Youtube

Этапы развития поверочных установок серии УППУ для метрологического обеспечения электроизмерительных приборов и счетчиков электроэнергии

1. Историческая справка возникновения установки УППУ-1 и УППУ-МЭ 3.1

В 1977 году в Гос. реестр СИ под № 5929-77 была внесена установка поверочная полуавтоматическая универсальная «УППУ-1», разработанная группой сотрудников ВНИИМ им. Д. И. Менделеева под руководством Е. З. Шапиро. В результате было выпущено более 1500 установок «УППУ-1» и «УППУ-1М» (класс точности 0,1), которые применялись в отечественных и зарубежных метрологических лабораториях для поверки широкого круга приборов для электроэнергетики.

Надо отметить, что отдельные параметры установки, например режим измерения мощности электрической энергии в частотном диапазоне до 20 кГц, реализованы далеко не в каждой современной поверочной установке.

В 2004 году на Научно-производственном предприятии «Марс-Энерго» с участием лаборатории электроэнергетики ВНИИМ, где были проведены метрологические испытания, была разработана поверочная установка нового поколения «УППУ-МЭ 3.1» (класс точности 0,02). С разрешения автора легендарной установки «УППУ-1» было сохранено её название, что обязывает предприятие-изготовителя сочетать традиционное качество продукции с современными техническими решениями.

2. Установка «УППУ-МЭ 3.1» и её основные модификации для поверки классических приборов и счетчиков

В период с 2004 по 2020 год было выпущено в общей сложности несколько тысяч поверочных установок серии «УППУ» в лабораторном и переносном исполнениях. Было разработано несколько модификаций, таких как «УППУ-МЭ 3.1К» и «УППУ-МЭ 3.1КМ» с наращиванием функциональных и технических возможностей. Были добавлены функции измерения постоянного тока, напряжения и мощности.

Существенное влияние на спрос оказало принятие Постановления правительства о перечне товаров, подлежащих обязательной сертификации. Появилась необходимость метрологического обслуживания приборов измерения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) по ГОСТ 13109-97, ГОСТ 30804.4.30-2013 и разработана версия «УППУ-МЭ 3.1КМ».

Значительный вклад в исследовательскую часть работы внесли сотрудники лаборатории электроэнергетики ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, в свою очередь решая задачу развития эталонной базы России в области измерений электроэнергетических величин при искаженных формах кривых напряжений и тока.

Основные заказчики установок – метрологические лаборатории и службы энергосистемы, органов Росстандарта и промышленных предприятий. 

3. Метрологическое обеспечение интеллектуальных счетчиков электроэнергии в связи с принятием закона № 522-ФЗ и Постановления Правительства № 890 от 19.06.2020 г.

Метрологическое обеспечение счетчика подразумевает действия по калибровке и поверке счетчика на поверочной установке в соответствии с утвержденной методикой поверки.

После принятия закона ФЗ № 522 и комплекта нормативных документов, регламентирующих требования к организации интеллектуальных систем учета и ТХ входящих в состав интеллектуальных приборов учета, в Российской Федерации появилась потребность в поверочных установках с расширенными метрологическими возможностями. Причиной тому стала необходимость введения дополнительных функций в приборы учета, определяемые ПП РФ № 890 от 19.06.2020, а именно:

- измерение ПКЭ кл. S по ГОСТ 30804.4.30-2013,

- многотарифность,

- измерение активной и реактивной энергии переменного тока в двух направлениях, в том числе полной мощности в каждой фазе и суммарной мощности и т. д.

Другие дополнительные функции относятся к сервисным возможностям счетчика и не связаны с метрологическими характеристиками.

Фактически разработчик и производитель интеллектуального счетчика должен объединить в одном устройстве два прибора – счетчик электроэнергии и прибор измерения ПКЭ класса S. До недавнего времени эти два прибора существовали независимо друг от друга, т.е. поверялись на различных поверочных установках и имели свои методики поверки. Объединение в одно устройство счетчика электроэнергии и прибора измерения ПКЭ класса S в данный момент означает, что для первичной поверки данного гибридного СИ необходимо применять соответственно два типа поверочных установок или одну и ту же установку адаптировать для решения двух задач, что вызывает определенные проблемы: счетчики электроэнергии и прибор измерения ПКЭ имеют свои особенности, в том числе процедуры поверки, а именно количество поверяемых величин, что, соответственно, определяет время поверки, трудоемкость и состав поверочного оборудования.

