智能電能表誤差分析及控制措施

肖華輝

摘??要：智能電能表可以監(jiān)測(cè)和控制電能的使用情況，分析并控制其誤差問題。闡述了智能電能表的組成和功能，從多個(gè)方面分析了智能電能表的誤差來源，然后采用科學(xué)的誤差試驗(yàn)方法，總結(jié)出了控制電能表誤差和一致性誤差的有效方法。

關(guān)鍵詞：智能電能表;誤差來源;電壓采樣電路;負(fù)載電流

中圖分類號(hào)：TM933.4????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.143

1??智能電能表的組成和功能

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)。

2??智能電能表的誤差來源

2.1??智能電能表功耗不影響計(jì)量誤差

由于計(jì)量電路所用的檢測(cè)電流只是外部負(fù)載電流，并不包含電表工作電源的電流，所以電表本身的功耗不包含在電表計(jì)量的電量?jī)?nèi)。

2.2??電流采樣電路引起的誤差

要測(cè)量幾安培乃至幾十安培的交流電流，必須要將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男⌒盘?hào)交流電壓，否則無法測(cè)量。直接接入式電子式電能表一般采用錳銅分流片。

2.3??電壓采樣電路引起的誤差

電壓采樣采用電阻分壓，考慮到電阻的功耗和耐壓，一般采用多個(gè)相同工藝和精度的貼片電阻串聯(lián)。由于分壓關(guān)系，電阻的溫度變化使取樣電壓關(guān)系式的分子和分母相互抵消，因此，要采用低成本、精度為1%的電阻。

2.4??計(jì)量芯片引起的誤差

計(jì)量電路采樣輸入的交流電壓和電流交流模擬信號(hào)是在計(jì)量芯片內(nèi)與基準(zhǔn)源參考電壓比較中實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的，因此，基準(zhǔn)源的變化對(duì)計(jì)量精度的影響極大?；鶞?zhǔn)源參考電壓需要足夠穩(wěn)定。

2.5??影響量引起的誤差

影響量是相對(duì)于參比條件的變化引起的附加百分?jǐn)?shù)誤差。在實(shí)際工作中，電能表受各種因素的影響，不可避免地會(huì)在工作中產(chǎn)生誤差，電能表工作的電壓、電流情況，所處的電磁環(huán)境和溫度差異都會(huì)使電能表產(chǎn)生誤差。

2.6??潛動(dòng)性能影響輕載誤差

運(yùn)行電流在標(biāo)定電流的5%～10%之間時(shí)，稱之為輕載。對(duì)于電能表來說，其潛動(dòng)與啟動(dòng)是兩個(gè)相互矛盾的性能，當(dāng)我們強(qiáng)調(diào)靈敏度時(shí)，必須考慮其抗干擾性能，兩項(xiàng)折中，最后會(huì)降低精度，所以誤差是無法避免的。

3??誤差試驗(yàn)方法

3.1??誤差一致性試驗(yàn)

在電能表參比電壓、參比電流加載30?min后，對(duì)于同一批

次的n個(gè)被試樣品，在參比電壓、100%Ib、10%Ib、功率因數(shù)1和0.5L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)超過一定的限值。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，對(duì)于同一被試樣品，在參比電壓、Ib、功率因數(shù)1和0.5L處，對(duì)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)處的兩次測(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。

3.4??測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)

在參比電壓、參比頻率和參比電流下，對(duì)功率因數(shù)為1和0.5L兩個(gè)負(fù)載點(diǎn)分別做不少于5次的相對(duì)誤差測(cè)量。

4??電能表誤差問題分析

4.1??誤差一致性

誤差一致性要求：同一批次數(shù)只被試驗(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。

誤差一致性是指被試樣表在某點(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-n個(gè)樣品的誤差平均值≤0.3%，而不是說樣表在該測(cè)試點(diǎn)的誤差小于0.3%.

誤差一致性僅對(duì)做全性能試驗(yàn)的樣本有要求，真正批量入庫的時(shí)候則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?！峨娮邮浇涣麟娔鼙頇z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

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

測(cè)量的重復(fù)性：重復(fù)性是指測(cè)量裝置在同一工作環(huán)境，在被測(cè)對(duì)象參量不變的條件下，輸入量按同一方向做多次（3次以上）全量程變化時(shí)，輸入、輸出特性曲線的一致程度。用輸入、輸出特性曲線間的最大偏差值ΔR與量程yFS之比的百分?jǐn)?shù)來表示。

4.3??案例分析

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。

誤差一致性試驗(yàn)：同一批次數(shù)只被試驗(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表1中的限定值。

表1??誤差一致性限值

誤差限值

Ib（cosφ=1、0.5L）

0.1Ib（cosφ=1）

±0.3%

±0.4%

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)定性和可靠性，電能表生產(chǎn)工藝和調(diào)校工藝等。生產(chǎn)中出現(xiàn)誤差的主要原因包括：①當(dāng)采用以人工為主的加工方式時(shí)，生產(chǎn)過程中的人工介入過多，造成產(chǎn)品特性的離散，增加了同樣產(chǎn)品不同個(gè)體之間的差異性，難以保證產(chǎn)品性能的高度一致性，同時(shí)加大了生產(chǎn)管理的難度;②產(chǎn)品沒有做超聲波清洗和三防工藝處理或處理不到位，出廠檢定時(shí)是合格的，電表儲(chǔ)存受潮后，計(jì)量芯片和采樣電路元器件性能發(fā)生改變，從而導(dǎo)致誤差;③工藝控制不嚴(yán)，初校誤差點(diǎn)誤差范圍過大;④復(fù)校時(shí)內(nèi)控誤差范圍過大;⑤校驗(yàn)臺(tái)體臺(tái)差過大。

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)控制一致性誤差是相當(dāng)重要的。為了保證計(jì)量的精確性，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)進(jìn)行采樣時(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。

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。規(guī)范工藝流程，利用超聲波清洗時(shí)，應(yīng)注意清洗質(zhì)量;按規(guī)定定期更換清洗液，以免清洗不干凈;規(guī)范三防漆噴涂工藝，必須在高溫烘干后涂三防漆，且應(yīng)噴涂均勻。另外，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。

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，在工藝控制上縮小初校誤差范圍。出廠時(shí)，要對(duì)誤差進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，復(fù)校內(nèi)控誤差范圍如表2所示。

表2??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

利用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)過程中產(chǎn)生誤差的原因，并有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)。

6??結(jié)束語

綜上所述，智能電能表的使用越來越廣泛，它對(duì)電能的高效使用有著重要的意義。因此，控制智能電能表的誤差可以有效地節(jié)約電能。我們要清楚智能電能表的構(gòu)造和功能，找到誤差的來源，通過試驗(yàn)分析誤差。只有這樣，才能做好誤差控制工作，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕

Smart?Meter?Error?Analysis?and?Control?Measures

Xiao?Huahui

Abstract：?The?smart?meter?can?monitor?and?control?energy?usage，?analyze?and?control?the?error?problem.?Describes?the?composition?and?function?of?the?smart?meter，?from?multiple?sources?of?error?analyzes?the?smart?meter，?and?then?using?the?scientific?method?error?test，?summed?up?the?effective?ways?to?control?energy?meter?error?and?consistency?errors.

Key?words：?smart?meter;?error?sources;?voltage?sampling?circuit;?the?load?current