調(diào)研報告數(shù)字化電能計量系統(tǒng) 導則

數(shù)字化電能計量技術調(diào)研報告2021年7月20日.背景從2009年開始以電子式互感器為代表的數(shù)字化計量設備在電網(wǎng)中開始試點應用，2013年底建成投運了6座新一代智能變電站試驗示范站，2015年又規(guī)劃建設了50座擴大示范站，2017年國家電網(wǎng)公司組織第三代智能變電站(智慧變電站)試點，2019年國家電網(wǎng)公司組織二次系統(tǒng)優(yōu)化工作，在山東濟南國網(wǎng)技術學院等試點打造自主可控的智能變電站。2022年，南方電網(wǎng)公司在“十四五”數(shù)字化規(guī)劃中進一步推進電力系統(tǒng)數(shù)字化建設，其中以智能微型傳感器、電能計量APP、云平臺為代表的技術在計量系統(tǒng)數(shù)字化中大量應用。隨著智能變電站的大力建設，國家電網(wǎng)公司營銷部于2016年專門成立了數(shù)字化計量工作組，制定了《國家電網(wǎng)公司數(shù)字計量體系建設研究工作方案》，通過5年的努力，依托國家863項目《新型數(shù)字化計量儀器的溯源與量傳技術》等國家和公司重點項目，開展了數(shù)字化計量量值溯源和數(shù)字化計量設備關鍵技術攻關，并組織了智慧變電站計量系統(tǒng)等試點工程，已經(jīng)初步建立了數(shù)字化計量設備的質(zhì)量監(jiān)督體系，培養(yǎng)了一批數(shù)字化計量專業(yè)人才，提升了公司數(shù)字化計量設備的技術和管理水平。隨著數(shù)字電網(wǎng)的提出，南方電網(wǎng)建立了南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院、廣東電科院能源技術公司等研究單位，取得了智能電表、傳感器、云平臺等數(shù)字化成果。國外電網(wǎng)數(shù)字化計量起步晚，但近些年來，以歐洲為代表的數(shù)字化計量技術正在突飛猛進的發(fā)展，有逐步推廣應用的趨勢，數(shù)字化計量方面與我們差距正進一步縮小。2.目的和意義在國網(wǎng)公司“數(shù)字化新基建”的戰(zhàn)略背景下，深入推進數(shù)字技術與電網(wǎng)技術融合發(fā)展，在電網(wǎng)全環(huán)節(jié)推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是實現(xiàn)公司戰(zhàn)略目標的關鍵所在。以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為電網(wǎng)賦能、賦值、賦智，著力提升電網(wǎng)綠色安全、泛在互聯(lián)、高效互動和智能開放能力。因此，隨著國網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型潮流，數(shù)字化電能計量系統(tǒng)近些年來得到了極大的發(fā)展。為明確電力系統(tǒng)中數(shù)字化計量系統(tǒng)的典型架構(gòu)、應用場景、運行情況、質(zhì)量監(jiān)督方法、涉及相關標準等，統(tǒng)籌電力系統(tǒng)對變電站數(shù)字化、智能化升級要求與法制計量管理要求，為標準編制提供可靠的數(shù)據(jù)基礎，項目組開展了本次調(diào)研。3.調(diào)研對象本次調(diào)研的對象包括數(shù)字化計量系統(tǒng)相關標準、典型架構(gòu)、應用場景、運行情況、質(zhì)量監(jiān)督方法、存在問題。4.調(diào)研情況4.1涉及標準4.1.1國外標準現(xiàn)狀(1)IEC61850系列標準IEC61850系列標準（國內(nèi)DL/T860系列標準為對應等同采用系列標準）是電力系統(tǒng)自動化領域唯一的全球通用標準。它通過標準的實現(xiàn)，實現(xiàn)了智能變電站的工程運作標準化。使得智能變電站的工程實施變得規(guī)范、統(tǒng)一和透明。不論是哪個系統(tǒng)集成商建立的智能變電站工程都可以通過SCD（系統(tǒng)配置）文件了解整個變電站的結(jié)構(gòu)和布局，對于智能化變電站發(fā)展具有不可替代的作用。IEC61850采用分層架構(gòu)構(gòu)建了電力自動化的通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)，更具體地說是子系統(tǒng)的通信架構(gòu)，如電廠自動化、變電站自動化系統(tǒng)、饋線自動化系統(tǒng)和分布式能源的SCADA。IEC61850系列標準共分為10大類，截至目前，IEC61850系列已發(fā)布標準如下表4-1所示。表4-1IEC61850發(fā)布標準序號說明標準名稱1IEC61850（IEC61850對應國內(nèi)電力行業(yè)標準編號DL/T860)IEC61850：2021SER通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-所有部件2IECTR61850-1：2013電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第1部分：簡介和概述3IECTS61850-1-2：2020電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第1-2部分：擴展IEC61850的指南4IECTS61850-2：2019電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第2部分：詞匯表5IEC61850-3：2013電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第3部分：一般要求6IEC61850-4：2011+