交流电能表检定装置功率稳定度评定方法探讨

朱淑媛，宋进良，刘汉勇

(1.辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006;2.沈阳电力机械总厂，辽宁 沈阳 110026)

电能表是计量某一时段电能累积值的专用计量器具。随着电力系统的不断发展，电能表已经成为社会用量最多的计量器具之一。目前，多种电能表主要应用于电力的贸易结算和电力生产技术经济指标的考核。

标准电能表是电能计量体系中量值溯源和量值传递的中间媒介。它的量值可以溯源至国家基准，也可以通过它把标准量值传递至工作计量器具;保证电能标准量值的统一、准确、可靠。

在电能计量体系中，也可以通过电能表检定装置把标准量值传递至工作计量器具。它由功率源、标准电能表、标准互感器、二次回路及监视仪表 (电流表、电压表、功率表等)共同组成。本文主要对交流电能表检定装置功率稳定度评定方法进行详细分析。

1 算法分析

1.1 用瓦秒法检定机械式电能表

用瓦秒法检定机械式电能表，主要用标准功率表测定调定的恒定功率，或用标准功率源确定功率，同时用标准计时器测量被检电能表在恒定功率下转若干转所需时间。测量的时间与恒定功率的乘积得到实际电能值，与被检电能表测定的电能值相比较来确定被检电能表的相对误差。

用定圈测时的瓦秒法检定安装式电能表，相对误差按式 (1)计算:

式中:t为实测时间 (被检电能表在恒定功率下转N转标准计时器测定的时间)，s;T为算定时间(假定被检电能表没有误差时在恒定功率下转N转应需要的时间)，s。

算定时间按式 (2)计算:

式中:P为标准功率表或标准功率源指示的功率，W;N为选定的被检电能表转数;KL和Ky为被检电能表铭牌上标注的电流互感器和电压互感器的额定变化，未标注者为1;KI和KU为同标准电能表联用的标准电流互感器和标准电压互感器使用的额定变化;KJ为接线系数，与标准电能表接线有关。

确定算定时间用自动方法 (如光电脉冲法)控制标准计时器，被检电能表连续转动，算定时间不少于10 s。若标准功率表或标准功率源所发功率脉冲序列不够均匀或响应速度较慢，还需适当增加算定时间。若用手动方法控制标准计时器，在任何负载功率下，算定时间不应少于50 s。

1.2 用瓦秒法检定电子式电能表

用标准数字功率表测量调定的恒定功率，同时用标准测时器测量被检表累计电能所需的时间，测量时间与恒定功率的乘积为实测电能值，再与被检表累计的电能值相比较，以确定被检表的相对误差。

用瓦秒法检定电能表时，标准测时器对时间的测量误差 (%)应不大于标准表准确度等级1/20。计读时间时，标准测时器应有足够多的读数，以满足由末位改变1个字的读数误差不超过标准表准确度的1/10。

a. 定时测量法

记下在标准测时器测定的一段时间内被检表累计的电能值，用式 (3)计算相对误差γ(%)。测定的时间应选得足够长，以使得被检表累计的数字不少于表1的规定。

表1 各级标准电能表累计数字表

式中:γW为标准功率表或检定装置的已定系统误差，%(不需更正时γW=0);P为标准功率表测得的恒定功率值，W;t为标准测试器测得的时间，s;W′为被检表显示的电能值，J。

当被检表显示的是所累计的高频脉冲数时式(3)中的W′用式 (4)计算:

式中:m为被检表显示的高频脉冲数;CH为被检表的高频脉冲常数，imp/kWh。

若被检表的高频脉冲常数用其他单位标注，则按相应转换;若标准数字功率表经外配电流、电压互感器接入，则式 (3)中的P应乘以电流、电压互感器的变比KI、KU。

若被检表 (或标准数字功率表)的倍频开关不是在×1档，则式 (3)的W′(或P)应乘以倍频值KF。

b. 定低频脉冲数 (N)测量法

当用固定低频脉冲数 (N)测量时间的瓦秒法检定时，被检表的相对误差γ(%)按式(5)计算:

式中:γW为标准功率表或检定装置的已定系统误差，%(不需更正时γW=0);t为实测时间 (被检表在恒定功率下输出N个低频脉冲数时，标准测时器测定的时间)，s;t′为算定时间 (假定被检表没有误差时，在恒定功率下输出N个低频脉冲数所需要的时间)，s。t′按式 (6) 计算:

