分析研究 1.对互感器施加不同强度的高频干扰，在互感器二次输出测点测试相应参数 2.通过数学方法进行分析研究 高频 - 36 -

三相不平衡 无功过补 无功欠补 1.接入不平衡负荷 2.研究其对计量回路中互感器的影响 通过施加不同比例的阻性、容性、感性负荷复现过补工况，研究对互感器计量的影响。 通过施加不同比例的阻性、容性、感性负荷复现欠补工况，研究对互感器计量的影响。 研究电压互感器开路对计量的影响 错接线 误差 短接 二次回路不开路 同工况及特整流 定环境下工错接线 作状态研究 阻抗可调 谐波 冲击负荷 直流 磁场 智能电能表在不同 工况及特定高频 环境下工作状态研究 三相不平衡 无功过补 无功欠补 2 研究组合互感器跨接、分压对计量的影响 模拟绕越计量互感器对计量的影响 互感器断线、短路等异常工况模拟 通过互感器比差、角差、合成误差、压降误差等对互感器异常工况进行分析 在二次回路及接线盒预置短接工况 在二次回路及接线盒开路异常工况 在二次回路及接线盒预置二极管整流等异常工况 错接线分析 二次回路各支路阻抗可调 在计量回路内注入不同幅值、频率的谐波，分析运行状态下对电能表的影响，通过数学方法分析误差产生机理。 通过智能负载施加冲击负荷分析运行状态下电能表的影响，通过数学方法分析误差产生机理。 研究在电能表电流回路中注入直流信号对电能表计量的影响 1.对正常计量的电能表施加不同强度的磁场干扰，在拆解表预置测点测试相应参数 2.通过数学方法进行分析研究 1.对正常计量的电表施加不同强度的高频干扰，在拆解电表的不同测点测试相应参数 2.通过数学方法进行分析研究 1.接入不平衡负荷 2.研究其对计量回路中电能表的影响 通过施加不同比例的阻性、容性、感性负荷复现过补工况，研究其对电能表计量的影响 通过施加不同比例的阻性、容性、感性负荷复现欠补工况，研究其对电能表计量的影响 电能表错误接线预置、分析其对计量产生的影响 3 错接线 - 37 -

电表故障 装接故障 1.晶振损坏；2.采样电阻更换；3.内分流短接U型环；4.485通讯故障 模拟回路接线松动、压接不牢等装接质量不良工况

3.5.2功能原理

低压电能计量装置异常分析研究平台原理图如图3-14所示，包含三个电能表研究单元，其中10KV电压电流经变压器直接流入小动力用户，电压电流数据分别经过三相四线直通电能表与两个单相电子式电能表分别流入三户居民用户。

图3-14 低压电能计量装置异常分析研究平台原理图

三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台原理图如图3-15所示，10KV电压电流流经组合互感器完成对电压电流数值的转换，之后经变压器流入用户。经互感器的电压电流通过二次电缆、接线盒与三相四线智能电能表相连，通过电压电流采样单元与电表专用计量芯片相连完成电能计量工作。

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图3-15三相四线高压电能计量装置异常分析研究平台原理图

三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台原理图如图3-16所示，10KV电压电流流经组合互感器完成对电压电流数值的转换，之后经变压器流入用户。经互感器的电压电流通过二次电缆、接线盒与三相三线智能电能表相连，通过电压电流采样单元与电表专用计量芯片相连完成电能计量工作。

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图3-16 三相三线高压电能计量装置异常分析研究平台原理图

通过对三相三线电能表、三相四线电能表、三相四线直通电能表、单相电能表、组合互感器、分立式电流互感器实物解剖，展示其在计量回路中的工作原理，通过与标准参考表计对比，可清楚、定量的获得计量装置元器件级更改、高科技窃电或计量故障对计量系统的影响。展开电能表、互感器、二次回路巡检、不同负载特性对计量影响的分项研究，对计量故障现象、技术原理、作业流程在此平台上做深入复现及剖析研究，进而针对现场工作难点研究实用的用电检查监测技术，研制便携式现场用电检测仪，可实现用电检查的现场快速、灵活工作。

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3.6 典型用户负荷模拟模块 3.6.1功能说明

针对工业用户实现石英、钢铁、纺织行业典型负荷的模拟，而对于居民用户则实现高中低档家庭的模拟，并通过复现典型用户负荷曲线特征，实现曲线特征级的用户负荷模拟，并灵活配置居民、工商业典型负荷设备，实现用电设备级的用户负荷模拟。