Регламент или нормативы времени поверки классического счетчика отводят на это от десятков секунд до нескольких минут в зависимости от степени автоматизации установки. Время же поверки прибора измерения ПКЭ может занимать от нескольких десятков минут до часов в зависимости от степени автоматизации.

Для сравнения трудоемкости поверки классического электросчетчика и интеллектуального прибора учета с функцией измерения ПКЭ подсчитаем количество точек поверки на примере двух модификаций счетчика Милур 307 0,2S. Для классической модификации – 25 точек, 5 параметров; для модификации с расширенным функционалом (с измерением ПКЭ) – 86 точек, 28 параметров. Таким образом, для ИС объем поверки вырос в 3,5 раза.

Тиражи производства приборов измерения ПКЭ, как правило, составляют от единиц до десятков тысяч шт. в год в зависимости от масштаба предприятия. Планы же заводов по производству интеллектуальных счетчиков составляют от сотен тысяч до миллионов штук в год.

Для уменьшения времени поверки интеллектуального счетчика (ИС) требуется автоматизация процесса. Но даже максимальная автоматизация не позволит ускорить процесс до времени поверки обычного классического счетчика из-за большого количества поверяемых параметров и высокой трудоемкости их поверки. Принцип работы поверочной установки в двух режимах работы рассмотрим ниже на примере многоместной установки серии «УППУ».

Процедура поверки ИС состоит из двух этапов. На I этапе ИС поверяется при измерении мощности. На II этапе поверяется при измерении ПКЭ.

На I этапе (см. рис. 1) для поверки по мощности применяется классический метод сравнения двух частот (эталонной и поверяемой) с помощью калькулятора погрешности ПТНЧ и формирования протокола погрешности по результату сравнения двух частот. Соответственно мы снимаем сигнал с частотного выхода поверяемого счетчика с помощью фотосчитывающего устройства бесконтактно или с помощью пульта формирования импульсов ПФИ и далее подаем сигналы на ПТНЧ – калькулятор погрешности.

Рис. 1. Поверка счетчика при измерении мощности

 

При поверке ИС при измерении ПКЭ (см. рис. 2) необходим доступ к памяти счетчика для скачивания архивов измеренных значений и сравнения их с помощью ПО с эталонными значениями, полученными из архива эталонного счетчика. На основе сравнения с помощью ПО на ПК автоматически формируется протокол поверки.

Рис. 2. Поверка счетчика при измерении ПКЭ

В этом случае мы осуществляем доступ к данным ИС через цифровые интерфейсы, имеющиеся в счетчике. Возможно применение разных типов интерфейсов с помощью преобразователя интерфейсов для подключения ИС к ПК, так как современный ПК, как правило, имеет штатные интерфейсы Ethernet или USB, а счетчик может иметь интерфейс RS-485 и т. д.

В результате взаимодействия с нашими заказчиками - заводами по производству интеллектуальных счетчиков ИС - произведена глубока модернизация УППУ для полной автоматизации поверки ИС.

В последней версии ЭМ-3.1КМ добавлены новые режимы для управления прибором по последовательному каналу (RS232), позволяющие практически полностью автоматизировать работу прибора под управлением ПК.

Новые режимы позволяют:

- дистанционно запускать и останавливать процесс регистрации ПРОВАЛОВ и ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

- дистанционно запускать и останавливать процесс ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЯ

- дистанционно переустанавливать «схему включения прибора»

- дистанционно переустанавливать время в часах прибора

- дистанционно перепрограммировать делитель частоты на частотном выходе

- считывать из прибора все его текущие уставки.

В последней версии ЭФ-3.1 также добавлены новые режимы для управления прибором по последовательному каналу. Новые режимы позволяют:

- принимать исходные данные и дистанционно запускать и останавливать генерацию ПРОВАЛОВ и ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ на выходе прибора

- принимать исходные данные и дистанционно запускать и останавливать генерацию ФЛИКЕРА на выходе прибора

В последней версии УППУ имеется возможность автоматической подстройки выходных сигналов без остановки генерации.

