智能電能表誤差分析及處理控制

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，以期為相關單位提供參考和借鑒。

關鍵詞：智能電能表；誤差分析；數據處理單元；通信單元

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.105

所謂“智能電能表”，是指由測量單元、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、信息交互等功能的電能表。但智能電能表在測量中存在一定的誤差，因此，需要相關工作人員采取相應處理控制措施，從而保障測量的準確性。

1 智能電能表測量誤差的來源

1.1 自身功耗不包含在計量范圍內

由于計量電路所取的檢測電流僅為外部負載電流，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量范圍內。

1.2 電流采樣電路引起的誤差

要想測量幾安培乃至幾十安培的交流電流，就要將其轉變為等效的小信號交流電壓或電流，否則無法測量。而在直接接入電子式電能表時，一般采用錳銅分流片或經互感器接入。如果以錳銅片作為分流電阻RS，則大電流i（t）流過時會產生相應的成正比的微弱電壓Ui（t），其表達式為：

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、溫度系數小等優點。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。當基本電流為5 A時，1與2之間的取樣信號Ui=0.875 mV。

1.3 電壓采樣電路引起的誤差

與被測電流相同，100 V或220 V的被測電壓必須經分壓器或電壓互感器轉變為等效的小電壓信號后，方可送入乘法器。電子式電能表內使用的分壓器一般為電阻網絡或電壓互感器。采用電阻網絡的最大優點是線性好、成本低，缺點是無法實現電氣隔離。

在電壓采樣中采用電阻分壓時，應考慮電阻的功耗和耐壓性，一般采用多個工藝、精度相同的貼片電阻串聯。由于分壓的關系，電阻的溫度變化在取樣電壓關系式中的分子與分母會相互抵消。因此，可采用低成本的精度為1%的電阻。

1.4 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后實現A/D轉換的，因此基準源的變化對計量精度的影響極大。由此可見，基準源的參考電壓必須穩定。

銳能微單相計量芯片RN8209的有功/無功電能誤差在1 500∶1的動態范圍內為0.1%，內置（2.5±3%）V的參考電壓，溫度系數的典型值為25 ppm/℃。

1.5 影響量引起的誤差

影響量引起的誤差是指相對于參比條件的變化產生的附加百分數誤差。在實際工作中，電能表會受各種因素的影響，進而產生測量誤差。比如，電能表中電壓、電流的變化會使采樣電路的功耗和溫度發生變化，進而產生測量誤差；電能表中電壓、電流的諧波會隨著采樣電路的頻率特性而變化，進而產生誤差；在電流的采樣中，必然會有電流通過，電流會使電能表內部的溫度發生變化，而溫度的變化又會導致電流和電壓發生變化，進而產生誤差。

2 誤差試驗方法

2.1 誤差的一致性試驗

對于同一測試點的n個被測樣品，在參比電壓、參比電流加載30 min后，100%Ib、10%Ib、功率因數為1和0.5L時的測量結果的最大差值不應超過表1中的限值，具體如表1所示。此外，被測樣品應使用同一臺多表位校驗裝置同時測試。

2.2 誤差變差試驗

對于同一測試點的n個被測樣品，在參比電壓、參比電流加載30 min后，參比電壓和Ib確定、功率因數為1和0.5L時進行第一次測試；在試驗條件不變的情況下，間隔5 min后對樣品進行第二次測試。值得注意的是，同一測試點處的兩次測試結果的差值不應超過0.2%.

2.3 負載電流升降變差試驗

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的順序進行第一次誤差測試，記錄各負載點的誤差；負載電流在Imax點保持2 min后，按照負載電流從Imax到輕載的順序進行第二次誤差測試，記錄各負載點的誤差。值得注意的是，同一被測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和Imax）。

2.4 測量重復性試驗

在參比電壓、參比頻率和參比電流確定的情況下，對功率因數為1和0.5L的負載點分別進行≥5次的相對誤差測量。標準偏差估計值不應超過表2中的限值。

2.5 影響量試驗

影響量引起的誤差的控制應參照《國家電網公司智能電能表系列標準宣貫材料》。

3 電能表誤差問題分析

3.1 誤差一致性要求

同一批次的被測樣品在同一測試點的測試誤差與誤差平均值的偏差不能超過某一限定值。比如，按國標要求，同一批次電能表出廠時Ib1.0的誤差應<±0.6%，一致性誤差的極限應為±0.3%.

