一種基于安裝式標準電能表的智能電能表誤差在線檢測比對方法研究

楊芾藜，侯興哲

(1．國網重慶市電力公司營銷服務中心，重慶 401123； 2．國網重慶電力公司電力科學研究院，重慶 401123)

0 引 言

近年來，隨著經濟社會的不斷發展，科技的不斷進步以及電力用戶和供電部門對電能精確計量的需求，促使我國智能電網建設不斷深入，電子式智能電能表的安裝量也越來越大。由于電子計量技術越來越成熟[1]，以及大量的市場需求，使智能電能表的生產廠家也越來越多。但是目前智能電能表的生產和電力部門掛網前的首檢均是在參比條件(環境溫度20℃±2℃；相對濕度60%±15%；電壓允許偏差0.5%;頻率允許偏差0.3%，波形失真度小于1%)下通過自動化檢定裝置檢測完成的。用戶使用中智能電能表在復雜的使用環境下加載實際負載，能否對電量進行連續的準確計量，不同廠家的智能電能表在參比條件下誤差和現場在線使用中的誤差有無差異，在使用中計量是否準確可靠,這是一個值得研究的課題，也是電力計量部門和電力用戶十分關心的問題。

目前測試同一負載條件下不同廠家智能電能表的誤差、電量等數據。一般采用電能表檢定裝置虛負載測試。無法反映智能電能表實際負載運行情況。傳統現場校驗儀采用電流鉗方式現場測試智能電能表誤差，由于電流鉗鉗口污染、錯位、松緊度等因素影響，也很難準確測試實際誤差[2-6]。

本文所提的方法采用一種新型的單相安裝式標準電能表(以下簡稱安裝式標準電能表)和普通單相智能電能表串聯進行測試，該安裝式標準電能表外形尺寸和普通智能電能表一致，計量部分采用TDM時分割乘法器原理。符合國家標準GBT 17215.211-2006 《交流電測量設備通用要求、試驗和試驗條件 第11部分：測量設備》和國家標準GBT 17215.701-2011《標準電能表》。在現場復雜的電磁、溫濕度等環境下均可實現高達0.05級的有功電能計量和有功誤差測量,同時也可以對線路中的運行參數進行更加精確地測量[7]。安裝式標準電能表還可以通過設置線損功率參數對同一串聯線路的其他智能電能表基本誤差及電量走字誤差進行精確測量。所提的方法采用實際負載對不同生產廠家在線掛網運行過的智能電能表基本誤差及電量走字誤差進行精確測試比對，分析各廠家智能電能表在線運行的可靠性及一致性[8-12]。

1 方案概述

文中所提的方法選取相同規格在網運行中的不同廠家生產的智能電能表和0.05級安裝式標準電能表等比例混合串聯，在室溫條件下接入同一個負載進行測試。再將所有智能電能表和安裝式標準電能表取下在參比條件下通過檢定裝置模擬實際負載點進行測試。根據兩次數據進行比對分析不同廠家智能電能表的可靠性及一致性[12-18]。對有問題的智能電能表進一步進行試驗驗證。

2 模擬實際用戶測試

實驗在35 ℃室溫條件下，選取產品規格為：220 V/5(60)A，等級為2級，在網運行中的5個不同廠家生產的單相智能電能表共25只，產品規格為220 V/10(100)A，等級為0.05級的同一廠家生產的單相安裝式標準電能表6只，將安裝式標準電能表設置為安裝表模式，在此模式下，安裝式標準電能表的接線和智能電能表一致。然后用相同材質的等導線，將25只智能電能表和6只安裝式標準電能表按照圖1的方式串聯接線，最后接入白熾燈、電風扇、電油汀等負載。同時為保證每只電表參數信息讀取時效的一致性，采用一臺安裝有多路R-S485通信的電腦，每一路RS-485僅連接一臺電能表，通過軟件同步抄錄每一只電能表的參數信息。由于普通智能電能表的準確等級只有2級，因此文中以安裝式標準電能表抄錄的運行參數為依據，通過合理的計算來對智能電能表的基本誤差和電量走字誤差進行分析。

