智能電能表誤差分析及控制措施

肖華輝

摘??要：智能電能表可以監測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，從多個方面分析了智能電能表的誤差來源，然后采用科學的誤差試驗方法，總結出了控制電能表誤差和一致性誤差的有效方法。

關鍵詞：智能電能表;誤差來源;電壓采樣電路;負載電流

中圖分類號：TM933.4????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.143

1??智能電能表的組成和功能

智能電能表由測量單元、數據處理單元、通信單元等組成，具有電能量計量、數據處理、實時監測、自動控制、信息交互等功能。電能計量誤差是電能表最基本的性能指標。

2??智能電能表的誤差來源

2.1??智能電能表功耗不影響計量誤差

由于計量電路所用的檢測電流只是外部負載電流，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量的電量內。

2.2??電流采樣電路引起的誤差

要測量幾安培乃至幾十安培的交流電流，必須要將其轉變為等效的小信號交流電壓，否則無法測量。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，一般采用多個相同工藝和精度的貼片電阻串聯。由于分壓關系，電阻的溫度變化使取樣電壓關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??計量芯片引起的誤差

計量電路采樣輸入的交流電壓和電流交流模擬信號是在計量芯片內與基準源參考電壓比較中實現A/D轉換的，因此，基準源的變化對計量精度的影響極大?；鶞试磪⒖茧妷盒枰銐蚍€定。

2.5??影響量引起的誤差

影響量是相對于參比條件的變化引起的附加百分數誤差。在實際工作中，電能表受各種因素的影響，不可避免地會在工作中產生誤差，電能表工作的電壓、電流情況，所處的電磁環境和溫度差異都會使電能表產生誤差。

2.6??潛動性能影響輕載誤差

運行電流在標定電流的5%～10%之間時，稱之為輕載。對于電能表來說，其潛動與啟動是兩個相互矛盾的性能，當我們強調靈敏度時，必須考慮其抗干擾性能，兩項折中，最后會降低精度，所以誤差是無法避免的。

3??誤差試驗方法

3.1??誤差一致性試驗

在電能表參比電壓、參比電流加載30?min后，對于同一批

次的n個被試樣品，在參比電壓、100%Ib、10%Ib、功率因數1和0.5L處，被試樣品的測量結果與同一測試點n個樣品的平均值的最大差值不應超過一定的限值。被試樣品應使用同一臺多表位校驗裝置同時測試。

3.2??誤差變差試驗

電能表在參比電壓、參比電流加載30?min后，對于同一被試樣品，在參比電壓、Ib、功率因數1和0.5L處，對樣品做第一次測試;在試驗條件不變的條件下間隔5?min后，對樣品做第二次測試。同一測試點處的兩次測試結果的差的絕對值不應超過0.2%.

3.3??負載電流升降變差試驗

電能表在參比電壓、參比電流加載30?min后，按照負載電流從輕載到Imax的順序進行首次誤差測試，并記錄各負載點的誤差。負載電流在Imax點保持2?min后，再按照負載電流從Imax到輕載的順序進行第二次誤差測試，并記錄各負載點誤差。同一只被試樣品在相同負載點處的誤差變化的絕對值不應超過0.25%.測試點的負載電流為0.05Ib、Ib、Imax。

3.4??測量重復性試驗

在參比電壓、參比頻率和參比電流下，對功率因數為1和0.5L兩個負載點分別做不少于5次的相對誤差測量。

4??電能表誤差問題分析

4.1??誤差一致性

誤差一致性要求：同一批次數只被試驗樣品在同一測試點的測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測試的誤差與其他n個樣品誤差平均值的差值（n一般為3～6），即被檢表誤差-n個樣品的誤差平均值≤0.3%，而不是說樣表在該測試點的誤差小于0.3%.

誤差一致性僅對做全性能試驗的樣本有要求，真正批量入庫的時候則沒有誤差一致性要求，除非在招標技術規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：對于同一被試樣品，在相同的測試點，在負荷電流為Ib、功率因數為1和0.5L的負載點進行重復測試，相鄰測試結果間的最大誤差的絕對值不應超過0.2%.

測量的重復性：重復性是指測量裝置在同一工作環境，在被測對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，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之比的百分數來表示。

4.3??案例分析

問題描述：某供應商供貨智能電能表經全檢驗收試驗發現，誤差一致性不合格。

誤差一致性試驗：同一批次數只被試驗樣品在同一測試點的測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過程中的不同電表具有不同特性，需要在生產過程中加以改進。

誤差一致性問題涉及采樣電路元器件、計量芯片等的精度、穩定性和可靠性，電能表生產工藝和調校工藝等。生產中出現誤差的主要原因包括：①當采用以人工為主的加工方式時，生產過程中的人工介入過多，造成產品特性的離散，增加了同樣產品不同個體之間的差異性，難以保證產品性能的高度一致性，同時加大了生產管理的難度;②產品沒有做超聲波清洗和三防工藝處理或處理不到位，出廠檢定時是合格的，電表儲存受潮后，計量芯片和采樣電路元器件性能發生改變，從而導致誤差;③工藝控制不嚴，初校誤差點誤差范圍過大;④復校時內控誤差范圍過大;⑤校驗臺體臺差過大。

5??智能電能表誤差及一致性誤差的控制

5.1??設計過程控制

合理設計計量電路，優選元器件。設計過程對控制一致性誤差是相當重要的。為了保證計量的精確性，降低誤差，我們就必須對信號采樣和信號計量電路提出更高的要求。對于電流、電壓采樣電路，當使用錳銅電阻或電阻網絡進行采樣時，所使用的電阻就必須是高精度、溫度系數低、穩定性高的電阻。對于電能表的核心計量芯片，芯片的選型對電能表的性能至關重要。

5.2??生產過程控制

在生產時，應當盡量使生產流程標準化。在一些流程中使用自動化生產，達到產品的誤差一致性要求。規范工藝流程，利用超聲波清洗時，應注意清洗質量;按規定定期更換清洗液，以免清洗不干凈;規范三防漆噴涂工藝，必須在高溫烘干后涂三防漆，且應噴涂均勻。另外，三防漆的材料很重要，最好采用進口醇酸樹脂材料，防止產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、復表內控誤差，在工藝控制上縮小初校誤差范圍。出廠時，要對誤差進行嚴格測試，復校內控誤差范圍如表2所示。

表2??復校內控誤差范圍

誤差限值

Ib（cosφ=1、0.5L）

0.1Ib（cosφ=1）

±0.2%

±0.3%

5.4??計量標準器具的定期校準/檢定

利用0.02%級標準功率計來校正工廠生產中使用的0.05%級電能表校驗儀，避免電能表校驗儀的臺差影響，進一步加強對測量不確定度的研究，探究電能表設計和生產過程中產生誤差的原因，并有針對性地進行改進。

6??結束語

綜上所述，智能電能表的使用越來越廣泛，它對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約電能。我們要清楚智能電能表的構造和功能，找到誤差的來源，通過試驗分析誤差。只有這樣，才能做好誤差控制工作，創造更多的經濟和社會效益。

參考文獻

[1]段秋云，張濤.智能電能表的誤差發生原因分析及防范措施[J].中國電子商務，2014（14）.

[2]鄧金艷.電子式電能表誤差分析與處理[J].科技與企業，2013（05）.

〔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