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第4部分：系統(tǒng)和項目管理7IEC61850-5：2013電力實用自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第5部分：功能和設備型號的通信要求8IEC61850-6：2009+AMD1：2018CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第6部分：與簡易爆炸裝置相關的電力自動化系統(tǒng)通信的配置描述語言9IEC61850-7-1：2011+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第7-1部分：基本通信結(jié)構(gòu)-原則和模型10IEC61850-7-2：2010+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第7-2部分：基本信息和通信結(jié)構(gòu)-抽象通信服務接口（ACSI）11IEC61850-7-3：2010+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第7-3部分：基本通信結(jié)構(gòu)-通用數(shù)據(jù)類12IEC61850-7-4：2010+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第7-4部分：基本通信結(jié)構(gòu)-兼容邏輯節(jié)點類和數(shù)據(jù)對象類13IECTR61850-7-6：2019電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第7-6部分：使用IEC61850定義基本應用配置文件（BAPs）的指南14IECTS61850-7-7：2018電力實用程序自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第7-7部分：IEC61850相關工具數(shù)據(jù)模型的機器處理格式15IEC61850-7-410：2012+AMD1：2015CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第7-410部分：基本通信結(jié)構(gòu)-水力發(fā)電廠-用于監(jiān)控和控制的通信16IEC61850-7-420：2009電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第7-420部分：基本通信結(jié)構(gòu)-分布式能源資源邏輯節(jié)點17IECTR61850-7-500：2017電力實用程序自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第7-500部分：基本信息和通信結(jié)構(gòu)-使用邏輯節(jié)點建模應用功能以及變電站的相關概念和指南18IECTR61850-7-510：2012電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第7-510部分：基本通信結(jié)構(gòu)-水力發(fā)電廠-建模概念和準則19IEC61850-8-1：2011+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第8-1部分：特定通信服務映射（SCSM）-彩信映射（ISO9506-1和ISO9506-2）和ISO/IEC8802-320IEC61850-8-2：2018電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第8-2部分：特定通信服務映射（SCSM）-可擴展消息存在協(xié)議（XMPP）21IEC61850-9-2：2：2011+AMD1：2020CSV通信網(wǎng)絡和電力公用事業(yè)自動化系統(tǒng)-第9-2部分：特定通信服務映射（SCSM）-通過ISO/IEC8802-3采樣值22IEC/IEEE61850-9-3：2016電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第9-3部分：電力公用事業(yè)自動化的精密時間協(xié)議配置文件23IEC61850-10：2012電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第10部分：符合性測試24IECTS61850-80-1：2016電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第80-1部分：使用IEC60870-5-101或IEC60870-5-104從基于CDC的數(shù)據(jù)模型交換信息的指南25IECTR61850-80-3：2015電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第80-3部分：映射到Web協(xié)議-要求和技術選擇26IECTS61850-80-4：2016電力實用程序自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第80-4部分：從COSEM對象模型（IEC62056）翻譯到IEC61850數(shù)據(jù)模型27IECTR61850-90-1：2010電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-1部分：使用IEC61850進行變電站之間的通信28IECTR61850-90-2：2016電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-2部分：使用IEC61850進行變電站和控制中心之間的通信29IECTR61850-90-3：2016電