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本书是典型环境实验室近年来相关研究成果的汇总，主要基于典型环境条件下计量设备的工况数据，从计量工作一线的需求出发，对不同环境下计量设备的运行特性变化规律进行了较为全面深入的探讨，涵盖计量设备综合性能评价、环境特性分析、可靠性预计、失效分析、设计优化、剩余寿命预测等领域。全书共6章：第1章概要介绍环境试验技术以及电能计量设备的相关知识；第2章介绍典型环境实验室情况；第3章讨论计量设备的综合性能评价及环境因素影响分析；第4章介绍基于IEC62380的智能电能表可靠性预计方法；第5章介绍了计量设备的失效分析理论与设计优化方案；第6章介绍了智能电表剩余寿命预测的相关理论。

第1章  电能计量设备	1
1.1  智能电能表工作原理	1
1.2  计量用互感器工作原理	12
1.2.1  电压互感器	13
1.2.2  电流互感器	15
第2章  智能量测设备典型环境实验室	18
2.1  引言	18
2.2  实验室建设标准依据	18
2.3  智能量测设备典型环境实验室概况	21
2.4  信息子系统建设方案	21
2.4.1  计量设备现场运行监测系统	21
2.4.2  计量设备现场模拟试验系统	32
2.4.3  当地居民用户集抄数据采集系统	39
2.4.4  环境监测系统	40
2.4.5  视频监控系统	40
2.5  计量设备性能检测试验方案	43
2.5.1  计量设备现场运行监测系统试验方案	43
2.5.2  计量设备现场模拟试验系统试验方案	50
第3章  电能计量设备综合性能评价与环境因素影响分析	60
3.1  引言	60
3.2  计量设备综合性能评价	60
3.2.1  智能电能表评价方法	60
3.2.2  用电信息采集终端评价方法	63
3.2.3  互感器评价方法	67
3.3  典型环境对电能表运行特性的影响	68
3.3.1  特征工程	68
3.3.2  电能表性能影响因素挖掘	69
3.3.3  电能表功能影响因素挖掘	92
3.4  典型环境对互感器运行特性的影响	97
第4章  智能电能表可靠性预计方法	102
4.1  引言	102
4.2  概述	102
4.2.1  引用标准	102
4.2.2  适用范围	102
4.2.3  智能电能表可靠性预计流程	103
4.2.4  假设条件	103
4.3  智能电能表系统可靠性预计模型	103
4.4  电能表组成元器件可靠性预计方法	106
第5章  电能计量设备失效分析与设计改进	168
5.1  引言	168
5.2  智能电能表故障统计与分析	168
5.2.1  全检验收故障统计分析	168
5.2.2  现场运行故障统计分析	170
5.2.3  主要故障关联汇总	170
5.2.4  电能表主要故障模式故障树分析	172
5.3  关键元器件失效分析	179
5.3.1  失效分析技术	179
5.3.2  关键元器件失效机理	181
5.3.3  失效机理分析案例	190
5.4  计量设备失效机理分析	202
5.4.1  环境因素影响定性分析	202
5.4.2  智能电能表失效机理分析	205
5.4.3  互感器失效机理分析	226
5.5  计量设备性能优化方案研究	250
5.5.1  总体思路	250
5.5.2  智能电能表和用电信息采集终端性能优化方案	250
5.5.3  互感器性能优化设计方案	260
第6章  智能电能表剩余寿命预测	264
6.1  引言	264
6.2  基于回归模型的智能电能表寿命预测	264
6.2.1  输入数据	265
6.2.2  基于计量误差的寿命预测	265
6.2.3  基于故障率的寿命预测	266
6.3  基于仿真模型的智能电能表寿命预测	267
6.3.1  模块划分	267
6.3.2  建模方案	268
6.3.3  智能电能表仿真模型	269
6.3.4  寿命预测模型	275
6.4  基于抽样理论的智能电能表寿命预测	278
6.4.1  抽样原则	278
6.4.2  抽样理论	279
6.4.3  抽样方案实施	281
6.4.4  样本等同分析	283
6.4.5  寿命预测试验	284
附录A  智能量测设备典型环境实验室章程	298
附录B  智能量测设备典型环境实验室白皮书	304
参考文献	320

