譚迪江
摘 要:主要分析了智能電能表的誤差,闡述了智能電能表的組成和功能,并提出了一系列有效的處理控制措施,以期為相關(guān)單位提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:智能電能表;誤差分析;數(shù)據(jù)處理單元;通信單元
中圖分類號(hào):TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.105
所謂“智能電能表”,是指由測(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、信息交互等功能的電能表。但智能電能表在測(cè)量中存在一定的誤差,因此,需要相關(guān)工作人員采取相應(yīng)處理控制措施,從而保障測(cè)量的準(zhǔn)確性。
1 智能電能表測(cè)量誤差的來(lái)源
1.1 自身功耗不包含在計(jì)量范圍內(nèi)
由于計(jì)量電路所取的檢測(cè)電流僅為外部負(fù)載電流,不包含智能電能表的工作電源,所以,其本身的功耗不包含在計(jì)量范圍內(nèi)。
1.2 電流采樣電路引起的誤差
要想測(cè)量幾安培乃至幾十安培的交流電流,就要將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男⌒盘?hào)交流電壓或電流,否則無(wú)法測(cè)量。而在直接接入電子式電能表時(shí),一般采用錳銅分流片或經(jīng)互感器接入。如果以錳銅片作為分流電阻RS,則大電流i(t)流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的成正比的微弱電壓Ui(t),其表達(dá)式為:
Ui(t)=i(t)R. (1)
錳銅分流器與普通電流互感器相比,具有線性好、溫度系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。錳銅分流器A選用的F2錳銅片的厚度為2 mm,取樣電阻Rs=175 μΩ。當(dāng)基本電流為5 A時(shí),1與2之間的取樣信號(hào)Ui=0.875 mV。
1.3 電壓采樣電路引起的誤差
與被測(cè)電流相同,100 V或220 V的被測(cè)電壓必須經(jīng)分壓器或電壓互感器轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男‰妷盒盘?hào)后,方可送入乘法器。電子式電能表內(nèi)使用的分壓器一般為電阻網(wǎng)絡(luò)或電壓互感器。采用電阻網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是線性好、成本低,缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
在電壓采樣中采用電阻分壓時(shí),應(yīng)考慮電阻的功耗和耐壓性,一般采用多個(gè)工藝、精度相同的貼片電阻串聯(lián)。由于分壓的關(guān)系,電阻的溫度變化在取樣電壓關(guān)系式中的分子與分母會(huì)相互抵消。因此,可采用低成本的精度為1%的電阻。
1.4 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)源參考電壓比較后實(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。由此可見(jiàn),基準(zhǔn)源的參考電壓必須穩(wěn)定。
銳能微單相計(jì)量芯片RN8209的有功/無(wú)功電能誤差在1 500∶1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為0.1%,內(nèi)置(2.5±3%)V的參考電壓,溫度系數(shù)的典型值為25 ppm/℃。
1.5 影響量引起的誤差
影響量引起的誤差是指相對(duì)于參比條件的變化產(chǎn)生的附加百分?jǐn)?shù)誤差。在實(shí)際工作中,電能表會(huì)受各種因素的影響,進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)量誤差。比如,電能表中電壓、電流的變化會(huì)使采樣電路的功耗和溫度發(fā)生變化,進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)量誤差;電能表中電壓、電流的諧波會(huì)隨著采樣電路的頻率特性而變化,進(jìn)而產(chǎn)生誤差;在電流的采樣中,必然會(huì)有電流通過(guò),電流會(huì)使電能表內(nèi)部的溫度發(fā)生變化,而溫度的變化又會(huì)導(dǎo)致電流和電壓發(fā)生變化,進(jìn)而產(chǎn)生誤差。
2 誤差試驗(yàn)方法
2.1 誤差的一致性試驗(yàn)
對(duì)于同一測(cè)試點(diǎn)的n個(gè)被測(cè)樣品,在參比電壓、參比電流加載30 min后,100%Ib、10%Ib、功率因數(shù)為1和0.5L時(shí)的測(cè)量結(jié)果的最大差值不應(yīng)超過(guò)表1中的限值,具體如表1所示。此外,被測(cè)樣品應(yīng)使用同一臺(tái)多表位校驗(yàn)裝置同時(shí)測(cè)試。
2.2 誤差變差試驗(yàn)
對(duì)于同一測(cè)試點(diǎn)的n個(gè)被測(cè)樣品,在參比電壓、參比電流加載30 min后,參比電壓和Ib確定、功率因數(shù)為1和0.5L時(shí)進(jìn)行第一次測(cè)試;在試驗(yàn)條件不變的情況下,間隔5 min后對(duì)樣品進(jìn)行第二次測(cè)試。值得注意的是,同一測(cè)試點(diǎn)處的兩次測(cè)試結(jié)果的差值不應(yīng)超過(guò)0.2%.