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-3部分：使用IEC61850進行狀態(tài)監(jiān)測診斷和分析30IECTR61850-90-4：2020電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-4部分：網(wǎng)絡工程指南31IECTR61850-90-5：2012電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-5部分：使用IEC61850根據(jù)IEEEC37.118傳輸同步法索信息32IECTR61850-90-6：2018電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-6部分：使用IEC61850用于分配自動化系統(tǒng)33IECTR61850-90-7：2013電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-7部分：分布式能源資源（DER）系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換器的對象模型34IECTR61850-90-8：2016電力實用程序自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-8部分：電動汽車對象模型35IECTR61850-90-9：2020電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-9部分：將IEC61850用于電力儲能系統(tǒng)36IECTR61850-90-10：2017電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-10部分：調(diào)度模型37IECTR61850-90-11：2020電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-11部分：基于IEC61850的應用程序邏輯建模方法38IECTR61850-90-12：2020電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-12部分：廣域網(wǎng)工程指南39IECTR61850-90-13：2021電力公用事業(yè)自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-13部分：決定性網(wǎng)絡技術40IECTR61850-90-17：2017電力設施自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)-第90-17部分：使用IEC61850傳輸電源質(zhì)量數(shù)據(jù)（2）IEC61869系列標準IEC61869系列(對應國內(nèi)GB/T20840標準)適用于額定頻率在15Hz到100Hz之間電網(wǎng)使用的模擬輸出或數(shù)字輸出電力互感器，其輸出接入測量或保護設備，涵蓋了IEC60044系列相關標準。截至目前，IEC61869發(fā)布標準如下表4-2所示。表4-2IEC61869發(fā)布標準序號說明標準名稱1IEC61869系列對應國內(nèi)GB/T20840系列標準IEC61869-1：2007儀器變壓器-第1部分：一般要求2IEC61869-2：2012儀器變壓器-第2部分：當前變壓器的附加要求3IEC61869-3：2011儀器變壓器-第3部分：電感電壓變壓器的其他要求4IEC61869-4：2013儀器變壓器-第4部分：組合變壓器的其他要求5IEC61869-5：2011儀器變壓器-第5部分：電容器電壓變壓器的其他要求6IEC61869-6：2016儀器變壓器-第6部分：低功率儀器變壓器的附加一般要求7IEC61869-9:2016儀器變壓器-第9部分：儀器變壓器的數(shù)字接口8IEC61869-10:2017儀器變壓器-第10部分：對低功率無源電流變壓器的附加要求9IEC61869-11:2017儀器變壓器-第11部分：低功率無源電壓變壓器的附加要求10IEC61869-13:2021儀器變壓器-第13部分：獨立合并單元（SAMU）11IEC61869-14:2018儀器變壓器-第14部分：直流應用當前變壓器的附加要求12IEC61869-15:2018儀器變壓器-第15部分：直流應用電壓變壓器的其他要求13IECTR61869-100：2017儀器變壓器-第100部分：當前變壓器在電力系統(tǒng)保護中的應用指南14IECTR61869-102：2014儀器變壓器-第102部分：帶電感電壓變壓器的變電站中的鐵共振15IECTR61869-103：2012儀器變壓器-使用儀器變壓器進行功率質(zhì)量測量互感器作為應用于電力系統(tǒng)的電參量測量及各類輸入或輸出變頻電量的電器設備的檢試驗和能效評測的重要設備，在智能變電站乃至傳統(tǒng)變電站中占有舉足輕重的地位，據(jù)不完全統(tǒng)計，丹麥、英國、德國、歐洲電工標準化委員會、韓國、國際電工委員會均發(fā)布了IEC61869相關標準。據(jù)統(tǒng)計，2016年以來，IEC61869更新的標準占到IEC61869標準體系總量的1/2以上。（3）IEC6205x系列標準IEC62052系列(國內(nèi)GB/T17215系列為對應修改采用系列標準)連同IECTC13發(fā)布的其他IEC6205X系列標準一起規(guī)范了電能計量設備的要求、試驗、試驗方法，具體參見表4-3。