随着信息技术与电力技术的融合日趋紧密，电力网络的信息化建设已成不可逆转的趋势。作为电网状态数据流动的第一环节，传感的重要性日益凸显。其中计量设备是一类重要的传感装置，担负细粒度电能计量功能。以智能电表采集的量测数据为基础，除完成电能计费外，还可支撑需求响应、用能模式识别、实时电价等高级应用。其准确性、可靠性对于保证电能结算的公平准确，真实感知电网状态具有重要意义。
目前国家电网公司经营区域覆盖全国26省（自治区、直辖市），供电范围占国土面积的88%。区域内气候环境差异极大，如在东北地区，冬季气候往往较为寒冷，最北部的漠河最低温度甚至低于-50℃；而西北地区大部则经年少雨，气候干燥炎热，夏季地表温度最高可达80℃；在青海、西藏的广大区域，计量设备要工作于平均海拔4000m以上的高原环境中，空气稀疏，辐射强烈；在东南沿海省份，则往往存在较高的湿度和盐雾沉积。由此导致不同地域的计量设备运行工况复杂多样。在极端现场环境的影响下，设备中的关键元器件可能出现各种故障，进而影响设备准确可靠运行。上述客观现实对计量设备的环境适应性提出了更高的要求。
产品的环境适应性是影响其使用寿命的重要因素，国际上对此高度重视。大规模的环境试验研究最早可追溯至“二战”时期，经过多年发展，极大地提高了各类工业产品的环境适应性与使用寿命，带来了巨大的经济效益。环境试验耗时长，需要超前系统的规划与研究，短时间投入难以见效。设备长时间暴露所积累的宝贵环境特性数据，已成为国际竞争的一项核心优势。进行计量设备的典型环境试验，可极大地助力计量设备厂商改进设计，提升产品质量，增强市场竞争力。同时也可帮助电网企业避免因大量设备寿命提前耗尽带来的巨额投资，降低企业运营成本。
为保障差异性气候下电网贸易结算的公平公正，解决电能计量设备选型、运维降本增效等难题，带动我国计量设备产业进步，国家电网公司建立了国际领先的高严寒、高干热、高海拔、高盐雾及高湿热的“五高”天然户外计量设备试验场，实现了电能计量设备首个全气候的实负荷带电实时运行。自典型环境实验室落成以来，经过数年投入，在计量设备环境特性研究上，取得了丰硕成果。
本书是典型环境实验室近年来相关研究成果的汇总，主要基于典型环境条件下计量设备的工况数据，从计量工作一线的需求出发，对不同环境下计量设备的运行特性变化规律进行了较为全面深入的探讨，涵盖计量设备综合性能评价、环境特性分析、可靠性预计、失效分析、设计优化、剩余寿命预测等领域。冀望通过上述研究，能够暴露计量设备设计缺陷，帮助厂商改进提升制造工艺与设计，使计量设备质量由符合性向适用性、高可靠性转型升级，落实质量强国、制造强国战略，此外，也可为环境试验的有关标准制定提供依据，提升我国在相关国际标准制（修）订中的话语权。
全书共6章：第1章概要介绍电能计量设备的相关知识；第2章介绍智能量测设备典型环境实验室情况，包括其建设标准依据、基地选址、信息系统建设等；第3章讨论计量设备的综合性能评价，以及环境因素挖掘；第4章介绍基于IEC62380的智能电能表可靠性预计方法；第5章介绍计量设备的失效分析理论与设计优化方案；第6章介绍了智能电能表剩余寿命预测的相关理论，包括基于回归模型、仿真建模、抽样理论的预测方法。本书适合电网企业计量机构、计量设备厂商的专业技术人员阅读，也可供高等院校、科研院所中从事电能计量领域研究的教师、研究生参考。
本书第3章得到了国家电网福建省电力有限公司李建新、詹文、何涵的帮助；第4章得到了国家电网黑龙江省电力有限公司杨晓源的帮助；第5章得到了国家电网新疆电力有限公司袁航的帮助；第6章得到了烟台东方威思顿电气有限公司张加海与北京合众伟奇科技股份有限公司付勇的大力支持。在此谨向以上专家与兄弟单位的宝贵意见与辛勤工作表示诚挚感谢。
另外，对于湖南大学等高校提供的帮助表示感谢。
限于作者水平，书中难免存在一些缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。

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电能计量设备典型环境运行特性分析