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电工计测技术及电工仪器仪表专业领域科技与产业进展

发布时间:2009-02-11 阅读: 10634

 

(一)电磁计量取得突出进展
 电磁计量是仪器科学与技术领域的重要组成部分,对其发展起着十分重要的基础和推动作用。近年来在电磁计量基准标准及关键测试技术方面取得了突出的进展。
 1.全面参加国际对比,成绩优秀
在理论和技术上取得突破性成果的基础上,我国全面参加国际对比,量子电压居突出的地位,量子电阻高出国外最高水平一个数量级,达到10﹣10水平,功率对比成绩优秀。通过对比,在国际上建立各国之间对计量能力的相互承认,从而促进了国际贸易和电能表出口。
2.以扩频为方向,基准标准得到了大幅度的完善。
近年来电磁计量以扩频为主要方向,从音频向1MHz发展,建立了一批新的基准标准;同时原有基准标准的量程频段得到进一步的扩展,满足了科研、生产和使用快速增长的需求。
3.关键技术取得显著进步
在电磁计量基础标准的研究中,广泛采用国际先进的理论和渐进的技术,同时特别注重发展有自己特点的技术,注重创新。从而在低温电流比较仪、采样测量等通用技术和关键技术方面取得了显著的进步。
 
(二)国际标准化战略促进技术创新,加快产业国际化进程
电工仪器仪表国际标准化战略的实施,强有力地促进和加快了产业国际化进程,同时对行业的技术创新和产业结构调整起到关键的推动作用,引导并促成电能表龙头产品的成功转型。近5年内,对电工仪器仪表“国家标准体系表”进行了科学化梳理,规范和调整,组织制定、修订并颁布实施新国家标准17项、行业标准8项,正在制修订的正式立项的国家标准17项、行业标准1项。坚持“早期介入、积极跟踪、适时出台”的基本工作思路,为本行业的高薪技术产业发展与克服国际贸易中的技术贸易壁垒提供了及时的支持和正确引导。同时,实质性参与国际标准的制修订、国际技术交流和标准化活动,实现与国际对接。2003年5月,IEC/TC85(电工及电磁量测量技术委员会)秘书处正式转入中国,落户哈尔滨电工仪表研究所,实现我国承担国际电工技术委员会专业秘书处零的突破,得到国家标准化管理委员会高度重视和认可。这标志着我国开始在国际标准化事业中发挥重要作用,承担起组织国际范围的电工仪器仪表领域的标准制修订和标准化工作。
 
 
(三)电能计量表
 电能表在电工仪器仪表出口产品中所占比重较大,电子式电能表从开始产生就以自主开发为主,制造业与大学及科研院所进行广泛的合作,并在国家各类科研经费的支持下,走出一条引进技术、消化吸收、自主创新相结合的振兴之路,今天我国的电能表产业不仅产量居世界第一,而且已经完全能够自主研制并制造具有自主知识产权的各类型及档次的电能表产品。
1.电能表的综合技术与质量达到国际先进水平,并已进入国家电网关口计量副表地位
1)多家企业先后研制并生产出0.2S级三相多功能电能表,在技术上采用准同步采样、动态负荷时反应、实时跟踪温漂及零漂补偿等技术;面向系统设计,采用开放式通信协议,具有可在线更换的外置通信模块、实时测量、谐波测量、电能质量分析等功能;器综合技术与质量已赶上国际先进水平,目前已进入关口计量副表地位。
2)0.1S级三相多功能电表研制成功,并通过权威机构检测,拥有自主知识产权,全部运算功能由硬件电路实现,具有高可靠性和抗电磁干扰能力,适应复杂环境下的在线实时计量,电能计量标准度已高于IEC标准要求。
3)国产三相电能计量专用芯片发展迅速,三相多功能表已大量采用,较好地去开进口器件,性价比及可靠性大幅提高。
4)关口表远程校准系统,系统由多路关口表的测量、校准回路和计算机通信网络构成;误差数据传输:关口表的实时误差,通过专用信道传输到系统主站,整个系统误差优于0.1%。
2.谐波电能计量理论上有争议,技术上有突破,产品已推出
新研制的高端三相多功能电能表已具备谐波测量功能;三相谐波表具有分相的基波目和谐波计量共能。
谐波电能计量在理论、技术、新产品研发上均取得突破性进展,已探索进入电力市场。目前取得的主要成果有:
1)新研制的高端三相多功能电能表已具有谐波计量与分析功能,包括:基波和谐波有功功率计量、潮流分析、负荷曲线、谐波次数与幅值、初相位、电压谐波总含量和电流谐波总含量等功能,部分表达含有谐波无功率计量与分析功能。谐波计量与分析功能已逐步成为三相多功能表的基本功能。
 
