交流電能表檢定裝置功率穩定度評定方法探討

朱淑媛，宋進良，劉漢勇

(1.遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006;2.沈陽電力機械總廠，遼寧 沈陽 110026)

電能表是計量某一時段電能累積值的專用計量器具。隨著電力系統的不斷發展，電能表已經成為社會用量最多的計量器具之一。目前，多種電能表主要應用于電力的貿易結算和電力生產技術經濟指標的考核。

標準電能表是電能計量體系中量值溯源和量值傳遞的中間媒介。它的量值可以溯源至國家基準，也可以通過它把標準量值傳遞至工作計量器具;保證電能標準量值的統一、準確、可靠。

在電能計量體系中，也可以通過電能表檢定裝置把標準量值傳遞至工作計量器具。它由功率源、標準電能表、標準互感器、二次回路及監視儀表 (電流表、電壓表、功率表等)共同組成。本文主要對交流電能表檢定裝置功率穩定度評定方法進行詳細分析。

1 算法分析

1.1 用瓦秒法檢定機械式電能表

用瓦秒法檢定機械式電能表，主要用標準功率表測定調定的恒定功率，或用標準功率源確定功率，同時用標準計時器測量被檢電能表在恒定功率下轉若干轉所需時間。測量的時間與恒定功率的乘積得到實際電能值，與被檢電能表測定的電能值相比較來確定被檢電能表的相對誤差。

用定圈測時的瓦秒法檢定安裝式電能表，相對誤差按式 (1)計算:

式中:t為實測時間 (被檢電能表在恒定功率下轉N轉標準計時器測定的時間)，s;T為算定時間(假定被檢電能表沒有誤差時在恒定功率下轉N轉應需要的時間)，s。

算定時間按式 (2)計算:

式中:P為標準功率表或標準功率源指示的功率，W;N為選定的被檢電能表轉數;KL和Ky為被檢電能表銘牌上標注的電流互感器和電壓互感器的額定變化，未標注者為1;KI和KU為同標準電能表聯用的標準電流互感器和標準電壓互感器使用的額定變化;KJ為接線系數，與標準電能表接線有關。

確定算定時間用自動方法 (如光電脈沖法)控制標準計時器，被檢電能表連續轉動，算定時間不少于10 s。若標準功率表或標準功率源所發功率脈沖序列不夠均勻或響應速度較慢，還需適當增加算定時間。若用手動方法控制標準計時器，在任何負載功率下，算定時間不應少于50 s。

1.2 用瓦秒法檢定電子式電能表

用標準數字功率表測量調定的恒定功率，同時用標準測時器測量被檢表累計電能所需的時間，測量時間與恒定功率的乘積為實測電能值，再與被檢表累計的電能值相比較，以確定被檢表的相對誤差。

用瓦秒法檢定電能表時，標準測時器對時間的測量誤差 (%)應不大于標準表準確度等級1/20。計讀時間時，標準測時器應有足夠多的讀數，以滿足由末位改變1個字的讀數誤差不超過標準表準確度的1/10。

a. 定時測量法

記下在標準測時器測定的一段時間內被檢表累計的電能值，用式 (3)計算相對誤差γ(%)。測定的時間應選得足夠長，以使得被檢表累計的數字不少于表1的規定。

表1 各級標準電能表累計數字表

式中:γW為標準功率表或檢定裝置的已定系統誤差，%(不需更正時γW=0);P為標準功率表測得的恒定功率值，W;t為標準測試器測得的時間，s;W′為被檢表顯示的電能值，J。

當被檢表顯示的是所累計的高頻脈沖數時式(3)中的W′用式 (4)計算:

式中:m為被檢表顯示的高頻脈沖數;CH為被檢表的高頻脈沖常數，imp/kWh。

若被檢表的高頻脈沖常數用其他單位標注，則按相應轉換;若標準數字功率表經外配電流、電壓互感器接入，則式 (3)中的P應乘以電流、電壓互感器的變比KI、KU。

若被檢表 (或標準數字功率表)的倍頻開關不是在×1檔，則式 (3)的W′(或P)應乘以倍頻值KF。

b. 定低頻脈沖數 (N)測量法

當用固定低頻脈沖數 (N)測量時間的瓦秒法檢定時，被檢表的相對誤差γ(%)按式(5)計算:

式中:γW為標準功率表或檢定裝置的已定系統誤差，%(不需更正時γW=0);t為實測時間 (被檢表在恒定功率下輸出N個低頻脈沖數時，標準測時器測定的時間)，s;t′為算定時間 (假定被檢表沒有誤差時，在恒定功率下輸出N個低頻脈沖數所需要的時間)，s。t′按式 (6) 計算:

