智能電表誤差的研究分析

陳嘉亮

摘 要：詳細(xì)介紹了智能電能表的組成和功能，并在論述智能電能表誤差來源的基礎(chǔ)上，提出了一系列相應(yīng)的解決方法，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：智能電能表；計(jì)量誤差；一致性誤差；誤差來源

中圖分類號(hào)：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.090

作為我國(guó)當(dāng)今社會(huì)一種必不可少的能源，電能對(duì)提高人們生活水平和促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展具有重要意義。而電能表作為所耗費(fèi)電能的計(jì)量工具，直接關(guān)系著用戶和電力企業(yè)的利益。因此，確保電能表的計(jì)量準(zhǔn)確性，避免誤差過大十分重要。

1 智能電能表的組成及功能

智能電能表由測(cè)量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元等組成，具有電能量計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、信息交互等功能。

電能計(jì)量誤差是電能表最基本的性能指標(biāo)。單相智能電能表計(jì)量電路如圖1所示。

圖1 單相智能電能表功能框圖

2 智能電能表的誤差來源

計(jì)量電路所取的檢測(cè)電流僅為外部負(fù)載電流，不包含電能表工作電源的電流，所以電能表本身的功耗不包含在電表能計(jì)量的電量?jī)?nèi)。主要誤差來源有電流采樣電路引起的誤差、電壓采樣電路引起的誤差、計(jì)量芯片引起的誤差、影響量引起的誤差和潛動(dòng)性能影響輕載誤差。

3 誤差試驗(yàn)方法

3.1 誤差一致性試驗(yàn)

電能表在參比電壓、參比電流加載30 min后，測(cè)試同一批次n個(gè)被試樣品。在參比電壓、100%Ib、10%Ib、功率因數(shù)1和0.5 L處，被試樣品的測(cè)量結(jié)果與同一測(cè)試點(diǎn)n個(gè)樣品的平均值的最大差值不應(yīng)超過一定限值。被試樣品應(yīng)使用同一臺(tái)多表位校驗(yàn)裝置同時(shí)測(cè)試。

3.2 誤差變差試驗(yàn)

電能表在參比電壓、參比電流加載30 min后，在參比電壓、Ib、功率因數(shù)1和0.5 L處，對(duì)同一樣品做第一次測(cè)試；在試驗(yàn)條件不變的條件下間隔5 min后，對(duì)樣品做第二次測(cè)試。同一測(cè)試點(diǎn)處，兩次測(cè)試結(jié)果的差的絕對(duì)值不應(yīng)超過0.2%.

3.3 負(fù)載電流升降變差試驗(yàn)

電能表在參比電壓、參比電流加載30 min后，按照負(fù)載電流從輕載到Imax的順序進(jìn)行首次誤差測(cè)試，并記錄各負(fù)載點(diǎn)的誤差；負(fù)載電流在Imax點(diǎn)保持2 min后，再按照負(fù)載電流從Imax到輕載的順序進(jìn)行第二次誤差測(cè)試，并記錄各負(fù)載點(diǎn)誤差。同一只被試樣品在相同負(fù)載點(diǎn)處的誤差變化的絕對(duì)值不應(yīng)超過0.25%. 測(cè)試點(diǎn)的負(fù)載電流為0.05Ib、Ib、Imax。

4 電能表誤差問題分析

4.1 誤差一致性要求

誤差一致性要求指同一批次數(shù)試驗(yàn)樣品在同一測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試誤差與平均值間的偏差不能超過某一限定值。例如1級(jí)電能表，按國(guó)標(biāo)要求，廠家出廠時(shí)Ib1.0誤差應(yīng)小于±0.6%，同一批一致性極限為±0.3%.

誤差一致性是指被試樣電能表在某點(diǎn)測(cè)試的誤差與其他n個(gè)樣品誤差平均值的差值（n一般為3～6），即被檢表誤差減去n個(gè)樣品誤差平均值≤0.3%，而不是說樣表在該測(cè)試點(diǎn)的誤差小于0.3%.

例如某個(gè)生產(chǎn)廠家共生產(chǎn)10 000臺(tái)單相1.0級(jí)表，作為電力公司，要求誤差一致性極限為±0.3，而廠家生產(chǎn)10 000臺(tái)單相表Ib1.0誤差均在-0.2～+0.4內(nèi)，所以10 000臺(tái)的平均誤差為+0.1，取任一臺(tái)樣品（Ib1.0誤差為+0.4），0.4-0.1（0.1即為10 000臺(tái)表的平均誤差）=0.3，誤差一致性是滿足要求的。而且誤差一致性要求的樣本一般僅僅是在全性能試驗(yàn)的時(shí)候做的，真正批量入庫的時(shí)候沒有誤差一致性要求，除非在招標(biāo)技術(shù)規(guī)范中明確指出了誤差一致性要求。《電子式交流電能表檢定規(guī)程》（JJG 596—2012）中沒有誤差一致性判別要求。

4.2 誤差變差要求

誤差變差要求指對(duì)同一被試樣品相同的測(cè)試點(diǎn)，在負(fù)荷電流為Ib、功率因數(shù)為1和0.5 L的負(fù)載點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，相鄰測(cè)試結(jié)果間的最大誤差變化的絕對(duì)值不應(yīng)超過0.2%.

