智能电能表误差分析及处理控制

谭迪江

摘 要：主要分析了智能电能表的误差，阐述了智能电能表的组成和功能，并提出了一系列有效的处理控制措施，以期为相关单位提供参考和借鉴。

关键词：智能电能表；误差分析；数据处理单元；通信单元

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.105

所谓“智能电能表”，是指由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表。但智能电能表在测量中存在一定的误差，因此，需要相关工作人员采取相应处理控制措施，从而保障测量的准确性。

1 智能电能表测量误差的来源

1.1 自身功耗不包含在计量范围内

由于计量电路所取的检测电流仅为外部负载电流，不包含智能电能表的工作电源，所以，其本身的功耗不包含在计量范围内。

1.2 电流采样电路引起的误差

要想测量几安培乃至几十安培的交流电流，就要将其转变为等效的小信号交流电压或电流，否则无法测量。而在直接接入电子式电能表时，一般采用锰铜分流片或经互感器接入。如果以锰铜片作为分流电阻RS，则大电流i（t）流过时会产生相应的成正比的微弱电压Ui（t），其表达式为：

Ui（t）=i（t）R. （1）

锰铜分流器与普通电流互感器相比，具有线性好、温度系数小等优点。锰铜分流器A选用的F2锰铜片的厚度为2 mm，取样电阻Rs=175 μΩ。当基本电流为5 A时，1与2之间的取样信号Ui=0.875 mV。

1.3 电压采样电路引起的误差

与被测电流相同，100 V或220 V的被测电压必须经分压器或电压互感器转变为等效的小电压信号后，方可送入乘法器。电子式电能表内使用的分压器一般为电阻网络或电压互感器。采用电阻网络的最大优点是线性好、成本低，缺点是无法实现电气隔离。

在电压采样中采用电阻分压时，应考虑电阻的功耗和耐压性，一般采用多个工艺、精度相同的贴片电阻串联。由于分压的关系，电阻的温度变化在取样电压关系式中的分子与分母会相互抵消。因此，可采用低成本的精度为1%的电阻。

1.4 计量芯片引起的误差

计量电路采样输入的交流电压和电流交流模拟信号是在计量芯片内与基准源参考电压比较后实现A/D转换的，因此基准源的变化对计量精度的影响极大。由此可见，基准源的参考电压必须稳定。

锐能微单相计量芯片RN8209的有功/无功电能误差在1 500∶1的动态范围内为0.1%，内置（2.5±3%）V的参考电压，温度系数的典型值为25 ppm/℃。

1.5 影响量引起的误差

影响量引起的误差是指相对于参比条件的变化产生的附加百分数误差。在实际工作中，电能表会受各种因素的影响，进而产生测量误差。比如，电能表中电压、电流的变化会使采样电路的功耗和温度发生变化，进而产生测量误差；电能表中电压、电流的谐波会随着采样电路的频率特性而变化，进而产生误差；在电流的采样中，必然会有电流通过，电流会使电能表内部的温度发生变化，而温度的变化又会导致电流和电压发生变化，进而产生误差。

2 误差试验方法

2.1 误差的一致性试验

对于同一测试点的n个被测样品，在参比电压、参比电流加载30 min后，100%Ib、10%Ib、功率因数为1和0.5L时的测量结果的最大差值不应超过表1中的限值，具体如表1所示。此外，被测样品应使用同一台多表位校验装置同时测试。

2.2 误差变差试验

对于同一测试点的n个被测样品，在参比电压、参比电流加载30 min后，参比电压和Ib确定、功率因数为1和0.5L时进行第一次测试；在试验条件不变的情况下，间隔5 min后对样品进行第二次测试。值得注意的是，同一测试点处的两次测试结果的差值不应超过0.2%.

