三相智能電能表時鐘日計時誤差不確定度分析

劉美明，劉 蜜，張偉國，張玲玲，王國棟

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

三相智能電能表時鐘日計時誤差不確定度分析

劉美明，劉 蜜，張偉國，張玲玲，王國棟

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

隨著智能電網的大力建設，三相智能電能表在全國得到廣泛應用，其時鐘日計時誤差直接影響分時計量及需量的準確性。介紹了三相智能電能表時鐘日計時誤差的測量方法，并根據JJF1059.1—2012技術規范中測量不確定度的評定方法，對三相智能電能表時鐘日計時誤差的測量結果進行了不確定度分析。

智能電能表；日計時誤差；時鐘測試儀；測量不確定度

0 引言

智能電能表作為智能電網的主要設備和基礎，與傳統電能表相比，除了具有基本計量功能以外，還具有分時計量、需量、階梯電價等功能，而這些功能的實現要求智能電能表要精確計時。隨著智能電能表在電網建設中日益龐大的應用，保證電能表時鐘的可靠和準確十分重要。計量檢定機構對有計時功能的電能表，在一定條件下，通過測定電能表的時鐘日計時誤差，來判定智能電能表內部時鐘是否符合要求。因此有必要對電能表日計時誤差測量結果的質量進行評定，即對日計時誤差測量結果做出不確定度評定。文獻［2］和文獻［5］是對普通電能表日計時誤差測量結果的不確定度進行分析。本文從兩個方面分別介紹智能電能表時鐘日計時誤差在電能表檢定裝置上的測量方法及測量結果不確定度分析的評定步驟。

1 智能電能表時鐘日計時誤差測量方法

1.1 時鐘日計時誤差測量原理

智能電能表時鐘日計時誤差測量原理如圖1所示。

圖1 時鐘日計時誤差測量原理

圖1中，程控電源將穩定的電壓送入被檢電能表，被檢電能表發出的秒脈沖信號送到誤差運算器，同時誤差運算器采集標準時鐘測試儀在被檢電能表發出的秒脈沖信號周期內輸出的高頻脈沖數，從而進行時鐘日計時誤差計算。其中，計算機能夠通過專門開發的計算機軟件，控制誤差運算器自動檢測時鐘日計時誤差，并通過LED顯示器顯示時鐘日計時誤差。

1.2 時鐘日計時誤差測量方法

測量時鐘日計時誤差按照JJG 596—2012《電子式交流電能表》檢定規程要求，電壓線路施加電壓1 h后，用標準時鐘測試儀測電能表時基頻率輸出，連續測量 5 次，每次測量時間為 1 min［1］。

三相電能表檢定裝置上電能表日計時誤差測量過程為：將被檢電能表與標準時鐘測試儀通電預熱1 h后，開始進行測量。被檢電能表發出的秒脈沖信號送到誤差運算器作為開關信號，在秒信號的一個周期內，誤差運算器采集標準時鐘測試儀發出的高頻脈沖數作為實測脈沖數Nx，與算定的脈沖數N0比較，即能確定被檢表的日計時誤差［2］。

采用秒脈沖信號周期內測量標準時鐘測試儀高頻脈沖數的方法，被檢表的日計時誤差［2］

式中：Nx為實測脈沖數，即標準時鐘測試儀在被檢表發出的秒脈沖信號周期內，實際輸出的高頻脈沖數；N0為算定脈沖數，即標準時鐘測試儀在被檢表發出的秒脈沖信號周期內，理論上應輸出的高頻脈沖數。

1.3 測量條件

測量依據：JJG 596—2012《電子式交流電能表》；

環境條件：溫度（20±2）℃，濕度（60±15）%RH；

測量裝置：三相電能表檢定裝置；測量范圍：3×（57.7～380）V、3×（0.1～100）A； 裝置準確度等級：0.1級；

測量標準：精密時鐘源，型號：GT 2009；

被測對象：DTZY71-Z型三相四線費控智能電能表；

測量過程：三相電能表檢定裝置給DTZY71-Z型三相四線費控智能電能表加220 V電壓，在檢定裝置標準時鐘測試儀和被檢表時鐘部分都在連續運行的情況下，用標準時鐘測試儀測電能表秒脈沖輸出信號，連續測量5次。

表1 對DTZY71-Z型被檢電能表測得的日計時誤差i與標準偏差si s／d

2 智能電能表時鐘日計時誤差不確定度分析

2.1 數學模型

式中：γ 為被檢電能表的日計時誤差，s／d；γ0為標準時鐘測試儀測得的日計時誤差，s／d；Δγ為標準時鐘測試儀日計時誤差的修正值，s／d［3］。

2.2 各輸入量的標準不確定度評定

根據數學模型，被檢電能表的日計時誤差測量不確定度主要取決于輸入量γ0、Δγ的不確定度。

輸入量γ0的標準不確定度u（γ0）是由重復性條件下被測電能表和標準時鐘測試儀測量不重復引起的［4］，采用A類不確定度評定方法。

輸入量Δγ的標準不確定度u（Δγ）分為兩種情況：一是標準時鐘測試儀沒有給出修正值，修正值通常為零，此時輸入量Δγ的標準不確定度u（Δγ）來源于標準時鐘測試儀的最大允許誤差；二是標準時鐘測試儀給出修正值，此時輸入量Δγ的標準不確定度u（Δγ）應考慮修正值的不確定度及標準時鐘測試儀的穩定性，兩種情況均采用B類不確定度評定方法。