2)三相谐波表具有分相的基波和谐波有功功率计量功能,提供基波、谐波点能量和谐波功率方向等。
3)基于小波分析的谐波与冲击负荷测量理论及算法的研究法成果开始应用。
4)含谐波电能计量工作标准的三相多功能标准电能表研制成功,包括:“谐波电能计量工作标准,在线谐波有功电能表、谐波有功电能计量功能测试方法,这无疑是国内谐波电能计量发展的重要一步。但是该工作标准的谐波功率计量准确度,在国内还无法进行溯源。另外基于虚拟仪器技术的谐波电能计量与分析系统也已出现,采用可视化编程软件,可根据需求灵活组合。
3.高压电网电能直接测量,国际国内首次实现计量溯源
 与传统的高压电能计量不同,直接式高压电能表在6~35kV电网上,由一次电压、电流传感器和电能计量芯片进行高压电网电参量测量,再通过光纤系统将信息传输到低压侧,进行计算和管理功能编程。设计中引入悬浮式电源,采用电子式电压、电流传感器、高压大电流坡印亭矢量原理的功率变送器等实现高压直接测量。
高压电能计量关键技术和量值溯源的研究在国际上首次针对电能计量柜、高压电能表和电网网口电能计量系统进行整体校准和计量检定等高压电能计量关键技术和量值溯源进行系统研究。选择的切入点为研制高压大功率标准功率源作为电能计量柜检验装置,器测量范围涵盖GB/T16934要求的电压380V~35kV(线电压),电流20~1000A。全量程电能计量准确度达到5x10-4
项目实现的主要技术创新为:高压大电流三相标准功率源,并将它作为高压电能计量的关键性基础设备;新型高压电压/电压变换器;以高压大电流三相标准功率源结合相应量程的三相多功能标准表实现高压电能计量标准及其量值溯源。从而为整体校准和检定电能计量柜和高压电能表、整体校准和检定电压电流互感器组合和其他新型电压电流互感器、整体综合校准和检定电网电能计量系统奠定了坚实的技术基础。
 
本项目的成功为即将面世的高压电能表和正在不断涌现的各种高新技术如电子、光电子变换器在电网测控技术中的应用铺平了道路,将为提高我国电能计量和电网管理水平作出贡献,并因此创造打的社会和经济效益。该项目属于用于完全自主知识产权的技术创新,达到国际先进水平。
4.电子式单相表稳步发展
普通单相电能表的发展以提高产品质量、降低成本和防窃电为主体,在技术上有如下特点:
1)普通表的研究主要集中在集成芯偏、电磁兼容性和可靠性等方面;目前2.0级表的准确度由于1%,且全面满足国家标准和IEC标准的要求;
2)载波表主要研究集中在集成芯片、电磁兼容性和可靠性等方面;目前2.0级表究进展,正逐步走出低谷。
3)防窃电技术已实现双线测量的防窃电和防零电等技术。
5.动态畸变条件下电能测量与电能质量分析
 开发动态畸变条件下电能测量与电能质量分析技术,其中频域稳态功率电流分解方法、时域瞬时电流分解方法、时域稳态测量方法和第一代小波变换功率测量方法的研究取得实用化成果,并有产品问世。
 
 
(四)电能计量自动化系统
近年来,电能表面向系统设计,基于开放式“自动抄表系统”系列国家标准,电能计量及远程自动抄表、管理、分配系统的构建技术实现多方位突破和应用。系统实时性、兼容性、可靠性、面向对象的互操作、抄表成功率得到有效解决,满足了商业化运行的需要。
1.开放式运程自动抄表系统
目前影响远程自动抄表系统推广应用的一个重要障碍就是系统的兼容性,特别是通信协议的兼容性和制造标准的不一致。在国内目前有几个不同的制造标准同时在使用,因此根据不同的标准制造出的产品千差万别,兼容性较差。今天TC104全国电工仪器仪表标准化技术委员会推出了采用开放式通信协议的“自动抄表系统”系列国家标准(GB/T19882、GB/T 19897).该协议的特点,是从通信的角度,建立电能表,建立电能表的接口模型,使功能模块与低层通信协议隔离,由此,系统之间保持计量数据一致,系统的兼容性问题得到有效解决。
2.远程无线抄表在技术争议中不断发展,成果显著
1)基于GPRS、CDMA的远程无线自动抄表系统在技术争议中不断发展,取得了长足的进步,正在大面积推广使用。
2)在近距离无线自动抄表系统中ZigBee开始应用,它具有自动组网、低功耗、低成本的双向无线通信技术,根据需求可建立庞大的沟通网络及可自我修复的网络架构,安全可靠。
基于Z-Wave无线通信技术也已用于近距离无线自动抄表系统,Z-Wave是基于射频、低成本、低功耗、高可靠性的双向无线通信技术。
 