變差也稱回差或遲滯誤差，在外界條件不變的前提下，使用同一儀表對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行正反行程測(cè)量，兩示值之差為變差。變差反映了儀表檢驗(yàn)時(shí)所得的上升曲線與下降曲線經(jīng)常出現(xiàn)的不重合現(xiàn)象。

負(fù)載電流升降變差：電能表基本誤差按照負(fù)載電流從小到大，然后從大到小的順序進(jìn)行兩次測(cè)試，并記錄負(fù)載點(diǎn)誤差；在功率因數(shù)為1、負(fù)荷電流在0.05Ib～I(xiàn)max變化范圍內(nèi)的情況下，同一只被試樣品在相同負(fù)載點(diǎn)處的誤差變化的絕對(duì)值不應(yīng)超過0.25%.

4.3 測(cè)量的重復(fù)性

重復(fù)性是指在測(cè)量裝置在同一工作環(huán)境，被測(cè)對(duì)象參量不變的條件下，輸入量按同一方向多次全量程變化時(shí)，輸入輸出特性曲線的一致程度。用輸入、輸出特性曲線間最大偏差值ΔR與量程yFS之比的百分?jǐn)?shù)來表示：

. （1）

問題描述：某供應(yīng)商供貨智能電能表經(jīng)全檢驗(yàn)收試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)誤差一致性不合格。

電能表誤差一致性問題深層次原因分析如下。

誤差一致性試驗(yàn)：同一批次數(shù)試驗(yàn)樣品在同一測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試誤差與平均值間的偏差不能超過下表限定值。說明電能表批量生產(chǎn)過程中的不同電表具有不同特性，需要在生產(chǎn)過程中加以改進(jìn)。誤差一致性問題涉及采樣電路元器件、計(jì)量芯片等的精度、穩(wěn)定度和可靠性以及電能表生產(chǎn)工藝和調(diào)校工藝等。

5 智能電能表誤差及一致性誤差的控制

5.1 設(shè)計(jì)過程控制

合理設(shè)計(jì)計(jì)量電路，優(yōu)選元器件。設(shè)計(jì)過程對(duì)控制一致性的誤差非常重要。為了保證計(jì)量的精確性和降低誤差，我們就必須對(duì)信號(hào)采樣和信號(hào)計(jì)量電路提出更高的要求。對(duì)于電流、電壓采樣電路，當(dāng)使用錳銅電阻或電阻網(wǎng)絡(luò)采樣時(shí)，所使用的電阻就必須是高精度、溫度系數(shù)低、穩(wěn)定性高的電阻。對(duì)于電能表的核心計(jì)量芯片，芯片的選型對(duì)電能表的性能至關(guān)重要。計(jì)量芯片的選型需要考慮的問題有：計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)的計(jì)量精度等級(jí)、計(jì)量芯片測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量線性度（應(yīng)保證誤差在1 500∶1，動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)<0.1%，最好選用誤差在5 000∶1，動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)<0.1%的計(jì)量芯片，或選用誤差在8 000∶1，動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)<0.1%的計(jì)量芯片）、穩(wěn)定度與計(jì)量芯片的批量供貨的一致性。

5.2 生產(chǎn)過程控制

在生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量使生產(chǎn)流程標(biāo)準(zhǔn)化，在一些流程中使用自動(dòng)化生產(chǎn)，達(dá)到產(chǎn)品的誤差一致性要求；嚴(yán)格按照工藝流程，利用超聲波清洗設(shè)備，并定期更換清洗液，避免清洗不干凈；規(guī)范三防漆噴涂工藝，必須在高溫烘干后涂三防漆，并噴涂均勻，保證厚度，同時(shí)，三防漆的材料很重要，最好采用進(jìn)口醇酸樹脂材料，防止產(chǎn)品受潮后性能受影響；加強(qiáng)老化工藝處理，確保出廠產(chǎn)品計(jì)量性能穩(wěn)定、可靠；加強(qiáng)元器件篩選和電能表生產(chǎn)流程管理，提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

5.3 校表流程控制

采用軟件校表，提高校表、復(fù)表內(nèi)控誤差標(biāo)準(zhǔn)，在工藝控制上縮小初校誤差范圍，出廠時(shí)嚴(yán)格檢查誤差。復(fù)校內(nèi)控誤差范圍應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，如表1所示。

表1 復(fù)校內(nèi)控誤差范圍

誤差限值 Ib（cosφ=1、0.5L） 0.1Ib（cosφ=1）

±0.2% ±0.3%

5.4 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具的定期校準(zhǔn)/檢定

用0.02%級(jí)標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)來校正工廠生產(chǎn)中使用的0.05%級(jí)電能表校驗(yàn)儀，避免電能表校驗(yàn)儀的臺(tái)差的影響。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)測(cè)量不確定度的研究，探究電能表設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中的誤差原因，并有針對(duì)性地改進(jìn)。

6 結(jié)束語

綜上所述，智能電表的誤差會(huì)影響人們的日常用電，我們需要采取相應(yīng)方法解決有關(guān)問題。本文就智能電表的誤差進(jìn)行了研究分析，希望能為相關(guān)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]胡曉麗.認(rèn)清智能電表發(fā)展技術(shù)分析未來發(fā)展新趨勢(shì)[J].電子制作，2014（22）.

〔編輯：王霞〕

Research and Analysis of Error of Smart Meter

Chen Jialiang

Abstract： This paper introduces the composition and function of the intelligent electric energy meter， and discusses the source of the error sources of the smart meter， and puts forward a series of corresponding solutions.

Key words： smart meter； measurement error； consistency error； error source