表4-3IEC6205x系列標準序號說明標準名稱1IEC6205x系列標準IECTR62051：1999電計量-術語表2IECTR62051-1：2004電力計量-儀表讀數(shù)、資費和負載控制的數(shù)據(jù)交換-術語表-第1部分：使用DLMS/COSEM與計量設備進行數(shù)據(jù)交換的術語3IEC62052-11：2020電力計量設備-一般要求、測試和測試條件-第11部分：計量設備4IEC62052-21：2004+AMD1：2016CSV電力計量設備（AC）-一般要求、測試和測試條件-第21部分：資費和負載控制設備5IEC62052-31：2015電力計量設備（AC）-一般要求、測試和測試條件-第31部分：產(chǎn)品安全要求和測試6IEC62053-11：2003+AMD1：2016CSV電力計量設備（AC）-特殊要求-第11部分：用于主動能源的機電表（0、5、1和2類）7IEC62053-21：2020電力計量設備-特殊要求-第21部分：交流電能靜電表（0、5、1和2類）8IEC62053-22：2020電力計量設備-特殊要求-第22部分：交流電能靜電表（0、1S、0、2S和0，5S類）9IEC62053-23：2020電力計量設備-特殊要求-第23部分：反應能量靜電表（第2類和第3類）10IEC62053-24：2020電力計量設備-特殊要求-第24部分：基本部件反應能量的靜電表（0，5S類、1S、1、2和3類）11IEC62053-31：1998電力計量設備（AC）-特殊要求-第31部分：機電和電子電表脈沖輸出設備（僅限兩根電線）12IEC62053-41：2021PRV電力計量設備-特殊要求-第41部分：直流能源靜電表（0、5和1類）13IEC62053-52：2005電力計量設備（AC）-特殊要求-第52部分：符號14IEC62053-61：1998電力計量設備（AC）-特殊要求-第61部分：耗電量和電壓要求15IEC62054-11：2004+AMD1：2016CSV電力計量（AC）-資費和負載控制-第11部分：電子波紋控制接收器的特殊要求16IEC62054-21：2004+AMD1：2017CSV電力計量（AC）-資費和負載控制-第21部分：時間開關的特殊要求4.1.2國內(nèi)標準現(xiàn)狀數(shù)字化計量標準體系目前共計牽頭起草了21項標準（包括項9企標、7項行標、5項國家計量校準規(guī)范）。明確了數(shù)字化計量系統(tǒng)整體要求，從系統(tǒng)層面對整體功能進行了規(guī)定和優(yōu)化，包括《Q/GDW12005-2019數(shù)字化計量系統(tǒng)通用技術導則》、《Q/GDW11846-2018數(shù)字化計量系統(tǒng)一般技術要求》、《Q/GDW10347-2016電能計量裝置通用設計規(guī)范》。制定了核心計量設備技術要求，支撐公司智能站建設，包括起草了《Q/GDW11018-2017數(shù)字化計量系統(tǒng)技術條件第10部分-數(shù)字化電能表》、《數(shù)字化計量系統(tǒng)第4-7部分：互感器合并單元技術條件（報批稿）》、《Q/GDW11018.9-2018數(shù)字化計量系統(tǒng)技術條件第9部分多功能測控裝置》。規(guī)范了數(shù)字化計量設備檢測方法，指導各級計量人員質(zhì)量監(jiān)督工作，包括從檢測角度起草了《Q/GDW11847.1-2018數(shù)字化計量系統(tǒng)設備檢測規(guī)范第1部分：互感器合并單元》、《Q/GDW11777-2017數(shù)字化電能計量裝置現(xiàn)場檢驗技術規(guī)范》等檢測規(guī)范。規(guī)定了數(shù)字化計量系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試驗收方法，規(guī)范驗收環(huán)節(jié)，包括《Q/GDW12003-2019數(shù)字化計量系統(tǒng)安裝調(diào)試驗收運維規(guī)范》。在國網(wǎng)公司企業(yè)標準體系基礎上，在全國高電壓試驗技術標委會成立數(shù)字化計量體系框架，組織南網(wǎng)、設計院相關廠家編寫了《數(shù)字化計量系統(tǒng)一般技術要求（報批稿）》、《DL/T1507-2016數(shù)字化電能表校準規(guī)范》、《DL/T1515-2016電子式互感器接口技術規(guī)范》、《DL/T1955-2018計量用合并單元測試儀通用技術條件》、《DL/T2187-2020直流互感器校驗儀通用技術條件》、《DL/T2182-2020直流互感器用合并單元通用技術條件》。在數(shù)字化計量標準體系建設成果（國家計量技術法規(guī)），編寫了《JJF1617-2017電子式互感器校準規(guī)范》、《JJF1879-2020互感器合并單元校準規(guī)范》、《電子式互感器校驗儀校準規(guī)范（報批稿）》、《互感器用合并單元校驗儀校準規(guī)范（報批稿）》、《數(shù)字化計量系統(tǒng)通用測試方法第1部分：數(shù)字量輸出報文特性測量方法（征求意見稿）》、《直流互感器暫態(tài)特性校驗儀校準規(guī)范（征求意見稿）》、《直流互感器校驗儀檢定規(guī)程（報批稿）》、《數(shù)字化電能表檢定規(guī)程》正在起草制定中。4.2典型架構(gòu)4.2.1智能變電站根據(jù)智能變電站實際工程應用，數(shù)字化計量系統(tǒng)可有多種裝置配置方式，以下為四種典型配置方式。采用常規(guī)互感器和互感器合并單元，如圖4-1。注1：當電壓和電流輸入至一個互感器合并單元時，無MU1；注2：當互感器合并單元輸出采樣值點對點傳輸至數(shù)字化電能表時，無交換機。圖4-1系統(tǒng)第1種典型配置方式采用數(shù)字輸出式電子式互感器，如圖4-2所示。當不采用級聯(lián)方式時，無MU1。注1：當電壓和電流輸入至一個互感器合并單元時，無MU1；注2：當互感器合并單元輸出采樣值點對點傳輸至數(shù)字化電能表時，無交換機。圖4-2系統(tǒng)第2種典型配置方式采用模擬輸出式電子式互感器和經(jīng)電子式互感器接入靜止式電能表，如圖4-3。圖4-3系統(tǒng)第3種典型配置方式橋式接線、3/2接線等跨間隔計量應用場景中，確保電壓、電流同步的典型設計方案如圖4-4。