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1、国家计量技术法规数字化电能计量系统数字量输出报文特性测量方法调研分析报告国家高电压计量站国家电网公司营销部【网内蒙古东部电力供电服务监管与支持中心国网山西省电力公司国网天津市电力公司南方电网数字电网研究院1网安徽省电力营销服务中心2022年8月数字量输出报文特性测量方法调研报告1制定数字量输出报文特性测量方法的必要性背景近年来，随着智能电网技术的快速开展，数字化计量设备作为新一代计量体 系，其应用越来越广泛。2015年至今，国网公司先后下发了数字化计量设备 检测方法及质量管控体系研究（营销计量（2015） 14号）、国家电网公司关于 全面推进智能计量体系建设的意见（国网营销（2016） 45号
2、）等多项任务或指 导意见，要求加快推进电子式互感器数字化电能计量研究进程及示范应用。目前数字化计量已经成为计量专业的开展趋势，越来越多的数字化计量设备 投入使用，输入或者输出信号为数字量输出报文信号为数字化计量设备的典型特 征，所以有必要针对数字计量设备制定统一的基础性的数字量输出报文特性测试 方法，来指导其量值测试工作。数字量输出报文通常指数字化电能计量系统中电子设备的光学或电气输出 接口生成的、符合DL/T 860. 92或GB/T 20840. 8中规定协议格式的报文。数字 量报文传输的是数字量类型的采样值信号，具体格式参见附录A。数字量输出报 文根据输出接口类型分为电信号数字量输出报文
3、和光信号数字量输出报文，其中 电信号数字量输出报文采用铜线作为传输介质，光信号数字量输出报文采用光纤 作为传输介质。DL/T 860. 92中规定的报文的时间间隔一般为250 us,长度不 超过1527个字节。GB/T 20840. 8中规定的报文实际间隔一般为100 us,长度 不超过74个字节。数字量输出报文在传输过程中受铜线传输介质或光纤传输介 质以及周围环境的干扰或衰变因素影响导致其计量特性发生变化，使数字量输出 报文接收或解析的数据异常，从而影响数字量报文数据的准确性。常见的产生数 字量输出报文的数字量报文输出装置主要包括电子式互感器、合并单元、光数字 信号试验装置、数字化电能表检验
4、装置、光交换机（百兆、千兆）。1.1 数字量输出报文特性测量方法现状目前公司已累计建成智能变电站4000余座，国内科研机构和厂家均研制了多种数字化计量设备，并已大量使用到智能变电站中，目前在国家电网27家网 省公司、南方电网5家网省公司的实验室及现场都得到了大量应用。国家高电压 计量站等专业研究机构也对电子式互感器、合并单元等数字化计量设备报文特性 开展了测试方法研究，主要存在以下几个问题：1、目前相关单位正在制定电子式互感器、合并单元、数字化电能表等多种 数字化计量设备的测试规范，但是由于每个设备的输入输出特性及原理不一样, 在相关标准制定中，对于数字量报文的一些基本定义不太统一，数字化计量
5、设备 报文特性测试目前主要是根据各个设备的特点进行测试，数字量报文输出装置生 产厂家出厂试验基本只进行了光功率试验及光数字量报文功能性验证，未对数字 量报文层面进行其他定量测量。急需针对数字化计量设备制定报文特性的通用测 试方法。2、随着技术的不断开展，数字化计量设备相关的测试参数和方法需要针对 性改变，很多针对具体设备的测试规范就需要针对性的改变。因此为了应对技术 的不断开展需求，需要制定一些通用性、基础性的方法导那么，来指导数字化计量 设备的测试。1.2 目的和意义早期数字化计量系统主要由电子式互感器、合并单元及数字化电能表组成, 上述数字化计量关键设备均有对应的国家计量技术法规对其准确度
6、做规范。而随 着数字化计量技术开展，越来越多的数字化计量设备包括数字化计量校准检测设 备、交换机以及光数字信号试验装置等投入使用。数字化计量设备的典型特性为 输入或者输出信号为数字化报文信号，为了针对数字计量设备制定统一的基础性 的报文信号性能测试方法，来指导其量值溯源工作，特制定本方法标准。本标准从数字化计量设备报文特性基本定义出发，从报文协议特点，创新性 的从报文承载介质码元性能入手，规范相关报文的测试方法，促进数字化计量设 备量值准确、可靠。本工程的研究针对性强，具有可操作性，与传统互感器的相 关标准既不相冲突，亦不可相互替代。L4关键技术及可行性分析L4. 1技术关键a）采用国内外现行