4. Модификация «УППУ-МЭ-21» для поверки счетчиков с низковольтными входами, совместимыми с электронными маломощными трансформаторами

С принятием ГОСТ Р 56750-2015 на электронные счетчики электроэнергии с низковольтными входами (так называемые ЭлТА-счетчики) в России ряд заводов-изготовителей готовит производство или уже выпускает подобные устройства. ЭлТА-счетчики таких компаний, как «Энергосервис» и «Таврида-Электрик» (см. рис. 3), а также ЭлТА-счетчики зарубежного производства (например счетчик «Tesmec») устанавливаются в компании ПАО «Россети» с 2018 года.

Рис. 3

Для метрологического обеспечения ЭлТА-счетчиков в 2021 году разработана установка «УППУ-МЭ-21». Для работы в составе установки разработаны эталонный прибор «Энергомонитор-3.1КМ-Э» с дополнительным внешним усилителем и генератор сигнала «Энергоформа-3.1КМ-Э».

Это всего лишь модификации выпускаемых серийно приборов «Энергомонитор» и «Энергоформа». Блоки усилителей для поверки ЭлТА-счетчиков не требуются, так как сигнал достаточной мощности обеспечивает генератор "Энергоформа-3.1Э" (рис. 4). При этом эталонный прибор «Энергомонитор» (рис. 4) сохранил все предыдущие функции для поверки классических счетчиков и приборов. А дополнительные функции в комплекте с внешним усилителем (рис. 4) нарастили возможности классической поверочной установки с минимальными вложениями средств.

Схема поверки ЭлТА-счетчика приведена на рис. 5.

Некоторые счетчики не имеют импульсного испытательного выхода. Для их поверки генератор "Энергоформа-3.1Э" с высокой точностью по длительности выдает фиктивную мощность на "Энергомонитор-3.1КМ-Э" и поверяемый счетчик. Это позволяет определять с помощью ПО погрешность измерения энергии.

Рис. 4

Рис. 5

Помимо этих функций появилась возможность поверять бортовые приборы с частотой основной гармоники 400 Гц.

Еще одно существенное направление в современной электроэнергетике – метрологическое обеспечение СИ цифровой подстанции – также поддерживается компанией «Марс-Энерго». Это приборы «Энергомонитор-61850», «МарсГен-61850» и установка «МарсТест-61850». Но это уже не модификация классических эталонных приборов, а иная технологическая платформа. Поэтому тема метрологии ЦПС здесь не рассматривается.

5. Автоматизация поверки счетчиков. Описание проекта с применением УППУ, элементов робототехники и машинного зрения

На сайте ПАО «Россети» от 01.07.2020 опубликовано сообщение, что компания с 1 июля 2020 года приступила к реализации закона № 522-ФЗ о развитии интеллектуальных систем учета и внедрению интеллектуальных счетчиков. Анонсировано, что «Россети» внедряет 18,1 млн «умных» счетчиков или ИС до конца 2030 года. На заводах госкорпорации «Ростех» разворачивается подготовка производства ИС для установки в том числе на объектах «Россети».

Одним из этапов производственного цикла сборки ИС является процесс калибровки, поверки счетчика с применением поверочной установки и другие сопутствующие операции, например проверка сопротивления изоляции, проверка интерфейсов, тарификатора и функции отключения нагрузки и т.д.

В масштабах крупносерийного производства (например 1 млн счетчиков в год) требуется необходимое количество многоместных поверочных установок, сочетающих два ключевых параметра: необходимые технические характеристики для выполнения поверки в соответствии с методикой и производительность для обеспечения плана производства или количества.

Несмотря на то, что в мире и в России уже давно работает множество заводов крупносерийного производства счетчиков, в международном техническом комитете ТК 13 разрабатывается новая версия стандарта IEC 62057-3 на автоматические поверочные установки. В состав рабочей группы от России входит представитель «Марс-Энерго». Новый стандарт заменит ныне действующий IEC 62057-1. Стандарт описывает принципы построения крупносерийных линий сборки и поверки счетчиков.

У компании «Марс-Энерго» есть собственное видение организации автоматизированного процесса поверки. Это проект «ROBOMARS», представленный ниже на рис. 6.

Рис. 6

Краткое описание проекта и состав «ROBOMARS» версия 1 автоматизированной системы поверки интеллектуальных приборов учета

Состав системы:

- поверочная установка серии УППУ-МЭ многоместная

- устройства навески счетчиков

- робот-манипулятор для установки и снятия счетчиков

- система машинного зрения в зоне подачи счетчиков

- конвейеры для подачи счетчиков в поверку и готовых

- место оператора для запуска и контроля системы

Преимущества системы:

- гибкость (быстрая перестройка на любые типы счетчиков)

- простота обслуживания и ремонта

- возможность наращивания или масштабирования системы

Недостаток: жесткое крепление робота-манипулятора на рельс, в связи с чем невозможно изменять положение и количество устройств навески счетчиков и жестко определен маршрут движения. Поэтому возможна версия 2 (рис. 7). В этом случае робот-манипулятор устанавливается на автоматизированную тележку и маршрут движения произвольный.