方案1中，MU1、MU2、MU3應在同一個同步時鐘下實現(xiàn)同步采樣，采樣值均發(fā)送至過程層交換機，數(shù)字化電能表接收多互感器合并單元采樣值報文。方案2中，MU1、MU2、MU3無論是否在同一個同步時鐘下采樣，均在MU2中進行重采樣同步和組合，數(shù)字化電能表接收單互感器合并單元采樣值報文。根據(jù)實際工程設計，方案1和2可混合使用，但應確保采樣值在過程層已同步。a）設計方案1b）設計方案2圖4-4跨間隔計量系統(tǒng)配置方式4.2.2智慧變電站從2018年開始數(shù)字化計量工作組在江蘇220kV滆湖變、浙江110kV站前變、湖南110kV獅子山變、湖北110kV金馬變、河南35kV楊圍孜變、河北110kV定縣變、山東110kV商西變7座智慧變電站開展試點。智慧變電站計量系統(tǒng)方案如圖4-5所示。智慧變電站計量系統(tǒng)主要由一次電流/電壓測量裝置、過程層數(shù)據(jù)合并裝置、間隔層電能計量單元與狀態(tài)監(jiān)測裝置、站控層計量主機等部分組成，其他裝置包括時鐘同步裝置、交換機、采集終端等。圖4-5智慧變電站計量系統(tǒng)方案過程層數(shù)據(jù)合并裝置用于對來自多個互感器的電流及電壓輸出量進行時間同步和組合，并按照規(guī)定協(xié)議組幀發(fā)送至后續(xù)裝置。間隔層電能計量單元與狀態(tài)監(jiān)測用于接收已同步的電流和電壓采樣值，實現(xiàn)電能計量和狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷等，可以由獨立裝置實現(xiàn)如數(shù)字化電能表，也可與其他裝置集成。站控層計量主機用于采集傳輸電能量和其他信息，實現(xiàn)全站計量信息可視化顯示、統(tǒng)計、監(jiān)測等應用，該功能可以獨立裝置形式出現(xiàn)，也可以作為一項功能集成于其他裝置當中。4.2.3自主可控的新一代變電站2019年11月初開始，中國電科院組織工作組，在國調(diào)中心及國網(wǎng)設備部指導下，開展二次系統(tǒng)優(yōu)化方案工作。在2020年起開展變電站主設備、輔助設備、監(jiān)控系統(tǒng)、通信協(xié)議、內(nèi)生安全、設計、檢測，以及集控站系統(tǒng)等功能規(guī)范編制，并在2021年在山東濟南完成了第一座試點的落地。自主可控的新一代變電站整體設計方案如圖4-6所示。自主可控的新一代變電站計量系統(tǒng)設計方案如圖4-7所示。在圖4-7中，計量系統(tǒng)分為2條路徑。第一條由電子式互感器/電磁式互感器、結(jié)算計量裝置、服務網(wǎng)關機組成；第二條由電子式互感器/電磁式互感器、采集執(zhí)行單元、集中計量裝置組成。圖4-6自主可控的新一代變電站整體方案圖4-7自主可控的新一代變電站中計量系統(tǒng)方案4.3應用場景4.3.1電能考核在智能變電站與數(shù)字化變電站中，數(shù)字化計量系統(tǒng)主要用于電能考核，用于電能考核的數(shù)字化計量關口有78693個，電壓等級包括10kV及以上，具體情況見附錄A。4.3.2貿(mào)易結(jié)算在智能變電站與數(shù)字化變電站中，存在少量數(shù)字化計量系統(tǒng)用于貿(mào)易結(jié)算，用于貿(mào)易結(jié)算用關口數(shù)量共計81個，電壓等級包括110kV及以上。分布情況：冀北：16個、甘肅5個、河南42個、江西1個、浙江8個、山西9個。用于貿(mào)易結(jié)算數(shù)字化計量關口占智能變電站數(shù)字化關口比例：0.61%；有貿(mào)易結(jié)算數(shù)字化計量關口網(wǎng)省公司占所有網(wǎng)省公司比例：22.22%，具體情況見附錄A。4.3.3南方電網(wǎng)南方電網(wǎng)以“業(yè)務數(shù)字化、數(shù)字業(yè)務化”為方向，著力打造以“一中心四大業(yè)務鏈”為基礎的數(shù)字供應鏈體系，將“云大物移智鏈邊”等新技術與供應鏈業(yè)務深度融合，推動供應鏈對象、過程、規(guī)則數(shù)字化，實現(xiàn)全流程可視化、全鏈條協(xié)同化、全業(yè)務數(shù)字化。南方電網(wǎng)采用互感器+智能電能表+數(shù)字云平臺的架構(gòu)，采用的數(shù)字化技術為云邊協(xié)同的大數(shù)據(jù)分與管理。（a）南方電網(wǎng)微型智能傳感器（b）R46智能電能表（c）APP云平臺圖4-8南方電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型在互感器研究中，除傳統(tǒng)高壓傳感器外，南方電網(wǎng)在傳感上主要側(cè)重于配網(wǎng)智能傳感器的研究。其中最成功的案例是南網(wǎng)數(shù)研院自主開發(fā)的微型智能電流傳感器。該傳感器基隧磁阻效應，可測范圍在±150A，體積約火柴盒大小，具備體積小、精度高、自校準等特點。南方電網(wǎng)的智能傳感領域在新材料、磁阻芯片、微型傳感器集成技術等方面，已具備重要的研究基礎和核心優(yōu)勢，具體如4-8（a）所示。在智能電能表數(shù)字化研究中，廣東電科院能源技術公司研發(fā)的符合南方電網(wǎng)新技術規(guī)范的新一代R46智能電能表采用模組形式，具備電能質(zhì)量分析模塊、電能計量誤差自監(jiān)測模塊等，具體如圖4-8（b）所示。在數(shù)字云平臺研究中，廣東電科院搭建云平臺支撐電能表的管理與計量數(shù)據(jù)應用，可實現(xiàn)功能包括智能用電、智能開關、用電異常告警、電費管理等，具體如圖4-8（c）所示。4.3.4330kV、750kV及1000kV應用情況在西北330kV、750kV等電壓等級的變電站中，2013年完成了西北第一所330kV智能變電站試點的建立，然而在數(shù)字化計量系統(tǒng)的運行過程中表現(xiàn)除了變電站內(nèi)母線電能無法平衡的問題，根據(jù)現(xiàn)場檢測報告表明該問題的產(chǎn)生原因是校準后的電子式互感器在運行過程中誤差隨時間變化大。