7、有效的标准术语，统一、规范技术要求和测试方法。b）测试工程满足国内数字化计量设备报文特性测试的一般技术要求，满足 数字化计量设备报文特性日常测试需求，同时满足国家量值传递的技术法规。C）测试方法及评判标准兼顾不同厂家生产的各类型的数字化计量设备报文 特性。d）本工程的主要难点是数字化计量设备报文特性包括离散度、延迟、抖动、 完整性等功能的测试方法研究，以保证数字化计量设备核心关键功能的性能。 1. 4. 2可行性分析a）国家高电压计量站是我国最早从事电子式互感器等数字量设备校验技术 研究的单位之一，目前正在牵头组织国家电网公司数字化计量标准体系建设工作, 在标准装置研制方面：建立了我国首套电子
8、式互感器校验仪整检装置和电子式互 感器校验仪，在全国范围内开展量值传递工作，整体水平处于国际领先水平。在 现场试验技术方面：开展了上海世博会蒙自变电站电子式互感器现场校准工作， 研制了国内外首套直流互感器现场试验装置，在国内外首次开展800kV复龙换 流站、500kV德阳换流站、舟山柔直等工程的直流电子式互感器现场试验，在 我国的黑龙江鹤岗和漠河建立了数字化计量系统试验基地。在数字化计量设备研 发方面：研制了我国首台零磁通直流互感器，获得第七届中国技术市场协会金桥 奖。在标准起草方面：牵头起草了 OJF 1617-2017电子式互感器校准规范、 UJF1879-2020互感器合并单元校准规范、
9、UJG 1007-2005直流高压分压器、 DL/T278-2012直流电子式电流互感器技术监督导那么等多项国家和行业标准, 目前承当的互感器用合并单元校准规范已发布，承当的电子式互感器校验 仪校准规范、互感器用合并单元校准规范处于报审阶段。b）编制组成员由长期从事数字化计量设备测试技术研究的高级工程师及相 关计量技术研发人员组成，完成了数字化计量设备实验室和现场校准试验工作， 自主研制了多套数字化计量设备校验仪，对数字化计量设备的校准、测试需求和 实际问题有了全面了解，提出了一套能全面测试数字化计量设备报文性能的方法。 本站具备充足的试验用标准仪器设备，能够满足本标准制定过程中试验环节的测
10、量标准支撑条件。c）关于标准适用范围的可行性，本标准主要目的是数字量输出报文特性的 测量方法，主要针对的是以电压或电流采样值数据进行编码的数字量输出报文， 根据现有智能变电站中应用的报文类型，目前交流系统基本采用DL/T 860. 922016协议，原有的9-1协议基本被淘汰，直流系统中基本采用GB/T20840. 82007协议进行数字量传输。因此本标准主要适用符合GB/T 20840. 8 2007和DL/T 860. 922016规定协议的数字量输出报文，考虑到数字量传输 的通用特性，其它协议可参照执行。2数字量输出报文特性测量方法技术难点a）数字量输出报文特性测量方法的技术难点主要有以
11、下2个方面：b）测试方法需要高度概括智能电网中使用和应用的电子式互感器、合并单 元等各种数字量报文输出装置，涵盖范围较广，测量方法编制的过程中存在测量 方法不能全面涵盖绝大局部常见的数字量报文输出装置的可能；c）因为数字量报文输出装置的差异性，导致对应的测量方法具有较大的差 异性，采用统一的测量方法，解决智能电网中数字化计量设备（电子式互感器、 合并单元等数字量报文输出装置的的报文特性测试方法具有一定的难度。d）数字量输出报文的传输介质分为光纤传输和铜线传输，两种数字量输出 报文特性除了采样值报文发送时间间隔离散值、过冲、脉动、脉冲上升和下降时 间、时钟抖动等共同特性外，还有差异性特性，其中光
12、学的数字量报文特性还包 括消光比和光功率，电气的数字量输出报文特性还包括信号幅值。参考国标GB/T 20840.8,电信号数字量输出报文采用铜线传输介质传输，传输过程中受传输介 质阻抗、驻波系数及衰减等影响，会导致传输信号幅值发生变化，进一步影响数 字量输出报文的接收及解析。3总结在调研局部数字量报文输出装置生产厂家出厂试验基础上，了解到鉴于目前 数字量报文输出装置相关出厂检测标准、产品技术标准还不太完善，厂家出厂试 验内容较为简单，基本只进行了出厂前的功能验证，对于产品的定量测试很少进 行，数字量报文输出装置的现场验收试验也基本是以功能验证为主，侧重于逻辑 及功能验证，定量测量涉及内容较少，综合各单位建议，结合国家高电压计量站 校准检测能力及现行计量技术水平对数字量输出报文特性测量工程及方法进行 慎重考虑。