中德智能量測體系比較分析

段曉萌 姜洪浪 王曉東 陳方方

摘要：中國和德國在交流電測量領域有著廣泛的交流與聯系，兩國逐漸發(fā)展出了一套適合各自國情的智能量測體系。文中以交流電能表為例，分別站在中德雙方角度，闡述了各自在標準、管理等環(huán)節(jié)的執(zhí)行方法及特點。

關鍵詞：中國 德國 智能量測體系 交流電能表

Compare and Analyze of Smart Metering System Between China and German

Duan Xiaomeng， Jiang Honglang， Wang Xiaodong， Chen Fangfang

（ China Electricity Power Research Institute）

Abstract： There is deep cooperation and relationship between China and German in the research area of AC measurement， both of them develop a Smart Metering System based on their situation. Use the electricity meter， for example， introduce the methods and features in standardization， management by both sides of China and German.

Key words： China， German， Smart Metering System， AC electricity energy meter

0引言

1979年，中國與德國共同簽署了《中德計量技術合作協議》，在過去的40余年中，中國受到了很多來自德國的幫助與支持，并且雙方也在不同的計量領域中保持了十分密切的合作與交流，取得了非常豐碩的成果。其中，我國的標準電能計量基準，就是在得到了德方的儀器資助后建立的。電能計量是保證電力用戶及電力公司之間電力交易公平、公正、公開的重要手段，電能表是承擔法制電能計量功能的重要載體，完善的計量體系能夠確保將電能計量基準準確地傳遞至每一只電能表上。

在貿易越來越自由化的當今社會，為了減少企業(yè)關稅成本，計量標準的國際比對與互認顯得越發(fā)重要，在中德計量建交之后的幾十年間，我國不斷派遣電能計量領域科研工作者赴德交流。中國電力科學研究院計量研究所作為國網公司的電能計量標準制定單位以及我國高電壓計量基準單位，曾先后多次指派青年骨干赴德學習，德方專家也多次來中國電力科學研究院計量研究所進行學術訪問，更加加速推進了兩國的計量國際化進程。雙方電能計量技術協同發(fā)展，逐步形成具備各自風格特點的電能計量體系，衍生出了一系列符合各自特色的計量設備。為了更好地了解雙方當前的電能計量發(fā)展進程，本文以電能表為例，從標準、管理、技術上介紹中德智能量測體系及具體應用方法的差異。

1 標準體系差異

1.1 OIML

國際法制計量組織（OIML）是一個國際間的政府組織，其建立的目的是為了能夠消除其成員國家之間的法制計量差異與壁壘的。OIML的主要出版物是國際建議（OIML R），是確定計量器具的計量特性要求、規(guī)定測量方法的典型規(guī)程。國際建議是由各成員國共同編制的，因此各成員國應盡可能地履行國際建議。OIML頒布的R46-2012 《Active electricity energy meters》是現行的電能表國際建議，向其成員國提出有關電能法制計量的建議，我國和德國均是OIML的成員國，有義務遵照國際建議制定自身的計量體系。

1.2IEC

國際電工委員會（IEC）是非政府性質的國際電工標準化機構，其發(fā)布的標準是基于成員國共同編制的，具備很強的國際通用性，因此很多國家直接等同采用IEC標準作為國家標準使用，用于指導產品的生產、檢驗等過程?，F行的電能表相關IEC標準是IEC 62051～62059《Electricity metering equipment》系列標準。IEC和OIML兩者間沒有必然聯系，但是為了避免技術要求上的矛盾，OIML與IEC兩大組織之間也簽訂了合作備忘錄，使得生產企業(yè)或檢測機構可以同時使用OIML和IEC標準。

