智能電表誤差的研究分析

陳嘉亮

摘 要：詳細介紹了智能電能表的組成和功能，并在論述智能電能表誤差來源的基礎上，提出了一系列相應的解決方法，以供參考借鑒。

關鍵詞：智能電能表；計量誤差；一致性誤差；誤差來源

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.090

作為我國當今社會一種必不可少的能源，電能對提高人們生活水平和促進整個社會的發展具有重要意義。而電能表作為所耗費電能的計量工具，直接關系著用戶和電力企業的利益。因此，確保電能表的計量準確性，避免誤差過大十分重要。

1 智能電能表的組成及功能

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。單相智能電能表計量電路如圖1所示。

圖1 單相智能電能表功能框圖

2 智能電能表的誤差來源

計量電路所取的檢測電流僅為外部負載電流，不包含電能表工作電源的電流，所以電能表本身的功耗不包含在電表能計量的電量內。主要誤差來源有電流采樣電路引起的誤差、電壓采樣電路引起的誤差、計量芯片引起的誤差、影響量引起的誤差和潛動性能影響輕載誤差。

3 誤差試驗方法

3.1 誤差一致性試驗

電能表在參比電壓、參比電流加載30 min后，測試同一批次n個被試樣品。在參比電壓、100%Ib、10%Ib、功率因數1和0.5 L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，在參比電壓、Ib、功率因數1和0.5 L處，對同一樣品做第一次測試；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，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。

4 電能表誤差問題分析

4.1 誤差一致性要求

誤差一致性要求指同一批次數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。例如1級電能表，按國標要求，廠家出廠時Ib1.0誤差應小于±0.6%，同一批一致性極限為±0.3%.

誤差一致性是指被試樣電能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），即被檢表誤差減去n個樣品誤差平均值≤0.3%，而不是說樣表在該測試點的誤差小于0.3%.

例如某個生產廠家共生產10 000臺單相1.0級表，作為電力公司，要求誤差一致性極限為±0.3，而廠家生產10 000臺單相表Ib1.0誤差均在-0.2～+0.4內，所以10 000臺的平均誤差為+0.1，取任一臺樣品（Ib1.0誤差為+0.4），0.4-0.1（0.1即為10 000臺表的平均誤差）=0.3，誤差一致性是滿足要求的。而且誤差一致性要求的樣本一般僅僅是在全性能試驗的時候做的，真正批量入庫的時候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 誤差變差要求

誤差變差要求指對同一被試樣品相同的測試點，在負荷電流為Ib、功率因數為1和0.5 L的負載點進行重復測試，相鄰測試結果間的最大誤差變化的絕對值不應超過0.2%.

變差也稱回差或遲滯誤差，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測量，兩示值之差為變差。變差反映了儀表檢驗時所得的上升曲線與下降曲線經常出現的不重合現象。

負載電流升降變差：電能表基本誤差按照負載電流從小到大，然后從大到小的順序進行兩次測試，并記錄負載點誤差；在功率因數為1、負荷電流在0.05Ib～Imax變化范圍內的情況下，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%.

4.3 測量的重復性

重復性是指在測量裝置在同一工作環境，被測對象參量不變的條件下，輸入量按同一方向多次全量程變化時，輸入輸出特性曲線的一致程度。用輸入、輸出特性曲線間最大偏差值ΔR與量程yFS之比的百分數來表示：

. （1）

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。

電能表誤差一致性問題深層次原因分析如下。

誤差一致性試驗：同一批次數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下表限定值。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、穩定度和可靠性以及電能表生產工藝和調校工藝等。

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的誤差非常重要。為了保證計量的精確性和降低誤差，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。計量芯片的選型需要考慮的問題有：計量芯片實現的計量精度等級、計量芯片測量范圍內的測量線性度（應保證誤差在1 500∶1，動態范圍內<0.1%，最好選用誤差在5 000∶1，動態范圍內<0.1%的計量芯片，或選用誤差在8 000∶1，動態范圍內<0.1%的計量芯片）、穩定度與計量芯片的批量供貨的一致性。

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；嚴格按照工藝流程，利用超聲波清洗設備，并定期更換清洗液，避免清洗不干凈；規范三防漆噴涂工藝，必須在高溫烘干后涂三防漆，并噴涂均勻，保證厚度，同時，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；加強老化工藝處理，確保出廠產品計量性能穩定、可靠；加強元器件篩選和電能表生產流程管理，提高自動化生產水平，保證產品質量的一致性。

5.3 校表流程控制

采用軟件校表，提高校表、復表內控誤差標準，在工藝控制上縮小初校誤差范圍，出廠時嚴格檢查誤差。復校內控誤差范圍應控制在一定范圍內，如表1所示。

表1 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

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的影響。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的誤差原因，并有針對性地改進。

6 結束語

綜上所述，智能電表的誤差會影響人們的日常用電，我們需要采取相應方法解決有關問題。本文就智能電表的誤差進行了研究分析，希望能為相關工作提供參考。

參考文獻

[1]王學偉，溫麗麗，賈曉璐，等.智能電能表動態誤差的OOK激勵測試方法[J].電力自動化設備，2014（09）.

[2]胡曉麗.認清智能電表發展技術分析未來發展新趨勢[J].電子制作，2014（22）.

〔編輯：王霞〕

Research and Analysis of Error of Smart Meter

Chen Jialiang

Abstract： This paper introduces the composition and function of the intelligent electric energy meter， and discusses the source of the error sources of the smart meter， and puts forward a series of corresponding solutions.

Key words： smart meter； measurement error； consistency error； error source