吳劍芳，黃恒孜，李亦龍，鄒成伍，肖 濤

（國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

電能表作為電能計量的主要器具，其準確度是每個用戶極為關注的問題，現行電子式電能表主要包括有功電能表、無功電能表、多費率電能表、多功能電能表、最大需量電能表和標準電能表[1－2]。其中，標準電能表一般作為電能表檢定裝置的主標準器，在整個電能計量量值傳遞及溯源體系中具有舉足輕重的作用。標準電能表是電能計量體系中量值溯源和量值傳遞的中間媒介[3－4]，主要具有測量準確度高、功能強、測量范圍廣等特點。由于其準確度高這一特點，對標準電能表的檢定裝置就提出了比較高的要求。另外，在OMIL（國際法制計量組織）技術委員會組織起草的電能表國際建議IR46中取消了基本電流Ib與額定電流In的定義，取而代之的是最大電流Imax、最小電流Imin、過渡電流Itr和起動電流Ist，將電能表等級重新劃分為A，B，C，D，以4個電流劃分電能表的最大允許誤差，并明確要求對0.2S級的3×0.3（1.2）A電能表在3 mA時的電能準確度進行檢定。與現行標準相比，有關小電流輸出的要求更為嚴格。實驗數據發現，在相同條件下，同一測量人員使用相同等級的裝置對同一標準表進行測量，覆蓋電流范圍0.005～100 A，當電流小于10 mA時，某些裝置的測量準確度較低。

從三相電能表檢定裝置在小電流工況下的情況著手，采用德國ZERA公司MTS320穩定源，配置1臺0.01級COM3003標準電能表構成1套三相電能表檢定裝置，選擇合適的測量方法與現有2套國內同等級不同廠家生產的檢定裝置（裝置A，裝置B）進行對比分析，通過實際數據說明MTS320檢定裝置的應用效果，證明該裝置的準確性與實用性。

1 測量方法

三相標準電能表的檢定常通過標準表法來實現。以標準電能表作為裝置主標準器，同時用于其輸出電壓、電流、頻率的監視和反饋。將標準表與被檢表同時測定的電能值進行比較，從而確定被檢表的相對誤差[4－5]。其原理如圖1所示。

圖1 標準表法原理框

數學模型：

式中：γ為被檢表相對誤差；W為被檢電能表輸出電能值；W0為標準電能表輸出電能值。

2 實例分析

以1只具有良好穩定性，準確度等級為0.01級的三相標準電能表作為被試品，分別用現有的三相電能表檢定裝置（裝置A，裝置B）及MTS320對該被試品進行測試，著重考察小電流（10 mA及以下）工況下，將同一塊標準表的誤差測試數據與該標準表送上級機構的量傳數據進行比較分析，數據如表1所示。

表1中，MTS320的測試數據與上級機構差值較小。裝置A和裝置B的測試數據，尤其是在功率因數不為1.0時，相差較大。以三相不平衡負載220 V，5 mA，功率因數為0.5C時為例，此時裝置A的測試值與上級機構量傳值相差0.021，裝置B相差0.043，差值較大。

表1 小電流工況下測試數據

經研究發現，裝置A與MTS320在小電流工況下，都是由裝置直接輸出穩定的小電流給被試品，而裝置B則是輸出5 A電流然后經分流器轉換為相應小電流輸出到被試品，因此分流器又會產生額外的附加誤差。

但裝置A雖然能直接輸出較穩定的小電流，沒有分流器產生的附加誤差，在小電流時的誤差測試值與上級機構的量傳值也比裝置B稍小，但其對被試品進行小電流測試時，采樣速度慢，測試時間大約是MTS320的4倍。

計量標準的重復性是指在相同測量條件下，重復測同一個被測量，提供相近示值的能力，通常用測量結果的分散性來定量地表示，即用單次測量的實驗標準差s（yi）來表示。用上級機構1臺0.01級的RD－33三相標準功率電能表對3臺裝置在三相平衡負載小電流下進行量傳，如表2所示，其中s是指測量結果的實驗標準差。