3.低压载波抄表正逐步走出困境
低压电力线载波自动抄表系统曹勇扩频、跳频、正交频分复用、阻抗适配滤波、转发(载波表可以动态的被本地集中器通过电力线设置为路由器或转发器)等技术及专用芯片,不断克服我国电网拓扑复杂、污染严重带来的较多的实际问题,其抄表成功率大为提高。
随着这些新技术的不断出现,低压电力线载波通信可靠性低等问题逐步解决,目前基本能达到《低压电力用户集中抄表技术条件DL/T698》提出的现场捡收条件下一次抄表成功率指标,现场一次抄表成功率在逐年提高,正在走出困境。
 
(五)制造技术
制造技术关系到产品质量与企业的市场竞争力,也是电工仪器仪表领域和先进国家差距最大的地方,近年来本行业的研究所、骨干企业与大学联合,在国家相关基金的资助下取得了一批重要的成果,并加以推广,是我国电工仪器仪表的制造技术有了明显的提高。
电工仪器仪表的制造技术大幅度提高。0.01级电能计量标准已经建立;基于总线技术构架调校自动化系统平台、专家系统、图像识别等技术进一步提高了生产的自动化程度和产品质量的可靠性及一致性;正弦波脉宽调制技术成功引入测试电源,预置失真和矢量纹波动态补偿技术,克服了SPWM技术失真大、供电源影响严重等问题;加上现场模拟技术和专用模拟装置的使用,电工仪表制造技术走向节能、高可靠性、全自动化的新阶段,电工仪器仪表产业的国际市场竞争力不断增强。
 
四、电工计测技术及电工仪器仪表专业领域
 
虽然我国的电能表、数字万表等在国际市场上的产销量均居第一,但我国的电工仪器仪表与国外先进水平还有一定的差距,主要存在着科研投入不足、自主创新能力低、制造技术落后等问题。
 
第一是制造技术,感应式电能表的准确度和可靠性与制造水平关系很大,而这一点正是我们的不足之处,也是我们与国外企业差距最大的地方;自动化生产水平不高,加工方式大多还是以人工为主,产品性能难以保证高度一致性,国内产品的离散性相对大于国外著名企业的产品,在一定程度上反映企业对产品质量的控制能力弱,同时生产管理的难度较大,制造技术是我们与先进国家的最大差距。
第二是材料质量,感应式电能表的磁推轴承、阻尼磁钢等关键器件的质量是影响产品寿命的最主要原因;绝缘性能、壳体的耐热和阻燃性是保证电能质量的关键;材料质量也是主要差距之一。
由于电子式电能表对制造工艺和材料的依赖性远低于感应式电能表,因此电子式电能表的发展在多方面弥补了我们在制造技术和材料质量上的不足。
第三是核心技术问题,我国的仪器仪表(包括发展最快的静止式电能表在内)的核心技术之一—测量芯片的自主开发能力不足,且缺少自主知识产权的创新技术,这也是阻碍发展的重要因素。
加强技术创新力度,从政策和资金两个方面扶植我国的制造业,在引进、消化、吸收的基础上,研制并生产更多具有自主知识产权的集成芯片。
第四是生产的集约化和集中度相对偏低,我国的企业数量很多,但上规模的不多,制造的集中度不高,难以应对变化的市场竞争。
第五是安装式表以外及安装尺寸不统一,给用户在使用时带来不便,互换性较差,造成资源浪费。目前全国电工仪器仪表标准化技术委员会正在起草相关标准,以解决次问题。
随着全球电能表产业格局的变化,我国作为世界电工仪器仪表生产大国,产品出口量在逐年增加,出口地区不断扩大。无论从技术、质量层面上,还是从生产能力上,完全可以参与国际市场的竞争。虽然从整体上看,我国电工仪器仪表与国外先进水平还有一定的差距,但我们只要正视仪器仪表在国民经济发展的重要性,在政策上、资金上给予大力支持,以新技术为平台,高起点、高标准打造世界级的中国电工仪器仪表行业,就可以缩小差距,参与全球市场竞争。

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