2.3 負(fù)載電流升降變差試驗(yàn)
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)行第一次誤差測(cè)試,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,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,記錄各負(fù)載點(diǎn)的誤差。值得注意的是,同一被測(cè)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(guò)0.25%(測(cè)試點(diǎn)的負(fù)載電流為0.05Ib,Ib和Imax)。
2.4 測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)
在參比電壓、參比頻率和參比電流確定的情況下,對(duì)功率因數(shù)為1和0.5L的負(fù)載點(diǎn)分別進(jìn)行≥5次的相對(duì)誤差測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值不應(yīng)超過(guò)表2中的限值。
2.5 影響量試驗(yàn)
影響量引起的誤差的控制應(yīng)參照《國(guó)家電網(wǎng)公司智能電能表系列標(biāo)準(zhǔn)宣貫材料》。
3 電能表誤差問(wèn)題分析
3.1 誤差一致性要求
同一批次的被測(cè)樣品在同一測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試誤差與誤差平均值的偏差不能超過(guò)某一限定值。比如,按國(guó)標(biāo)要求,同一批次電能表出廠時(shí)Ib1.0的誤差應(yīng)<±0.6%,一致性誤差的極限應(yīng)為±0.3%.
誤差一致性要求是指某個(gè)被測(cè)樣品在測(cè)試時(shí)的誤差與其他n個(gè)被測(cè)樣品的誤差平均值的差值,即某個(gè)被測(cè)樣品的誤差-n個(gè)被測(cè)樣品的誤差平均值≤0.3%,而不是某個(gè)被測(cè)樣品的測(cè)量誤差<0.3%.
3.2 誤差變差要求
對(duì)于同一批次、在同一測(cè)試點(diǎn)測(cè)試的被測(cè)樣品,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)試時(shí),相鄰測(cè)試結(jié)果間的最大誤差變化的絕對(duì)值不應(yīng)>0.2%.
變差也稱回差、遲滯誤差,是指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(逐漸由小到大和逐漸由大到?。y(cè)量后得到的兩示值之差。此外,儀表檢驗(yàn)時(shí)所得的上升曲線和下降曲線常出現(xiàn)不重合的現(xiàn)象。
3.3 負(fù)載電流升降變差
對(duì)于電能表基本誤差,應(yīng)按照從小到大、從大到小的順序測(cè)試2次負(fù)載電流,并記錄負(fù)載點(diǎn)的誤差。值得注意的是,在功率因數(shù)為1、負(fù)荷電流在0.05Ib~I(xiàn)max的范圍內(nèi)時(shí),同一被測(cè)樣品在相同負(fù)載點(diǎn)處誤差變化的絕對(duì)值不應(yīng)>0.25%.
4 智能電能表的誤差控制
4.1 設(shè)計(jì)過(guò)程控制
應(yīng)合理設(shè)計(jì)計(jì)量電路,優(yōu)選元器件。為了保證計(jì)量的精確性和減少誤差的產(chǎn)生,相關(guān)工作人員必須有效完善信號(hào)采樣、信號(hào)計(jì)量電路的運(yùn)行等。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),必須采用精度高、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,其選型會(huì)對(duì)電能表的性能造成較大的影響。在計(jì)量芯片的選型中,設(shè)計(jì)人員需要考慮的問(wèn)題為計(jì)量芯片的計(jì)量精度等級(jí)、測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量線性度的誤差在1 500∶1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的誤差<0.1%,且盡量選擇在5 000∶1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差<0.1%的計(jì)量芯片(比如新版的RN8209G和ATT7053B)或在8 000∶1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差<0.1%的計(jì)量芯片(比如RN8209C和RN8209D)。
4.2 生產(chǎn)過(guò)程控制
在生產(chǎn)智能電能表時(shí),相關(guān)廠家應(yīng)盡量使生產(chǎn)流程標(biāo)準(zhǔn)化,并努力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),從而滿足產(chǎn)品誤差一致性的要求;完善工藝流程,開(kāi)展超聲波清洗,并按規(guī)定定期更換清洗液;完善三防漆噴涂工藝,在高溫烘干后涂三防漆,在噴涂過(guò)程中注意保持油漆的厚度均勻,且在三防漆的選材中,應(yīng)盡量采用進(jìn)口醇酸樹(shù)脂材料,以防產(chǎn)品在受潮后失效;完善老化處理工藝,確保出廠產(chǎn)品的計(jì)量性能穩(wěn)定;加強(qiáng)對(duì)電能表生產(chǎn)流程的管理,提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平,從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。
4.3 校表流程控制
應(yīng)采用軟件校表,并統(tǒng)一校表、復(fù)表內(nèi)控誤差標(biāo)準(zhǔn),從而在工藝控制上縮小初校誤差的范圍。此外,在產(chǎn)品出廠時(shí),應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的誤差測(cè)量。復(fù)校內(nèi)控誤差的限值如表3所示。
4.4 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具的定期校準(zhǔn)和檢定
一般采用0.02%級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)功率校正工廠生產(chǎn)中使用的0.05%級(jí)電能表校驗(yàn)儀,以免電能表校驗(yàn)儀受到臺(tái)差的影響。此外,還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)測(cè)量不確定度的研究,探究電能表在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因,并采用有針對(duì)性的改進(jìn)措施。
5 結(jié)束語(yǔ)
智能電能表的運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系著用戶和電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此,保障其計(jì)量的準(zhǔn)確性,避免其受到誤差的影響尤為重要。綜上所述,本文就智能電能表的誤差及處理控制進(jìn)行了分析,以期為相關(guān)單位的需要提供一定的幫助。
參考文獻(xiàn)
[1]肖華輝.智能電能表誤差分析及控制措施[J].科技與創(chuàng)新,2015(01).
[2]鄧金艷.電子式電能表誤差分析與處理[J].科技與企業(yè),2013(05).
〔編輯:張思楠〕