在2021年低，陜西公司完成了智能變電站中所有電子式互感器等設備的拆除與替換，至此陜西公司沒有數(shù)字化計量關口，在1000kV電壓等級的特高壓變電站中，數(shù)字化電能計量系統(tǒng)并未進行應用。具體情況見附錄A。4.3.5地方電力應用情況地方電力多處于陜西、內(nèi)蒙古等低，最大特點為具有電廠，發(fā)電的同時也會從國家電網(wǎng)進行購電，由于電力交易同時面向國家電網(wǎng)公司、地方電力公司、用戶，因此在部分情況下將產(chǎn)生電費繳納問題。在陜西地方電力在2020年中發(fā)生了電費繳納問題，為解決電費繳納問題采用了始時同步的數(shù)字化計量系統(tǒng)。在多回線路供電，且客戶側(cè)母線并聯(lián)運行，且上下網(wǎng)電量電價不同的復雜運行條件下，多回線路中相互存在穿越功率，導致常規(guī)計量裝置多記上下網(wǎng)電量，從而引起電費結(jié)算糾紛，具體如圖4-9所示。在陜西美鑫鋁鎂合金廠配套330kV專用變進行了復雜運行條件下數(shù)字化計量試點。采用基于數(shù)字化計量裝置的和電流計量，關口計量點采用雙配方案，兩個發(fā)電廠線路采用單配方案，各安裝一套數(shù)字化計量系統(tǒng)，總體安裝一套電能計量監(jiān)測分析系統(tǒng)。該項目實施后，系統(tǒng)可以提取用戶側(cè)電能數(shù)據(jù)，包括電廠發(fā)電數(shù)據(jù)、整流變與廠用電數(shù)據(jù)等。通過潮流計算，計算出美鑫系統(tǒng)的穿越電量、穿越功率大小、總有功和無功需量、綜合用電數(shù)據(jù)和發(fā)電數(shù)據(jù)，并計算出用整流變與廠用電綜合用電的功率因數(shù)，自動監(jiān)測數(shù)字化計量系統(tǒng)與傳統(tǒng)計量系統(tǒng)，當數(shù)據(jù)存在較大偏差時發(fā)出報警。圖4-9美鑫鋁鎂合金廠功率穿越示意圖4.3.6新型電力系統(tǒng)隨著“碳達峰、碳中和”重要戰(zhàn)略的提出，以光伏、風電為主的大量可再生新能源開始并入電網(wǎng)，由于可再生新能源具有隨機性、傳統(tǒng)的電網(wǎng)技術將不在滿足電網(wǎng)的新需求，因此電網(wǎng)開始了新型電力系統(tǒng)的研究。新型電力系統(tǒng)是以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)中主要場景包括光伏、風電、電動汽車。目前，數(shù)字化計量系統(tǒng)并未在新型電力系統(tǒng)中進行試點應用。然而在新型電力系統(tǒng)中，數(shù)字化計量系統(tǒng)憑借體積小、數(shù)字量輸出等優(yōu)勢正與電力電子技術、數(shù)據(jù)分析技術等進行融合，具體包括：南方電網(wǎng)以透明電網(wǎng)的理念正進行智能微型傳感器在新型電力系統(tǒng)中的推廣；華為正開展導軌式電子表等數(shù)字化計量設備在電動汽車充電樁中的應用研究；威思頓正開展數(shù)字式電能表在智慧城市中的應用研究等。4.4運行狀態(tài)4.4.1數(shù)字化電能表1）應用情況主流廠家威思頓2018年出貨接近3000臺，2019年出貨3500臺左右，2020年出貨預計5800臺，威勝近三年出貨量分別為1600臺,2800臺和1820臺，主要分布在河南、山東、安徽、四川、重慶、湖北、湖南、江西、河北、福建、江蘇和浙江等省份。2）缺陷情況在智能變電站建設初期，數(shù)字化電能表廠家眾多，技術水平參差不齊，整體運行故障率較高。故障種類較多，包括電源損壞、電量無法上傳、電量錯誤、凍結(jié)量異常等。近幾年，一些技術水平較差的廠家已被市場淘汰，一線運維人員對智能站的熟悉度也有一定提升，實驗室檢測能力逐步建立，這些因素促使數(shù)字化電能表的總體運行情況轉(zhuǎn)向良好。隨著老一批數(shù)字化電能表逐漸更換，省級計量中心收到的數(shù)字化電能表運行問題越來越少，主流電能表廠商威思頓反饋2018-2020年現(xiàn)場返修率為個位數(shù)。4.4.2電子式互感器1）應用情況從2011年開始，國網(wǎng)公司組織編寫并印發(fā)了《電子式互感器性能檢測方案》，隨著研發(fā)不斷投入、制造水平不斷提高、標準體系不斷完善，產(chǎn)品可靠性得到了很大的提升。截止到2019年12月，公司系統(tǒng)110（66）kV及以上ECT投運數(shù)量為6609臺，其中有源ECT5268臺，無源全光纖ECT1341臺，電容分壓型電子式電壓互感器（以下簡稱EVT）投運數(shù)量為1907臺。2）故障率2013年及以后投運的ECT主流制造廠設備平均缺陷率見圖4-10，截止到2019年，有源ECT設備平均缺陷率為0.71次/（百臺·年），其中投運臺數(shù)最多的有源ECT制造廠是南瑞繼保，總體缺陷率為0.24次/(百臺·年)。按照設備部的調(diào)研報告，電磁式電流互感器設備缺陷率為0.13次/（百臺·年）。圖4-102013年及以后投運的有源ECT平均缺陷率按年度分布（剔除南京新寧和南自）2013年及以后投運的EVT設備平均缺陷率見圖4-11，設備平均缺陷率維持在較低水平，截止到2019年，設備平均缺陷率為0.38次/（百臺·年）。投運臺數(shù)最多的EVT制造廠是南瑞繼保，2013年及以后投運的產(chǎn)品總體缺陷率為0.12次/(百臺·年)。圖4-112013年及以后投運的EVT平均缺陷率按年度分布4.4.3互感器合并單元1）應用情況截至2019年底，220kV及以上電壓等級互感器合并單元（含合智一體）設備數(shù)量為25619臺，歷年數(shù)量統(tǒng)計見圖4-12所示，互感器合并單元的使用量逐年遞增。