2.3 负载电流升降变差试验

在参比电压、参比电流加载30 min后，按照负载电流从轻载到Imax的顺序进行第一次误差测试，记录各负载点的误差；负载电流在Imax点保持2 min后，按照负载电流从Imax到轻载的顺序进行第二次误差测试，记录各负载点的误差。值得注意的是，同一被测样品在相同负载点处的误差变化的绝对值不应超过0.25%（测试点的负载电流为0.05Ib，Ib和Imax）。

2.4 测量重复性试验

在参比电压、参比频率和参比电流确定的情况下，对功率因数为1和0.5L的负载点分别进行≥5次的相对误差测量。标准偏差估计值不应超过表2中的限值。

2.5 影响量试验

影响量引起的误差的控制应参照《国家电网公司智能电能表系列标准宣贯材料》。

3 电能表误差问题分析

3.1 误差一致性要求

同一批次的被测样品在同一测试点的测试误差与误差平均值的偏差不能超过某一限定值。比如，按国标要求，同一批次电能表出厂时Ib1.0的误差应<±0.6%，一致性误差的极限应为±0.3%.

误差一致性要求是指某个被测样品在测试时的误差与其他n个被测样品的误差平均值的差值，即某个被测样品的误差-n个被测样品的误差平均值≤0.3%，而不是某个被测样品的测量误差<0.3%.

3.2 误差变差要求

对于同一批次、在同一测试点测试的被测样品，在负荷电流为Ib、功率因数为1和0.5L的负载点进行重复测试时，相邻测试结果间的最大误差变化的绝对值不应>0.2%.

变差也称回差、迟滞误差，是指在外界条件不变的前提下，使用同一仪表对某一参数进行正反行程（逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量后得到的两示值之差。此外，仪表检验时所得的上升曲线和下降曲线常出现不重合的现象。

3.3 负载电流升降变差

对于电能表基本误差，应按照从小到大、从大到小的顺序测试2次负载电流，并记录负载点的误差。值得注意的是，在功率因数为1、负荷电流在0.05Ib～Imax的范围内时，同一被测样品在相同负载点处误差变化的绝对值不应>0.25%.

4 智能电能表的误差控制

4.1 设计过程控制

应合理设计计量电路，优选元器件。为了保证计量的精确性和减少误差的产生，相关工作人员必须有效完善信号采样、信号计量电路的运行等。对于电流、电压采样电路，当使用锰铜电阻或电阻网络采样时，必须采用精度高、温度系数低、稳定性高的电阻。对于电能表的核心计量芯片，其选型会对电能表的性能造成较大的影响。在计量芯片的选型中，设计人员需要考虑的问题为计量芯片的计量精度等级、测量范围内的测量线性度的误差在1 500∶1的动态范围内的误差<0.1%，且尽量选择在5 000∶1的动态范围内误差<0.1%的计量芯片（比如新版的RN8209G和ATT7053B）或在8 000∶1的动态范围内误差<0.1%的计量芯片（比如RN8209C和RN8209D）。

4.2 生产过程控制

在生产智能电能表时，相关厂家应尽量使生产流程标准化，并努力实现自动化生产，从而满足产品误差一致性的要求；完善工艺流程，开展超声波清洗，并按规定定期更换清洗液；完善三防漆喷涂工艺，在高温烘干后涂三防漆，在喷涂过程中注意保持油漆的厚度均匀，且在三防漆的选材中，应尽量采用进口醇酸树脂材料，以防产品在受潮后失效；完善老化处理工艺，确保出厂产品的计量性能稳定；加强对电能表生产流程的管理，提高自动化生产水平，从而保证产品质量。

4.3 校表流程控制

应采用软件校表，并统一校表、复表内控误差标准，从而在工艺控制上缩小初校误差的范围。此外，在产品出厂时，应进行严格的误差测量。复校内控误差的限值如表3所示。

4.4 计量标准器具的定期校准和检定

一般采用0.02%级的标准功率校正工厂生产中使用的0.05%级电能表校验仪，以免电能表校验仪受到台差的影响。此外，还应进一步加强对测量不确定度的研究，探究电能表在设计和生产过程中产生误差的原因，并采用有针对性的改进措施。

5 结束语

智能电能表的运行质量直接关系着用户和电力企业的经济效益。因此，保障其计量的准确性，避免其受到误差的影响尤为重要。综上所述，本文就智能电能表的误差及处理控制进行了分析，以期为相关单位的需要提供一定的帮助。

参考文献

[1]肖华辉.智能电能表误差分析及控制措施[J].科技与创新，2015（01）.

[2]邓金艳.电子式电能表误差分析与处理[J].科技与企业，2013（05）.

〔编辑：张思楠〕