另外，因被檢電能表的日計時誤差數據修約還產生一個不確定度分量u（x），也采用B類不確定度評定方法。

1）被檢表和標準時鐘測試儀測量不重復引起的不確定度分量 u（γ0）評定。

用0.1級三相電能表檢定裝置標準時鐘測試儀對1只1級DTZY71-Z型三相四線費控智能電能表進行日計時誤差的測量，施加220 V電壓，連續重復測量10次，得到測量數據如表1所示。

按照公式（3）計算標準偏差 si（s／d）［4］

式中：n為對日計時誤差進行重復測量的次數，n取10；γ0為第 i次測量得出的日計時誤差，s／d；γ 為各次測量得出的日計時誤差平均值，s／d。

所以有 u（γ0）=si=0.007 5 s／d

2）標準時鐘測試儀誤差引起的不確定度分量u（Δγ）評定。

該不確定度分量來源于標準時鐘測試儀的最大允許誤差。標準時鐘測試儀經過上級檢定合格，其誤差不會超過JJG 596—2012《電子式交流電能表》規定的數值。完全有理由認為，在標準時鐘測試儀的使用過程中其實際誤差一般也不會超出該允許值，可以將標準時鐘測試儀看作一個整體，其最大允許誤差即可作為分布區間半寬的信息來源。

標準時鐘測試儀的日計時誤差限為±0.05 s／d，服從正態分布，分散區間的半寬為0.05s／d，取則標準不確定度0.002 9 s／d。

3）由誤差數據化整引起的不確定度分量u（x）評定。

由于檢定證書中給出的測量結果是化整后的測量結果，所以數據修約將引起不確定度。智能電能表的日計時誤差化整間距為0.01 s／d，在此區間服從均勻分布，分散區間的半寬為 0.01s／d／2=0.005 s／d ，取，則標準不確定度

2.3 合成標準不確定度評定

1）各輸入量的靈敏系數。

被檢表日計時誤差數據修約產生的不確定度分量的靈敏系數為1。

2）各不確定度分量匯總如表2所示。

3）合成標準不確定度 uc（γ）的評定。

表2 各標準不確定度匯總表

2.4 日計時誤差測量結果的擴展不確定度評定

取包含因子k=2，則擴展不確定度

2.5 時鐘日計時誤差結果不確定度表示

電能表時鐘日計時誤差測量結果的擴展不確定度為

3 結語

隨著三相智能電能表在電網建設中的廣泛應用，其分時計量及需量等功能對時鐘日計時誤差要求越來越高，保證電能表時鐘的準確可靠十分重要。計量檢定機構應嚴格按照國家有關檢定規程要求檢定時鐘日計時誤差，并對電能表時鐘日計時誤差測量結果的不確定度進行評定。本文介紹的智能電能表時鐘日計時誤差測量結果的不確定度評定方法，也可應用于其他具有計時功能的電能表時鐘日計時誤差測量結果的不確定度評定。

［1］唐虹，楊曉西.電子式交流電能表［M］.北京：中國質檢出版社，2012.

［2］范蕾，劉軍，余明書.電能表日計時誤差測量結果的不確定度評定［J］.工業計量，2010 （s2）：59-61.

［3］韓慧臣.電能表基本誤差測量不確定度評定與驗證［J］.安徽電氣工程職業技術學院學報，2010，15（1）：72-75.

［4］王艷文，楊楠.三相電能表日計時誤差測量結果的標準不確定度分析［J］.科技視界，2013 （18）：44.

［5］葉德培，趙峰.測量不確定度評定與表示［M］.北京：中國質檢出版社，2012.

Uncertainty Analysis of Clock Daily Timing Error of Polyphase Smart Electricity Meters

LIU Meiming，LIU Mi，ZHANG Weiguo，ZHANG Lingling，WANG Guodong
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

With the development of the smart grids，the polyphase smart electricity meters has been widely used in the country.The daily clock timing error directly affects the accuracy of time-sharing measurement and demand.We introduce the measurement method of daily clock timing error of the polyphase smart electricity meters.According to the evaluation method of measurement uncertainty suggested in the technical specification in JJF1059.1-2012，the uncertainty of measurement of the daily clock timing error of the polyphase smart electricity meters is analyzed.

smart electricity meter；daily timing error；clock tester；measurement uncertainty

TM933

A

1007－9904（2017）11－0025－03

2017-06-09

劉美明（1990），女，從事電能計量技術工作。