誤差一致性要求是指某個被測樣品在測試時的誤差與其他n個被測樣品的誤差平均值的差值，即某個被測樣品的誤差-n個被測樣品的誤差平均值≤0.3%，而不是某個被測樣品的測量誤差<0.3%.

3.2 誤差變差要求

對于同一批次、在同一測試點測試的被測樣品，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時，相鄰測試結果間的最大誤差變化的絕對值不應>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，使用同一儀表對某一參數進行正反行程（逐漸由小到大和逐漸由大到小）測量后得到的兩示值之差。此外，儀表檢驗時所得的上升曲線和下降曲線常出現不重合的現象。

3.3 負載電流升降變差

對于電能表基本誤差，應按照從小到大、從大到小的順序測試2次負載電流，并記錄負載點的誤差。值得注意的是，在功率因數為1、負荷電流在0.05Ib～Imax的范圍內時，同一被測樣品在相同負載點處誤差變化的絕對值不應>0.25%.

4 智能電能表的誤差控制

4.1 設計過程控制

應合理設計計量電路，優選元器件。為了保證計量的精確性和減少誤差的產生，相關工作人員必須有效完善信號采樣、信號計量電路的運行等。對于電流、電壓采樣電路，當使用錳銅電阻或電阻網絡采樣時，必須采用精度高、溫度系數低、穩定性高的電阻。對于電能表的核心計量芯片，其選型會對電能表的性能造成較大的影響。在計量芯片的選型中，設計人員需要考慮的問題為計量芯片的計量精度等級、測量范圍內的測量線性度的誤差在1 500∶1的動態范圍內的誤差<0.1%，且盡量選擇在5 000∶1的動態范圍內誤差<0.1%的計量芯片（比如新版的RN8209G和ATT7053B）或在8 000∶1的動態范圍內誤差<0.1%的計量芯片（比如RN8209C和RN8209D）。

4.2 生產過程控制

在生產智能電能表時，相關廠家應盡量使生產流程標準化，并努力實現自動化生產，從而滿足產品誤差一致性的要求；完善工藝流程，開展超聲波清洗，并按規定定期更換清洗液；完善三防漆噴涂工藝，在高溫烘干后涂三防漆，在噴涂過程中注意保持油漆的厚度均勻，且在三防漆的選材中，應盡量采用進口醇酸樹脂材料，以防產品在受潮后失效；完善老化處理工藝，確保出廠產品的計量性能穩定；加強對電能表生產流程的管理，提高自動化生產水平，從而保證產品質量。

4.3 校表流程控制

應采用軟件校表，并統一校表、復表內控誤差標準，從而在工藝控制上縮小初校誤差的范圍。此外，在產品出廠時，應進行嚴格的誤差測量。復校內控誤差的限值如表3所示。

4.4 計量標準器具的定期校準和檢定

一般采用0.02%級的標準功率校正工廠生產中使用的0.05%級電能表校驗儀，以免電能表校驗儀受到臺差的影響。此外，還應進一步加強對測量不確定度的研究，探究電能表在設計和生產過程中產生誤差的原因，并采用有針對性的改進措施。

5 結束語

智能電能表的運行質量直接關系著用戶和電力企業的經濟效益。因此，保障其計量的準確性，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行了分析，以期為相關單位的需要提供一定的幫助。

參考文獻

[1]肖華輝.智能電能表誤差分析及控制措施[J].科技與創新，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，2013（05）.

〔編輯：張思楠〕