1.3各國落地實施方法

電能計量標準的傳遞是依靠電能計量基準對低等級計量裝置及檢測設備的定期檢定來實現的，各個國家均保存著各自的電能計量基準，我國的電能計量基準保存在中國計量科學研究院（簡稱NIM），德國的電能計量基準保存在聯邦物理研究院（簡稱PTB）。電能表作為法定計量器具，從出廠時的型式試驗到批量運行前的檢定，有一套完整的法律法規(guī)和標準體系支撐。原則上，作為OIML的成員國，我國和德國均應當遵循R46要求制定相應的型式評價大綱及檢定規(guī)程，然而事實上由于R46的更新速度滯后于國際電能計量的發(fā)展速度，各國均發(fā)展出了適合自身國情的標準體系。

我國現行的《中華人民共和國計量法》要求電能表必須通過型式評價后方可投入批量生產，型式評價所依據的標準被稱為型式評價大綱，2019年以前，我國的型式評價大綱是依據IEC體系轉化過來的，其技術指標及要求均以IEC要求為基礎。德國屬于歐盟，歐盟法律要求電能表如在歐洲市場投運，必須通過計量器具指令集（Measuring Instrument Directive， MID）的認證，MID所執(zhí)行的標準是歐盟標準，其部分技術指標也是參考IEC所制定的。

在我國，型式評價大綱已完成了最新一版的修訂工作，并于2019年發(fā)布，本次修訂是完全基于R46要求開展的，因此，未來我國出具的型式評價報告將逐步具有國際互認性。在德國，當企業(yè)需要進行R46認證時，認證機構也會基于MID認證證書增加R46差異化試驗項目，來確保其測試報告的國際互認性。

2管理體系差異

2.1概述

對電能表這樣數量規(guī)模龐大，分布地域廣闊的法制計量器具進行管理是一個比較重大的挑戰(zhàn)，離不開政策、法規(guī)、標準及管理辦法的引導和支撐。在電能表的生產、檢測、采購、檢定、運行這一全生命周期中，兩國均發(fā)展出了一套完善的體系，并通過法律法規(guī)明確了所必須要求執(zhí)行的標準，表1列出了在電能表全生命周期中兩國分別應用的標準。

2.2認證階段

認證階段是對電能表的設計原理及法制計量功能進行評價，兩國對于電能表的認證流程基本一致，主要區(qū)別在于認證方法上。

2.2.1我國電能表型式評價

在我國，電能表認證階段需要對電能表進行型式評價，需要在具備型式評價資質的機構進行全方位的檢測，檢測合格后將頒發(fā)型式批準證書（CPA證書）。型式評價機構依據型式評價大綱，通過對電能表生產企業(yè)提供的文檔資料和樣機進行核查，并出具報告，確保該產品能夠滿足所有的法制計量要求。

2.2.2德國電能表型式試驗

在歐盟內部，各個國家通過遵循計量器具指令集（MID 2014/32/EU）來確保計量產品能夠在整個歐盟市場內流通，因此德國在進行電能表型式試驗時遵循MID中Module B要求。當新型式的電能表生產出來之后，生產企業(yè)將樣表送至有資質的機構進行型式試驗。試驗機構查看電能表的設計技術文檔，并檢查電能表是否能夠完全滿足技術要求，所依據的標準是EN 50470：2006，該標準是參考IEC 62052制定出來的，但是僅包含有功電能計量部分。

2.3驗收階段

電能表在經過認證之后即可投入生產，并最終參與電力公司的公開招標，電力公司作為電能表的產權擁有單位有權利及義務對電能表進行驗收，確保能夠滿足應用需求。在驗收階段，中德兩國的國情導致了在管理上有部分差異。

2.3.1我國電能表檢定及驗收

《中華人民共和國計量法》規(guī)定，必須依據檢定規(guī)程進行檢定，我國現行的電能表檢定規(guī)程是JJG 596—2012《電子式交流電能表檢定規(guī)程》，規(guī)程中要求貿易結算用的電能表作為法制計量器具，必須逐只進行強制檢定。我國的電力公司主要由國家電網有限公司、中國南方電網有限責任公司、內蒙古電力有限責任公司以及一些地方電力公司組成，各個電力公司負責采購、檢定、安裝、運維自己轄區(qū)內部的電能表。我國電能表數量龐大，全檢一般是在市場監(jiān)督管理局的授權及監(jiān)督下，由電力公司的計量中心開展檢定。以國家電網為例，目前在運的電能表有5.1億只以上，每年新裝或輪換的電能表大概占10%左右，各省計量中心利用自動化檢定流水線嚴格按照檢定規(guī)程要求逐只對電能表開展檢定，檢定并且驗收合格后才具備將電能表安裝至現場的條件。