式中:N为选定的低频脉冲数;CL为被检表的低频脉冲常数，imp/kWh。

2 电能表检定装置功率稳定度评定方法

2.1 概率水平的峰—峰值评定法

在给定时限内每隔0.2～0.5 s采集一次功率值Pi，由各功率值构成的功率变化曲线，更接近功率变化的实际情况。若设备没有功率自动采集装置，可选用具有6～7位示值的数字式功率表测定功率 (功率表误差要足够稳定且其实验标准差应不大于所需功率稳定度的1/3)，每隔1～1.5 s读记一次功率，在2 min内得到80～120个功率值，由此也可得到比较近似的功率曲线。

用自动方法或人工方法所得的瞬时功率，代入式 (7)求得S值，即:

式中:n表示在观测时限T内采集功率的次数;pi为第i次采集的功率值 (n=1，2，…，N);为各次功率pi的平均值。

pi在平均功率上下波动，因此功率变化区间(双侧置信限)为

功率的最大变化范围ΔP=Pmax－Pmin。考虑到cosφ值影响，推导功率稳定度的通用表达式:

对双侧置信限来说，若取置信概率P=97.5%，则置信系数t1－α/2=2，因此用式 (12)评定功率稳定度，即:

该公式表明，功率最大变化范围是偏离功率平均值的程度，而不是在相同时限内各功率平均值之间的差异程度。

在一列功率读数的最大值或最小值的残差应满足下列公式:

Pk是异常值，应当舍去，用余下的功率值再代入式 (12)和式 (13)验算，直代到没有异常值为止。通常，在一列功率读数中只有极少数异常值或无异常值。

2.2 简易的峰—峰值评定法

在没有自动装置采集功率值的设备中，采用概率水平的峰—峰值评定法相对比较繁琐。因此，对装置进行后续检定和常规检验时，还可采用简易的峰—峰值评定法评定功率稳定度。

大量试验表明，在时限T内的平均功率:

功率的最大变化范围ΔP=Pmax－Pmin，则推导出功率稳定度:

测定功率稳定度时，在2 min内至少能得到80个功率值，而且要求的功率变化程度通常小于0.5%。因此，最初调定的功率 (或第一次读得的功率):

故将式 (3)简化成“简易峰—峰值评定法”评定功率稳定度的计算公式:

这种方法评定结果的可信程度约为95%，但是不能判别读得的Pmax或Pmin是否是异常值。因此，若按式 (17)确定的功率稳定度不符合要求，再按式 (12)求得的结果为准。

在电能表检定规程中规定:用峰—峰值评定法评定功率稳定度，规定的功率稳定度为装置等级指数的1/2(适用于电能比较法)和1/5(适用于瓦秒法)，由于目前使用的各级装置输出的功率都满足这一要求，所以没有理由降低功率稳定度指标。

3 实例分析

本文对功率稳定度的评定采用“概率水平的峰—峰值评定法”和“简易的峰—峰值评定法”两种方法，分别取功率因数cosφ=1和cosφ=0.5L的三相四线功率值为试验数据，具体数据如表2和表3所示。

表2 cosφ=1时三相电能表检定装置功率测试结果

表3 cosφ=0.5 L时三相电能表检定装置功率测试结果

当cosφ=1时，通过表2数据经过式 (7)计算可得，S=0.018 1%，平均功率=1 499.838 W，用概率水平的峰—峰值评定法测定的功率稳定度r=0.004 8%，用简易的峰—峰值评定法测定的功率稳定度rF=0.004 7%，两种方法得到的数据偏差很小。

当cosφ=0.5L时，通过表3数据经过式 (7)计算可得，S=0.011 9%，平均功率=750.212 0 W，用概率水平的峰—峰值评定法测定的功率稳定度r=0.003 2%，用简易的峰—峰值评定法测定的功率稳定度rF=0.003 3%，两种方法得到的数据误差很小，数据基本一致。

本文的测试过程采用0.01级的标准设备KOM200.3型三相多功能比较仪，测试间隔采用每秒采样，r和rF分别为概率水平的峰—峰值评定法和简易的峰—峰值评定法确定的功率稳定度 (单次评定值)，多次测试结果表明:两种计算方法结果基本相同，其置信概率均为95%。

4 结束语

功率稳定度是电测计量设备评定过程中非常关键的技术环节，本文提出了一种高效的评定方法，通过理论分析和试验数据表明简易的峰—峰值评定法既保证了电能标准量值的统一、准确、可靠，又明显地提高了工作效率。

[1]蓝永林.交流电能计量[M].北京:中国质检出版社，2011.

[2]JJG597—2005.交流电能表检定装置 [S].

[3]朱淑媛，刘汉勇.交流电能表现场运行考核评估测试系统[J].东北电力技术，2011，32(2):50－52.

[4]李彦群.电能计量检定与管理培训教材[M].北京:中国电力出版社，2010.

[5]吴安岚.电能计量基础及新技术[M].北京:中国水利水电出版社，2004.