式中:N為選定的低頻脈沖數;CL為被檢表的低頻脈沖常數，imp/kWh。

2 電能表檢定裝置功率穩定度評定方法

2.1 概率水平的峰—峰值評定法

在給定時限內每隔0.2～0.5 s采集一次功率值Pi，由各功率值構成的功率變化曲線，更接近功率變化的實際情況。若設備沒有功率自動采集裝置，可選用具有6～7位示值的數字式功率表測定功率 (功率表誤差要足夠穩定且其實驗標準差應不大于所需功率穩定度的1/3)，每隔1～1.5 s讀記一次功率，在2 min內得到80～120個功率值，由此也可得到比較近似的功率曲線。

用自動方法或人工方法所得的瞬時功率，代入式 (7)求得S值，即:

式中:n表示在觀測時限T內采集功率的次數;pi為第i次采集的功率值 (n=1，2，…，N);為各次功率pi的平均值。

pi在平均功率上下波動，因此功率變化區間(雙側置信限)為

功率的最大變化范圍ΔP=Pmax－Pmin。考慮到cosφ值影響，推導功率穩定度的通用表達式:

對雙側置信限來說，若取置信概率P=97.5%，則置信系數t1－α/2=2，因此用式 (12)評定功率穩定度，即:

該公式表明，功率最大變化范圍是偏離功率平均值的程度，而不是在相同時限內各功率平均值之間的差異程度。

在一列功率讀數的最大值或最小值的殘差應滿足下列公式:

Pk是異常值，應當舍去，用余下的功率值再代入式 (12)和式 (13)驗算，直代到沒有異常值為止。通常，在一列功率讀數中只有極少數異常值或無異常值。

2.2 簡易的峰—峰值評定法

在沒有自動裝置采集功率值的設備中，采用概率水平的峰—峰值評定法相對比較繁瑣。因此，對裝置進行后續檢定和常規檢驗時，還可采用簡易的峰—峰值評定法評定功率穩定度。

大量試驗表明，在時限T內的平均功率:

功率的最大變化范圍ΔP=Pmax－Pmin，則推導出功率穩定度:

測定功率穩定度時，在2 min內至少能得到80個功率值，而且要求的功率變化程度通常小于0.5%。因此，最初調定的功率 (或第一次讀得的功率):

故將式 (3)簡化成“簡易峰—峰值評定法”評定功率穩定度的計算公式:

這種方法評定結果的可信程度約為95%，但是不能判別讀得的Pmax或Pmin是否是異常值。因此，若按式 (17)確定的功率穩定度不符合要求，再按式 (12)求得的結果為準。

在電能表檢定規程中規定:用峰—峰值評定法評定功率穩定度，規定的功率穩定度為裝置等級指數的1/2(適用于電能比較法)和1/5(適用于瓦秒法)，由于目前使用的各級裝置輸出的功率都滿足這一要求，所以沒有理由降低功率穩定度指標。

3 實例分析

本文對功率穩定度的評定采用“概率水平的峰—峰值評定法”和“簡易的峰—峰值評定法”兩種方法，分別取功率因數cosφ=1和cosφ=0.5L的三相四線功率值為試驗數據，具體數據如表2和表3所示。

表2 cosφ=1時三相電能表檢定裝置功率測試結果

表3 cosφ=0.5 L時三相電能表檢定裝置功率測試結果

當cosφ=1時，通過表2數據經過式 (7)計算可得，S=0.018 1%，平均功率=1 499.838 W，用概率水平的峰—峰值評定法測定的功率穩定度r=0.004 8%，用簡易的峰—峰值評定法測定的功率穩定度rF=0.004 7%，兩種方法得到的數據偏差很小。

當cosφ=0.5L時，通過表3數據經過式 (7)計算可得，S=0.011 9%，平均功率=750.212 0 W，用概率水平的峰—峰值評定法測定的功率穩定度r=0.003 2%，用簡易的峰—峰值評定法測定的功率穩定度rF=0.003 3%，兩種方法得到的數據誤差很小，數據基本一致。

本文的測試過程采用0.01級的標準設備KOM200.3型三相多功能比較儀，測試間隔采用每秒采樣，r和rF分別為概率水平的峰—峰值評定法和簡易的峰—峰值評定法確定的功率穩定度 (單次評定值)，多次測試結果表明:兩種計算方法結果基本相同，其置信概率均為95%。

4 結束語

功率穩定度是電測計量設備評定過程中非常關鍵的技術環節，本文提出了一種高效的評定方法，通過理論分析和試驗數據表明簡易的峰—峰值評定法既保證了電能標準量值的統一、準確、可靠，又明顯地提高了工作效率。

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