在不同季节和不同时段，针对具体的工业用电设备如照明、电加热、制冷设备、风机、水泵、空气压缩机、传送机、提升机、机床、破碎机、减速机等，具体的居民用户设备如照明、风扇、充电设备、电磁炉、冰箱、洗衣机、空调、热水器、电暖器、热水壶等、微波炉等进行模拟。

与此同时给模块具备人机交互界面，可实现不同用户的设置，可根据用户用电行为进行负荷配置，可记录仿真结果，显示数据曲线，并可导出数据。 3.6.2功能原理

负荷真实模拟单元，可通过对RLC负载的数值调整，模拟不同的电阻负荷、电感负荷、电容负荷及不同的组合。采用动态可编程硬件逻辑阵列控制用户模拟RLC负载，具备安全自检能力。阻性负载、容性负载、感性负载独立可调，阻性、感性、容性部分可自由组合；模拟负载装置吸收的有功、无功、功率因数静态或稳态分相可调；同时能够根据事先设定的负荷特性或负荷预测曲线在不同的时间点处分相波动。通过本机控制操作或者主控软件控制操作，可对任一相模拟不同阻性负载、容性负载、感性负载，从而模拟不同的负荷，用以模拟配网三相负荷不平衡情况。

居民用户负荷模拟设备采用真实的用电负荷设备和模拟设备组

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合的模式，以满足不同实验检测场景的需要。真实用电负荷设备包括：各类型可调照明设备多盏，普通空调设备和变频空调设备，电热水器设备，洗衣机，电饭煲厨卫电器。根据实验类型和功率范围，配置设备组合和功率调节，需结合具体的实验检测，可预先在主站系统内置几种典型场景。

工业用户负荷模拟设备采用真实的用电负荷设备和模拟设备组合的模式，以模拟为主，以满足不同实验检测场景的需要。真实用电负荷设备较少，包括：各类型可调照明设备多盏，小型中央空调设备，分布式光伏设备，EV充电桩和电池。根据实验类型和功率范围，配置设备组合和功率调节，需结合具体的实验检测，可预先在主站系统内置几种典型场景。

3.7 数字仿真验证与控制模块 3.7.1功能说明

数字仿真功能：通过数学模型仿真与算法，模拟搭建低压台区拓扑关系，在软件环境下模拟计量装置现场运行环境，数字化模拟计量回路各环节的异常现象，实现相关计量方式计量点、计量装置内部布局的计量异常理论研究。

（1）通过更改电能表内部电路、互感器内部电路、计量回路等数字模型的结构，深入研究计量装置内部电路、互感器内部回路、二次回路更改与计量异常程度的对应关系。

（2）仿真研究外部因素导致的计量异常，在数字仿真模型中模拟超容或轻载、负荷谐波、无功补偿过补及欠补等外部因素，定量分析上述外部因素对计量结果影响。

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3.7.2功能原理

通过FPGA硬件编程动态实现技术研究相应操作，同时在测试区同步形成更改后的电气参数及电路逻辑，使得可在不断电情况下测试相关参数，确保安全可靠。通过软件控制可定量产生所需频率与强度的高频干扰信号，针对性叠加在计量设备的计量回路上，形成高频信号干扰，在屏柜上可复现高频信号干扰，也可以深入研究高频干扰信号的频率、幅度、与计量回路的距离对于计量异常的定量影响。

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第四章 计量状态监测实验系统

4.1概述

电能计量装置状态监测实验系统是和现场计量装置分析仿真平台、实训室配套的设备，该套设备以仿真和验证为主体功能，复现了现场各类计量异常现象，深入分析了计量装置运行方式异常机理，提升了计量装置现场运行状态分析能力。

电能计量装置状态监测实验系统主要功能是管理控制电能计量装置分析仿真平台和实训室设备的运行状态，通过对平台和实训室具体设备发送运行异常（包括不同机柜、电能表各个位置的各种异常运行方式）指令、对模拟的负荷特性进行具体设定，完成实训室对10kv实际运行线路异常现象的复现，并在分析仿真平台对该异常现象进行具体机理分析。

4.2功能介绍

4.2.1登录电能计量装置状态监测实验系统

打开浏览器（建议使用谷歌浏览器）输入http://127.0.0.1/back进入电能计量装置状态监测实验系统；输入用户名和密码（默认均为admin）点击登录。 登录界面如下：