圖1 接線示意圖1

在連接智能電能表前分別用5只安裝式標準電能表對每一塊智能電能表和安裝式標準電能表的自身功耗進行測試，取平均值作為該表的自身功耗數據。線路通電工作穩定后，通過首尾兩只安裝式標準電能表的功率，和試驗前測得的每只表的自身功耗，就可以計算出每一組線材的線路損耗。進行誤差測試時可以通過在安裝式標準電能表內設置線損功耗和智能電能表功耗來測試智能電能表的誤差。試驗中采用相鄰2只安裝式標準電能表來分別測試它們之間5只智能電能表的誤差，取平均值為該智能電能表在此負載點的基本誤差。進行電量走字誤差測試時，通過軟件同步抄錄所有智能電能表從負載開始工作到負載斷電期間的電量和功率，減去每只電能表的線損電量，即為該智能電能表在此負載下的電量走字。將每只智能電能表的電量走字和安裝式標準電能表尾表電量走字進行比對即可得該表的電量走字誤差。

以一臺工作電流約為5 A的電油汀負載為例，測量圖1中1號智能電能表的誤差。作為頭表A的安裝式標準電能表測得的功率為Pt=1 160.69 W，作為尾表F的安裝式標準電能表測得的功率Pw=1 102.57 W，除頭表外所有電能表自身功耗之和Pz=46.095 7 W，那么31只表之間30組線材的平均線損功率Pg為 0.400 81 W。

Pg=(Pt-Pw-Pz)/30

(1)

已知A、B號安裝式標準電能表的自身功耗分別為PzA、PzB。電能表1號到5號的自身功耗分別為Pz1、Pz2、Pz3、Pz4、Pz5。那么用A號安裝式標準電能表來測試1號智能電能表的誤差時，可以在A號安裝式標準電能表內置入減去修正功耗Ps=Pz1+Pg來準確測試1號智能電能表的誤差。同樣的用B號安裝式標準電能表來測試1號智能電能表的誤差時，可以在B號安裝式標準電能表內置入加上修正功耗Ps=Pz2+Pz3+Pz4+Pz5+PzB+Pg×5 來準確測試1號智能電能表的誤差。取A號、B號安裝式標準電能表測得誤差的平均值即為該負載點1號智能電能表的基本誤差。

還以上述負載為例，現在要測量圖1中1號智能電能表的8小時連續電量走字誤差。先將智能電能表通電，打開RS-485通信用軟件抄錄所有電能表的電量，然后給負載加電。保持負載不變連續通電8小時后給負載斷電，負載斷電后再停止RS-485數據的抄錄。定義RS-485抄錄尾表F號安裝式標準電能表的開始電能為WFk，結束電能為WFs，1號智能電能表開始電量為W1k，結束電量為W1s，負載累計運行時長為T。那么負載的實際電能走字ΔW=WFs-WFk，1號電能表的線路損耗電量為1號智能電能電能表到負載之間所有電表自身功耗之和Pz加上線路損耗之和Pg與時間T的乘積。所以1號智能電能表減損后的電能ΔW1即為：

ΔW1=W1k-W1s-(Pz+Pg)×T

(2)

電能誤差為:

r1=(W1-ΔW)/ΔW100%

(3)

基本誤差為：

r2=(Tl-To)/To100%

(4)

式中：To為標準電能表換算脈沖周期，單位為s；Tl為標準電能表換算脈沖周期，單位為s。

通過上述方案在35℃室溫條件下對25只智能電能表在不同負載條件下的基本誤差(r2)和電量誤差(r1)分別進行了測試，測試誤差數據如表1所示。

從表1的數據可以看出，每個廠家的智能電能表在同一負載條件下基本誤差均在合格范圍內，同一廠家所有5只電能表的誤差線性基本一致，同一負載的電量誤差和基本誤差基本一致。但也可以明顯看出5個廠家的智能電能表在同一負載點的基本誤差也存在較大偏差。這可能是每個生產廠家標準源之間有差異導致的，也可能是因為不同廠家硬件差異、溫度影響偏差不一致，導致參比條件下誤差和在線使用時誤差存在較大的差異，可以通過進一步測試進行驗證分析。

表1 不同負載測試數據

為了減小線損影響和進一步驗證上述方法對智能電能表測試的準確性，從上述25只智能電能表中每個廠家挑出1只誤差差異較大的典型。在同一測試環境下，將2只安裝式標準電能表設置為脫鉤模式，在此模式下安裝式標準電能表的電壓和電流是隔離的，電壓電流的接線方式和標準表一樣。按照圖2的接線方式進行連接，此時2只安裝式標準電能表和智能電能表處于等電位的同一電流回路中，在負載運行中沒有線損影響。

圖2 接線示意圖2

可以通過2只安裝式標準電能表同時對1只智能電能表在不同負載條件下的誤差進行測試，同時可以通過安裝式標準電能表的電量比對功能，在同一負載條件下設定時長自動進行智能電能表電量走字誤差測試。使用這2只安裝式標準電能表按照這個方法，分別對5只智能電能表在模擬用戶測試中相同的負載條件下的基本誤差(r21)和電量誤差(r11)進行檢測。通過RS-485通信軟件抄錄所有被測電能表的基本誤差和電量誤差,數據如表2所示。