圖4-12220kV及以上電壓等級互感器合并單元設備歷年數(shù)量統(tǒng)計2）缺陷情況2012年，220kV及以上電壓等級互感器合并單元缺陷率高達11.09次/百臺·年，遠遠高于當年保護裝置缺陷率2.054次/百臺·年，占當年智能站保護及相關設備所發(fā)生的缺陷總數(shù)的54.19%。2012年5月開始，公司組織了多個批次的專業(yè)檢測，通過加強質(zhì)量管控、專業(yè)檢測、整改家族性缺陷等手段，2013年220kV及以上電壓等級互感器合并單元缺陷率降至2.422次/百臺·年，并持續(xù)保持較低水平，近三年平均缺陷率低至0.465次/百臺·年，低于近三年保護裝置的平均故障率1.518次/百臺·年，互感器合并單元可靠性得到了大幅提升。互感器合并單元和保護裝置歷年缺陷率統(tǒng)計見圖4-13。圖4-13220kV及以上電壓等級互感器合并單元設備歷年缺陷率統(tǒng)計4.4.4數(shù)字化計量系統(tǒng)（1）110kV數(shù)字化計量系統(tǒng)運行情況黑龍江鶴崗東山變電站地處我國極寒地區(qū)，適合開展數(shù)字化計量設備帶電考核。國網(wǎng)計量中心對投運的三種不同類型的數(shù)字化計量系統(tǒng)進行電量誤差分析，結(jié)果如圖4-14所示，有源電子式互感器組成的數(shù)字化計量系統(tǒng)運行狀況較穩(wěn)定，羅氏線圈、LPCT總有功(旬)誤差為0.15%，0.44%，滿足電能計量系統(tǒng)要求；光學互感器組成的數(shù)字化計量系統(tǒng)運行誤差為1.59%，難以滿足計量要求。圖4-14數(shù)字化計量系統(tǒng)旬電能誤差江蘇公司在揚州110kV榮德變以及德潤變開展了電子式互感器（南瑞及許繼電子式互感器）數(shù)字計量風險評估研究，通過長期監(jiān)測比對雙通道電子式互感器數(shù)字化計量系統(tǒng)電能與傳統(tǒng)電磁式互感器組成的傳統(tǒng)計量系統(tǒng)計量電能之間的誤差，投運以來數(shù)字計量電能計量誤差約為0.13%，滿足電能計量系統(tǒng)要求，如圖4-15所示。圖4-15數(shù)字化計量系統(tǒng)月度電能誤差（2）10kV數(shù)字化計量系統(tǒng)運行情況國網(wǎng)計量中心2015年在對位于牡丹江樺林變建立9臺10kV電子式互感器及2套數(shù)字化計量系統(tǒng)試點。數(shù)字化計量系統(tǒng)設計方案包括傳感器模擬輸出和傳感器數(shù)字輸出兩種形式（數(shù)字輸出型電子式組合互感器3臺、模擬輸出電子式電流/電壓互感器各3臺），在運行時期內(nèi)總有功電量誤差如圖4-16所示：圖4-16數(shù)字化計量系統(tǒng)月電能誤差由數(shù)字輸出型電子式互感器組成的計量系統(tǒng)的月電能總有功誤差最大為0.48%，1年時間內(nèi)每月電能誤差的變差為0.24%，在一年的運行過程中，整體計量性能穩(wěn)定。由模擬輸出型電子式互感器計量系統(tǒng)因其中B相ECT故障，月電能總有功誤差最大達到6.0%；運行正常的A、C兩相，月有功電能誤差最大分別為0.99%和1.17%，但其1年內(nèi)電能誤差的變差僅為0.28%和0.41%。4.5質(zhì)量監(jiān)督方法4.5.1國網(wǎng)計量中心實驗室能力建設情況國網(wǎng)計量中心/中國電科院已具備互感器合并單元及數(shù)字化電能表全性能試驗能力，并且已獲得CNAS授權，具體如表4-3所示。表4-3國網(wǎng)計量中心/中國電科院檢測能力建設情況序號能力名稱授權類別授權時間授權項目1電子式電壓互感器檢測CNAS/CMA2012.319項2電子式電流互感器檢測CNAS/CMA2012.322項3互感器合并單元校準CNAS2017.25項4互感器合并單元檢測CNAS/CMA2017.519項5數(shù)字化電能表校準CNAS2017.51項6數(shù)字化電能表檢測CNAS/CMA2017.516項7電子式互感器校驗儀校準CNAS2017.55項8互感器用合并單元校驗儀校準CNAS2017.55項9電子式互感器校驗儀檢測CNAS/CMA2017.515項10直流電子式互感器校驗儀校準CNAS2019.101項11手持式光數(shù)字萬用表檢測CNAS/CMA2020.1250項4.5.2各省級計量中心檢測能力建設情況通過前期數(shù)字化計量設備能力建設試點，大部分試點網(wǎng)省公司已具備針對數(shù)字化電能表、互感器合并單元的實驗室或現(xiàn)場檢測能力。數(shù)字化電能表全性能檢測能力涵蓋46個檢測項目，互感器合并單元全性能檢測能力涵蓋55個檢測項目。試點網(wǎng)省公司針對數(shù)字化電能表及互感器合并單元的檢測能力建設情況如圖4-17所示。數(shù)字化電能表及互感器合并單元全性能檢測能力建設項目涉及的標準設備較多，各網(wǎng)省公司在項目申報及資金批復上存在一定差異，導致部分試點網(wǎng)省公司建設能力存在一定差異。河南、湖南、湖北三個網(wǎng)省公司建設了數(shù)字化計量設備遠程時間誤差測量裝置，具備數(shù)字化計量標準設備時間誤差的遠程校準。圖4-17試點單位互感器合并單元、數(shù)字化電能表能力建設情況數(shù)字化計量標準設備時間誤差的遠程校準系統(tǒng)主要由遠程自校準服務器平臺，遠程自校準本地客戶端和遠程校準本地模塊三部分組成，遠程自校準服務器平臺發(fā)出校準命令后，通過網(wǎng)絡遠程傳輸?shù)竭h程自校準本地客戶端進行數(shù)據(jù)處理，并將校準指令發(fā)送給遠程校準本地模塊。遠程校準本地模塊將校準指令解析成校準流程，控制時鐘誤差自校準模塊根據(jù)流程指令，逐步完成被試設備的校準。4.5.3數(shù)字化計量設備質(zhì)量監(jiān)督工作開展情況（1）數(shù)字化電能表質(zhì)量監(jiān)督工作開展情況在法規(guī)方面，數(shù)字化電能表的國家校準規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，數(shù)字化電能表的檢定規(guī)程正在制定中，但數(shù)字化電能表的型評大綱等法制化管理文件尚未出臺，制約了數(shù)字化電能表作為法制化計量器具用于貿(mào)易結(jié)算。