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图4-1电能计量装置状态监测实验系统登陆界面

登陆成功后系统界面如下：

图4-2电能计量装置状态监测实验系统登陆后界面

4.2.2管理员管理界面

左击“管理员管理”，进入管理员管理界面。在管理员管理界面可进行添加管理员和修改管理员操作：

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图4-3电能计量装置状态监测实验系统管理员管理界面

进行添加管理员操作需填写添加管理员的用户名和密码，之后点击“提交”：

图4-4电能计量装置状态监测实验系统管理员信息修改界面

管理员修改是指对管理员登录时使用的密码进行更改。进行管理员修改只需在管理员登录后点击左上角“修改”，之后重新设置密码再

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点击“提交”：

图4-5电能计量装置状态监测实验系统管理员信息提交后界面

4.2.3 题目管理界面

在电能计量装置状态监测实验系统主界面点击“题目管理”，进入题目管理界面。题目管理界面可进行增加题目、更改题目信息、删除题目、考题设置、题目下发和题目恢复操作。题目管理界面如下：

图4-6电能计量装置状态监测实验系统题目管理界面

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点击“增加题目”，输入欲设置的题目名称再点击“提交”即可，备注可根据管理员题目设置需要填写，也可不填写：

图4-7电能计量装置状态监测实验系统考题设置需求界面

选中一套题目，点击“更新题目信息”进入修改题目信息界面，在此界面可进行已有题目名称和备注的更改。修改完成后点击“提交”就完成了题目信息修改：

图4-8电能计量装置状态监测实验系统考题信息修改提交界面

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选中一套题目，点击“设置考题”，可对题目进行设置。在考题设置界面，可对不同机柜进行考题设置。选中确定的机柜名称。点击“题目窃电设置”，可对确定的机柜进行具体窃电点和窃电方式设置。考题设置机柜选择界面如下：

图4-9电能计量装置状态监测实验系统窃电机柜界面

具体窃电点和窃电方式设置界面如下：

图4-10电能计量装置状态监测实验系统窃电点与窃电方式设置界面

题目设置完成后，返回题目管理界面，点击“题目下发”，进入题目下发管理界面点击“窃电操作”，这样就完成了新题目的设置；点击“恢

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复操作”，则设置的窃电故障全部恢复，所有机柜进入正常运行状态：

图4-11电能计量装置状态监测实验系统登陆题目管理界面

4.2.4 负载特性界面

在电能计量装置状态监测实验系统主界面点击“负载特性”，进入负载特性界面。在负载特性界面可对不同机柜不同电表对应的负荷进行设置。具体设置内容包括电压电流的幅值和初始相位角。负载特性界面如下：

图4-12电能计量装置状态监测实验系统负载特性管理界面

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第五章 注意事项

5.1注意事项

设备的低故障率、精确可靠、使用寿命等，需要日常的维护和保养。在设备的使用中应注意以下事项：

1）保持环境的整洁，设备的使用环境应符合实验室的要求； 2）供电电源应符合装置的要求，否则会严重影响设备的运行安全； 3）使用中确保无导线、铅封、杂物等落入设备中，以免造成线路短路；

4）设备的接线端子、接线柱、连接片应保持连接可靠、无松动现象，以免造成接触不良，引起发热、火花，影响误差； 5）设备在工作中禁止随意移动；

6）使用中制定正确的操作规程，确保人身及设备的安全。

5.2使用要求

1）装置的外壳要可靠接地；

2）使用正确的且在指定范围内的供电电源，供电设施要有足够的负

荷能力；

3）装置的放置要有通风及散热的空间； 4）装置要有一定的防尘以及防潮的措施；

5）防止雷击、雷雨天气最好停止使用装置，完全切断供电电源； 6）台面上禁止堆放杂物与工作无关的工具及用品； 7）计算机需要专业人员操作；

8）不要随意更改计算机的设置、安装或卸载应用程序； 9）轻按、轻拨各种开关及按键，延长其使用寿命； 10）长时间不使用装置时，请拔下供电电源插头。

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5.3未经授权不得进行以下事项 1）不得私自开启设备的机箱盖、柜门；

2）不得自行更改或变动装置的内部电气设备、元器件及走线等； 3）不得随便插拔装置的内部或外部的接插件。

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