表2 模擬用戶測試數據

將表2和表1的同一塊電能表的相同負載下的基本誤差和電量誤差數據進行對比。

電量誤差對比誤差為：

r3=r11-r1

(5)

基本誤差對比誤差為：

r4=r21-r2

(6)

具體數據如表3所示。

表3 對比數據1

從表2和表3的數據中可以看出同一只表在兩種測試方法中的基本誤差和電量誤差基本一致，再次驗證了模擬用戶測試試驗數據的可靠性。

3 檢定裝置參比條件測試

上述兩種方法測試結束后將所有智能電能表帶回實驗室，在參比條件下用0.02級ST9001型三相電能表檢定裝置調整輸出上述測試中用戶實際負載點的電壓電流，對各個負載點參比條件下的基本誤差(r22)和電量誤差(r12)進行測試，測試結果如表4所示。

表4 實驗室測試數據

將表4的測試數據和表1的測試數據進行比對實負載和裝置測試電量誤差對比誤差為：

r5=r12-r1

(7)

實負載和裝置測試基本誤差對比誤差為：

r6=r22-r2

(8)

其體數據如表5所示。

表5 對比數據2

從表4的測試結果可以看出25只智能電能表在所有模擬負載點的基本誤差和電量走字誤差均在合格范圍內。同一負載點的電量走字誤差和基本誤差保持一致，并且不同廠家的智能電能表之間在同一負載點之間差異相對較小。從表5的數據對比可以看出Ⅰ、Ⅲ兩個廠家的智能電能表在所有負載點參比條件測試誤差和實際負載測試誤差之間差異比較大。特別是Ⅰ號廠家的2號智能電能表在參比條件下和實際負載測試的基本誤差、電量走字誤差均在合格范圍內。按照國家標準GB/T 17215.311-2008中關于2級智能電能表環境溫度影響量的參考標準，環境溫度變化1℃基本誤差改變量不應超過0.1%。按照這個標準參比條件和模擬用戶測試條件環境溫度變差大約15 ℃，其對誤差的影響最大不應超過1.5%。Ⅰ號廠家的2號智能電能表參比條件和模擬用戶測試的基本誤差改變量已經超出了國標的允許范圍，屬于不合格品。

4 溫度影響測試

為了進一步驗證上述實驗中Ⅰ號廠家的2號智能電能表溫度影響不合格的問題，將該智能電能表和合格的Ⅰ號廠家的3號智能電能表同時放入高低溫試驗箱，分別在10 ℃、20 ℃、40 ℃對兩只表的上述實驗的三個負載點基本誤差(r23)進行測試，不同溫度基本誤差和20 ℃誤差差值用r7表示。

(9)

測試結果如表6所示。

表6 溫度影響測試數據

以上高低溫測試結果再次驗證了Ⅰ號廠家的2號智能電能表按照國家標準GB/T17215.311-2008的要求是不合格的。

5 結論分析

通過上述測試可以看出，無論是模擬用戶測試還是參比條件測試智能電能表的基本誤差值和電量走字誤差均保持一致，充分說明智能電能表的基本誤差是可以反映走字誤差情況的。但有部分智能電能表存在用戶實際使用中的誤差和參比條件下測得的誤差差異較大的情況。并且出現有智能電能表基本誤差合格，但溫度影響變差超過國標允許范圍的情況。由于采用的智能電能表樣本數量及品牌類型有限，雖然最終的測試基本誤差均在合格范圍內，但不能保證大批量用戶使用的情況下不會出現出廠誤差合格的表在實際負載中誤差超差的問題。所以電力部門和生產廠家有必要進行更多的現場使用中的抽樣測試和數據分析，減小實際負載條件下電能表出現不合格的可能。

6 結束語

通過上述試驗方法的數據分析，表明采用單相安裝式標準電能表對實際使用中的智能電能表進行檢測的方法可以通過多只串聯批量測試，也可以方便地掛在用戶現場，作為現場負載條件下智能電能表基本誤差和長期電量走字誤差測試的一種方法。對不同廠家智能電能表現場運行情況進行長期監測，彌補現場校驗儀鉗表受環境因素影響大、不能長期掛網的不足。目前已利用該方法在重慶市部分居民區對用電異常和有爭議的用戶進行掛網監測，均取得良好的監測效果。