在數(shù)字化電能表檢測方面，各網(wǎng)省公司基本配備了數(shù)字化電能表校驗臺，可在實驗室離線情況下批量對數(shù)字化電能表的誤差進行檢測，檢測效率較高，過程較為規(guī)范。2020年國網(wǎng)計量中心完成數(shù)字化電能表校準33批、全性能檢測2批、檢測裝置校準2批。2020年省公司開展的數(shù)字化電能表檢測情況統(tǒng)計如圖4-18所示。圖4-18網(wǎng)省公司數(shù)字化電能表檢測數(shù)量（2）電子式互感器質(zhì)量監(jiān)督工作開展情況在法規(guī)方面，電子式互感器的國家校準規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，檢定規(guī)程和型評大綱等法制化管理文件尚未出臺，制約了電子式互感器作為法制化計量器具用于貿(mào)易結(jié)算。在電子式互感器檢測方面，因運行的電子式互感器只能進行停電檢測，且目前暫無針對電子式互感器周檢計劃及周期檢測強制規(guī)定，因此針對電子式互感器的現(xiàn)場檢測工作開展相對較少。電子式互感器同時用于計量專業(yè)和保護測控等其他專業(yè)，不歸屬計量專業(yè)管理，導致電子式互感器在周期檢測過程中帶來較大阻力。2020年網(wǎng)省公司電子式互感器檢測情況如圖4-19。圖4-19網(wǎng)省公司電子式互感器檢測數(shù)量（3）互感器合并單元質(zhì)量監(jiān)督工作開展情況在法規(guī)方面，互感器合并單元的國家校準規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，檢定規(guī)程和型評大綱等法制化管理文件尚未出臺，制約了互感器合并單元作為法制化計量器具用于貿(mào)易結(jié)算。在互感器合并單元檢測方面，現(xiàn)階段未將互感器合并單元作為計量裝置來單獨進行溯源管理，投運前未經(jīng)過全面檢測，投運后無周期檢測，計量性能及穩(wěn)定性無法得到有效保證?；ジ衅骱喜卧瑫r用于計量專業(yè)和保護測控等其他專業(yè)，互感器合并單元管理歸屬不明確，導致互感器合并單元在運維、檢修過程中帶來較大阻力，需要與設備部、運維單位協(xié)調(diào)相關管理問題。2020年網(wǎng)省公司互感器合并單元檢測數(shù)量如圖4-20。圖4-20網(wǎng)省公司互感器合并單元檢測5.反映的主要問題1.應用場景方面。數(shù)字化電能表的國家校準規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，數(shù)字化電能表的檢定規(guī)程正在制定中，但數(shù)字化電能表的型評大綱等法制化管理文件尚未出臺。電子式互感器和互感器合并單元的國家校準規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，檢定規(guī)程和型評大綱等法制化管理文件尚未出臺，數(shù)字化設備未按照計量用標準設備進行質(zhì)量監(jiān)督、管理，制約了數(shù)字化計量設備作為法制化計量器具用于貿(mào)易結(jié)算。并且數(shù)字化計量系統(tǒng)主要應用于智能變電站中，在配網(wǎng)、新能源等方面應用只處于試點階段。2.質(zhì)量監(jiān)督方面。大部分省公司具備數(shù)字化計量設備試驗能力，具體包含數(shù)字化電能表校準試驗能力、電子式互感器校準試驗能力、合并單元校準試驗能力，地市公司均沒有檢測能力，且數(shù)字化計量系統(tǒng)只進行在計量中心進行首檢，在運行過程中都未開展周期檢定。3.數(shù)據(jù)應用方面。雖然數(shù)字化計量系統(tǒng)運行可靠性已經(jīng)逐年得到提升，但是數(shù)字化計量系統(tǒng)仍無法作為法定器具用作貿(mào)易結(jié)算，亟需建立基于數(shù)據(jù)分析的計量性能監(jiān)測分析能力，以此提升其運行可靠性。并且隨著新技術的發(fā)展，大數(shù)據(jù)應用、人工智能與設備態(tài)勢感知等一系列新技術開始應用于進變電站計量系統(tǒng)中，目前標準現(xiàn)狀開始不適用新技術的應用。6.建議和意見1.規(guī)范數(shù)字化計量設備的設計要求與性能指標。數(shù)字化計量系統(tǒng)經(jīng)過多年的專業(yè)檢測和運行經(jīng)驗的積累，研發(fā)不斷投入，制造水平不斷提高，標準體系不斷完善，產(chǎn)品可靠性得到了很大的提升,110（66）kV及以上電子式互感器的缺陷率接近傳統(tǒng)互感器，數(shù)字化計量系統(tǒng)的計量性能已接近傳統(tǒng)計量系統(tǒng)。因此需要設置相關標準規(guī)定數(shù)字化計量系統(tǒng)與設備的設計要求與性能指標。2.規(guī)范數(shù)字化計量設備的應用場景。數(shù)字化計量系統(tǒng)主要應用于智能變電站中，在配電網(wǎng)、新型電力系統(tǒng)等方面應用只處于研究階段。因此標準只針對110（66）kV及以上的智能變電站進行規(guī)范，電廠、配電網(wǎng)及新型電力系統(tǒng)中相應系統(tǒng)可參照執(zhí)行。3.規(guī)范數(shù)字化計量設備質(zhì)量監(jiān)督辦法。目前數(shù)字化計量系統(tǒng)標準體系已經(jīng)基本滿足質(zhì)量監(jiān)督的技術需求，可以有效支撐數(shù)字化計量設備質(zhì)量監(jiān)督體系的建設，需要盡快組織制定規(guī)范性文件，統(tǒng)一數(shù)字化計量的管理業(yè)務流程，為地市公司配置計量檢測設備，開展常態(tài)化培訓。4.建立數(shù)字化計量