2.3.2德國電能表兩種驗收模式

德國電能計量主要遵循兩部法律法規(guī)：MessEG和MessEV，其完整的規(guī)范了認證機構、生產企業(yè)應遵守的一些規(guī)定，明確了電能表作為計量器具應當受到法制化管理。并且規(guī)定了電能表在投放至市場之前應當完成MID的Module B+D或者Module B+F試驗，Module B是型式試驗，Module D和Module F是可選的兩種驗收模式。Module D是基于生產過程質量保證的型式符合性驗證，即生產商具備成套的試驗測試能力，如果該套測試方法及系統(tǒng)通過了認證機構的評估并獲得了認證，則允許該廠家在生產過程中直接對每只電能表開展測試，無需再進行額外的測試即可驗收。Module F是基于產品驗證的型式符合性驗證，即在有資質的試驗檢測機構，依據IEC 62058開展全量或者抽樣的測試，并依據標準判斷該生產批次是否合格，是否能夠通過驗收。

2.4運行階段

無論是感應式電能表還是電子式電能表，其內部的關鍵器件都會隨著使用壽命的增長或環(huán)境條件的改變而老化，嚴重時可能會產生故障，導致計量失準。然而，對安裝在現場的電能表“一刀切”式的檢查或者輪換將會耗費大量的人力及物力。因此，如何能夠快速且高效地發(fā)現運行故障的電能表是中德兩國一直以來的研究重點，兩國均發(fā)展出了一套適合自己國情的方法。

2.4.1 我國利用大數據技術在線監(jiān)測

我國幅員遼闊，如何管理數量及規(guī)模如此龐大的電能表是一個重大難題。按照檢定規(guī)程要求，電能表的檢定周期一般為6～8年，到達檢定周期后必須全部拆回進行周期檢定。同時，在檢定周期之內，還需要定期開展抽樣檢測，確保在運電能表計量功能的準確可靠。

借著互聯網技術飛速發(fā)展的紅利，我國電力公司作為智能電能表的管理者也研究出了一些能夠監(jiān)測智能電能表運行狀態(tài)的新方法。以國家電網公司為例，其轄區(qū)內已基本實現智能電能表的全覆蓋安裝，建立的用電信息采集系統(tǒng)收集電能表的用電數據，挖掘數據價值，利用大數據算法，精準分析在運電能表的運行狀態(tài)，實現設備異常的在線監(jiān)測，能夠及時處理故障或異常。

2.4.2德國抽檢延長輪換周期

MessEV中規(guī)定了德國電能表的檢定周期，感應式的電能表的檢定周期為16年，電子式的電能表的檢定周期為8年。由于德國目前還沒有鋪開推廣建設智能量測系統(tǒng)，因此尚未實現電能表狀態(tài)的在線監(jiān)測，但是經過幾十年的研究，德國也發(fā)展出了一種通過抽樣檢測來判斷在運電能表狀態(tài)，并適當延長輪換周期的方法。該方法是對到達輪換周期的在運同一批次電能表開展抽樣檢測，抽樣方法及依據參考IEC 62058，如果合格則允許繼續(xù)使用，以后每年繼續(xù)抽樣5%，確保在運電能表的整體質量能夠符合應用要求。

3總結

本文分別從標準、管理的角度介紹了中德電能計量體系。中德兩國均在法制計量的基礎上發(fā)展出了一套適合自身國情的智能量測體系，兩國均具備成套的法律法規(guī)，認證機構以及管理體系。