淺析智能電能表的規范設計與應用

一、引言

智能電能表是電能表產品發展到第四階段的產物。第一階段，機械式電能表，純人工抄表；第二階段，機電式電能表以及初期的電子式電能表，具有簡易的數據輸出裝置，支持少量的數據讀出；第三階段，采用先進微電子技術的電子式電能表，可以采集、存儲大量的數據，內嵌專用的多種通信接口；第四階段，智能電能表，基于第三階段的先進微電子技術，從理念上重新對電能表進行了定位，整合了許多新功能。智能電能表的新型特性，具有雙向消耗的計量，預付費功能、應用層程序的功能、統一的通信協議和標準界面，表計可以成為其他智能家居遠程數據交換的網絡節點。

二、智能電能表試驗、要求及技術規范

(一)電能表檢驗流程

1.全性能試驗判定

有下列情形之一者則判定不合格：

(1)依據制造單位有效書面確認，對比產品招標前全性能試驗和產品供貨前全性能試驗的樣品，出現元器件不符、工藝簡化、軟件改動等情況。

(2)電能表招標前全性能試驗中，依據本標準試驗出現樣品中任意一只任意一項不合格，即判定該批電能表不合格。

(3)電能表供貨前全性能試驗中，依據本標準試驗項目分為A、B兩類，A類為否決項，B類為非否決項。樣品出現任一項A類不合格即判定該批樣品不合格，出現B類不合格經整改后試驗通過，判定該批樣品合格。

2.抽樣驗收試驗判定

有下列情形之一者則判定驗收不合格：

(1)依據檢測樣品，未經招標方有效書面確認，出現元器件不符、工藝簡化、軟件改動等情況。

(2)電能表到貨后抽樣驗收試驗中，依據本標準試驗項目分為A、B兩類，A類為否決項，B類為非否決項。樣品出現任一項A類不合格即判定該批樣品不合格，出現B類不合格經整改后試驗通過，判定該批樣品合格。

(3)檢測過程中發現有3只及以上樣品存在因生產工藝、元器件等同一原因引起的質量隱患問題。

(二)準確度要求實驗

1.試驗方法

電表加額定電壓Un，在功率因數1.0、0.5L正反向、0.8C正反向情況下測試負載電流變化時的誤差。

2.試驗目的

在表1規定的負荷范圍內檢電能表誤差，不得超過其規定的誤差極限。

(三)接地故障

試驗方法：試驗僅對三相四線經互感器工作的儀表。在三線中的某一線上進行模擬接地故障狀態的試驗中，各線電壓提高至標稱電壓的1.1倍歷時4h。試驗時，電能表的中性端與電能表試驗設備（MTE)的地端斷開，并與MTE中模擬接地故障的一端連接。這時，沒有接地的兩電壓端的電壓則為相電壓的1.9倍。試驗時，電流線路設定電流為In，功率因數為1、對稱性負載。試驗后，儀表應無損壞并能正確地工作。當儀表回到正常工作溫度時，測得的誤差改變應滿足下表的要求。

(四)通信模塊接口帶載能力測試(適用于帶通信模塊的電能表)

在電能表通信模塊接口的VCC和地之間接入30Ω純阻性負載(±5%精度)，用電壓表測量VCC與地兩端電壓，電壓值應在+12V±1V范圍內。

通信模塊互換能力試驗：

(1)熱插拔試驗

電能表施加參比電壓、參比電流，在熱拔插更換通信模塊的情況下，電能表應能正確計量，且表內存貯的計量數據和參數不應受到影響和改變。

(2)性能影響試驗

電能表接入相應的通信測試平臺，施加參比電壓、參比電流，互換模塊插入電能表10s后，通信測試平臺以10s的時間間隔對電能表的電能量和時間數據進行抄讀，共抄讀5次，電能表應正確應答。在通信狀態下，電能表Ib點的計量誤差不應超過相應準確度等級。在通信狀態下測試電能表電壓回路功耗，應滿足電壓線路功耗要求