對比3組數據，在小電流工況下，裝置A和裝置B的實驗標準差都較MTS320大，尤其裝置B的實驗標準差較大。其中，裝置B在三相平衡負載220 V，5 mA，功率因數為1.0時，實驗標準差為0.004 24%，而MTS320在這點的實驗標準差僅為0.000 06%，根據重復性的定義，說明MTS320在相同測量條件下，重復測量同一個被測量，提供相近示值的能力比另外2臺裝置要好。

裝置A和裝置B在小電流時，由于采樣準確度不夠，再加上自身結構的問題，測得的誤差值變化較大，實驗標準差較大。以裝置B在220 V，0.005 A，功率因數為1.0，平衡負載時為例，測定的10次誤差值中誤差最大值為+0.006 7%，最小值為－0.006 8%，誤差算術平均值為－0.001 1%，修約后誤差值為－0.001%，并不能反映被試品誤差的真實情況。

前文已經提到，小電流時裝置B是通過分流器轉換，而裝置A和MTS320是向被試品直接輸出穩定的5 mA電流。其中，輸出功率穩定度是電能表檢定裝置的重要技術指標之一[6－7]，為了對裝置的功率輸出進行分析，以下對小電流下裝置的輸出功率穩定度進行評定。

3 輸出功率穩定度評定

采用簡易峰—峰值評定法[8]對裝置進行輸出功率穩定度評定。研究表明，在時限T內的平均功率為：

表2 小電流工況下上級機構對3臺裝置的量傳值

式中：Pmax為在觀測時限內功率最大值；Pmin為觀測時限內功率最小值。功率的最大變化范圍ΔP=（Pmax－Pmin）， 由此推導出功率穩定度 rp為：

在進行功率穩定度的測定時，每隔1～1.5 s采集1次數據，因此在2 min內至少能得到80個數據，并且要求的功率變化程度通常要小于0.5%。因此，最初調定的功率也就是首次功率讀數為：

所以：

在規定的參比條件下，對3臺裝置分別施加3×220 V，3×5 A，PF=1.0的電壓電流，進行不少于2 h的預熱后，再給裝置施加3×220 V，3×5 mA，PF=1.0的電壓電流，用1臺精度為0.01級的RD－33三相標準功率電能表每隔1 s采集1次數據，共采集100個數據，然后用簡易峰—峰值的方法對裝置進行功率穩定度評定。圖2所示為數據的輸出功率散點。

圖2 輸出功率散點

將數據代入公式（5），通過計算，得到裝置A在小電流時的輸出功率穩定度為0.017 2%，裝置B為0.011 2%，MTS320為0.0010%。裝置A和裝置B的輸出功率穩定度與MTS320相差整整一個數量級。由此可見，當采用小電流輸出時，裝置A和裝置B的輸出功率穩定度明顯劣于MTS320，這也導致了在日常檢定工作中，采用小電流輸出時，出現誤差變化范圍大，裝置重復性大，輸出結果準確度低的情況。

4 結語

通過對3臺裝置在小電流工況下對標準表的檢定以及采用簡易峰—峰值評定法對輸出功率穩定度進行評定，發現MTS320在小電流工況下，能準確測試出被試品的基本誤差，更能適應IR46電能表國際建議的要求?，F有國內網省級標準主流配置是進口標準表與國產功率源的組合，但由于國產功率源在小電流下，輸出功率穩定度較差，測量重復性較大，不能滿足量值傳遞的需要，應進一步提升。計量是科技、工業、經濟發展的重要技術基礎之一，而標準表作為居民用電能表檢定的標準器，標準表檢定的準確度更是值得關注[9－10]。新裝置的投用，對標準表的檢定、準確度修正，尤其是小電流下的檢定，有更好的保障。

參考文獻：

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