Рис. 7

Также на самодвижущиеся тележки могут помещаться поверенные, неповеренные и бракованные счетчики. Устройства навески могут располагаться в произвольном положении.

Недостаток системы версии 2: более высокая стоимость и трудоемкость реализации проекта по сравнению с версией 1. Реализации проекта возможна в кооперации с партнерами, специалистами в области робототехники.

6. Таблица модификаций УППУ для метрологического обеспечения СИ в электроэнергетике

В настоящее время можно считать, что модификации установки УППУ за годы своего развития обеспечили возможность поверки большинства СИ электроэнергетических величин. Есть задел по охвату электронных счетчиков и повышению уровня автоматизации. Но с появлением цифровых подстанций расширился перечень средств измерения с поддержкой цифрового протокола по стандарту МЭК 61850. И это уже тема следующего обзора. Тем не менее, в таблице 1 представлены как существующие модели УППУ, так и эталонные приборы, созданные для перспективных моделей УППУ.

Таблица 1. Модификации УППУ для метрологического обеспечения СИ в электроэнергетике

Виды рабочих средств измерений (СИ) в электроэнергетике

УППУ-МЭ 3.1КМ

УППУ-МЭ 3.3Т1

УППУ-МЭ21

Энергомонитор-61850

МарсГен-61850

МарсКомп К-1000

Вольтметры, амперметры, измерительные преобразователи напряжения и переменного тока

+

+

+

+

 

+

Приборы для измерения напряжения, силы тока и мощности постоянного тока

+

 

+

 

 

 

Фазометры, частотомеры

+

+

+

+

 

 

Измерители коэффициента мощности

+

+

+

+

 

 

Однофазные и трехфазные измерительные преобразователи активной и реактивной мощности

+

+

+

 

 

 

Однофазные и трехфазные ваттметры, варметры активной и реактивной мощности

+

+

+

+

 

 

Многофункциональные измерительные преобразователи с входами по МЭК 61850-9-2

 

 

 

 

+

 

Приборы для измерения показателей качества электрической энергии

+

+

+

 

 

 

Бортовые электроизмерительные приборы fном.=400Гц

 

 

+

 

 

 

СЧЕТЧИКИ

 

 

 

 

 

 

Однофазные и трехфазные счетчики активной и реактивной электрической энергии

+

+

+

+

 

 

ЭлТА-счетчики

 

 

+

 

 

 

Счетчики электрической энергии постоянного тока

 

 

 

 

 

 

Однофазные и трехфазные интеллектуальные счетчики активной и реактивной электрической энергии

+

+

+

 

 

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

 

 

 

 

 

Маломощные измерительные трансформаторы

 

 

 

 

 

+

Измерительные трансформаторы с выходами по МЭК 61850-9-2

 

 

 

+

 

 

Измерительные трансформаторы переменного тока

 

+

+

+

 

+

Устройства сопряжения (ПАС) с выходами по МЭК 61850-9-2

 

 

 

+

 

 

 

Запрос

Имя
Организация
E-mail
Телефон для связи
Ваш вопрос
Я согласен на обработку моих персональных данных. Персональные данные обрабатываются в соответствии с действующим законодательством РФ (Федеральный закон РФ от 27.07.2006 г. №152-ФЗ «О персональных данных»).

Форма заказа

Имя
Телефон для связи
Желательное моск. время звонка
Я согласен на обработку моих персональных данных. Персональные данные обрабатываются в соответствии с действующим законодательством РФ (Федеральный закон РФ от 27.07.2006 г. №152-ФЗ «О персональных данных»).

Заявка на вебинар

Здесь Вы можете предложить свою тему вебинара, и мы проведем его в удобное для Вас время.
* - обязательные поля
Я согласен на обработку моих персональных данных. Персональные данные обрабатываются в соответствии с действующим законодательством РФ (Федеральный закон РФ от 27.07.2006 г. №152-ФЗ «О персональных данных»).