(五)費控安全試驗

1.費控功能總體要求

表1 全電子式有功電能表百分數誤差限（三相為平衡負載）

表2 全電子式有功電能表百分數誤差限（三相為平衡負載）

本地費控電能表是在智能電能表本地實現費控功能的電能表。本地費控電能表支持CPU卡、射頻卡等固態介質進行充值及參數設置，同時也支持通過虛擬介質遠程實現充值、參數設置及控制功能的電能表，即本地預付費與遠程預付費是本地費控電能表所應具有的兩種預付費方式，本地費控電能表的費控功能都是在智能電能表內部實現的。

2.安全認證功能

智能電能表均應支持安全認證功能，應通過電能表內嵌安全模塊采用加密保護方式進行身份認證、紅外認證、對傳輸數據進行加密保護和MAC驗證，做到數據機密性和完整性保護，有效防止重放攻擊和非法操作。

3.費控功能檢測

(1)初始化功能

本地費控電能表應支持初始化功能，遠程費控電能表應不支持該功能。測試初始化功能時，至少應測試如下內容：

1)參數預置卡初始化功能；

2)密鑰狀態、購電次數、囤積金額限值、合閘允許金額限值等參數對初始化功能的影響；

3)開戶狀態、卡片序列號、非法插卡次數、遠程跳閘狀態、遠程報警狀態、客戶編號和保電狀態等狀態信息的清除情況；

4)參數預置卡的參數更新功能執行情況；

5)電能表清零記錄和購電記錄；

6)電能表的跳合閘狀態。

(2)開戶功能檢測

本地費控電能表應支持該功能，遠程費控電能表應不支持該功能。測試開戶功能時，至少應測試如下內容：

1)遠程開戶功能和本地開戶功能；

2)表號、客戶編號、卡片序列號、購電次數、囤積金額限值等參數對開戶功能的影響；

3)開戶狀態、客戶編號、卡片序列號等信息的保存；

4)用戶卡的返寫功能執行情況；

5)參數更新功能執行情況；

6)購電記錄；

7)未開戶電能表，購電卡和補卡的執行情況。

(3)充值功能檢測

本地費控電能表應支持該功能，遠程費控電能表應不支持該功能。測試充值功能時，至少應測試如下內容：

1)本地充值功能和遠程充值功能；

2)未開戶電能表的充值功能執行情況；

3)表號、客戶編號、卡片序列號、購電次數、囤積金額限值等參數對充值功能的影響；

4)用戶卡的返寫功能執行情況；

5)參數更新功能執行情況；

6)購電記錄；

7)電能表的跳合閘狀態。

（4)費控結算功能

本地費控電能表應支持該功能，遠程費控電能表應不支持該功能。測試費控結算功能時，至少應測試如下內容：

1)費率和階梯的切換和執行情況；

2)互感器變比對計費功能的影響；

3)報警金額、透支金額限值、合閘允許金額限值等參數對該功能的影響；

4)執行過程中的液晶顯示和背光提示功能；

5)電能表的跳合閘狀態；

6)事件記錄和凍結記錄。

三、結語

隨著國家大力提倡節能減排方針，并且伴隨著信息技術的發展，本文以述智能電能表規范設計與應用為切入點，以展示智能電能表廣闊之前景，智能電能表所監測的峰谷電價、線損模型數據支持、需求側管理等，無一不是對用電信息采集建設的巨大考驗，而智能電能表就是最堅實的基礎，智能電能表的規范設計將而又牢牢掌握著電能表時代進步發展的過程，隨著時間的延續，智能電能表將會充分體現出其本身的意義。

[1]IEC62053-21:電能測量設備特殊要求21部分:1級和2級靜止式有功電能表.

[2]IEC62053-22:電能測量設備特殊要求21部分:0.2S級和0.5S級靜止式有功電能表.

[3]JJG596—2012:電子式交流電能表檢定規程.

[4]GB/T 15284-2002:多費率電能表特殊要求.

[5]DL/T 614-2007:多功能電能表.

[6]DL/T 645-2007:多功能電能表通信協議及備案文件.

[7]Q/GDW 205-2008:電能計量器具條碼.

[8]Q/GDW 206-2008:電能表抽樣技術規范.