三相智能电能表时钟日计时误差不确定度分析

刘美明，刘 蜜，张伟国，张玲玲，王国栋

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

三相智能电能表时钟日计时误差不确定度分析

刘美明，刘 蜜，张伟国，张玲玲，王国栋

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

随着智能电网的大力建设，三相智能电能表在全国得到广泛应用，其时钟日计时误差直接影响分时计量及需量的准确性。介绍了三相智能电能表时钟日计时误差的测量方法，并根据JJF1059.1—2012技术规范中测量不确定度的评定方法，对三相智能电能表时钟日计时误差的测量结果进行了不确定度分析。

智能电能表；日计时误差；时钟测试仪；测量不确定度

0 引言

智能电能表作为智能电网的主要设备和基础，与传统电能表相比，除了具有基本计量功能以外，还具有分时计量、需量、阶梯电价等功能，而这些功能的实现要求智能电能表要精确计时。随着智能电能表在电网建设中日益庞大的应用，保证电能表时钟的可靠和准确十分重要。计量检定机构对有计时功能的电能表，在一定条件下，通过测定电能表的时钟日计时误差，来判定智能电能表内部时钟是否符合要求。因此有必要对电能表日计时误差测量结果的质量进行评定，即对日计时误差测量结果做出不确定度评定。文献［2］和文献［5］是对普通电能表日计时误差测量结果的不确定度进行分析。本文从两个方面分别介绍智能电能表时钟日计时误差在电能表检定装置上的测量方法及测量结果不确定度分析的评定步骤。

1 智能电能表时钟日计时误差测量方法

1.1 时钟日计时误差测量原理

智能电能表时钟日计时误差测量原理如图1所示。

图1 时钟日计时误差测量原理

图1中，程控电源将稳定的电压送入被检电能表，被检电能表发出的秒脉冲信号送到误差运算器，同时误差运算器采集标准时钟测试仪在被检电能表发出的秒脉冲信号周期内输出的高频脉冲数，从而进行时钟日计时误差计算。其中，计算机能够通过专门开发的计算机软件，控制误差运算器自动检测时钟日计时误差，并通过LED显示器显示时钟日计时误差。

1.2 时钟日计时误差测量方法

测量时钟日计时误差按照JJG 596—2012《电子式交流电能表》检定规程要求，电压线路施加电压1 h后，用标准时钟测试仪测电能表时基频率输出，连续测量 5 次，每次测量时间为 1 min［1］。

三相电能表检定装置上电能表日计时误差测量过程为：将被检电能表与标准时钟测试仪通电预热1 h后，开始进行测量。被检电能表发出的秒脉冲信号送到误差运算器作为开关信号，在秒信号的一个周期内，误差运算器采集标准时钟测试仪发出的高频脉冲数作为实测脉冲数Nx，与算定的脉冲数N0比较，即能确定被检表的日计时误差［2］。

采用秒脉冲信号周期内测量标准时钟测试仪高频脉冲数的方法，被检表的日计时误差［2］

式中：Nx为实测脉冲数，即标准时钟测试仪在被检表发出的秒脉冲信号周期内，实际输出的高频脉冲数；N0为算定脉冲数，即标准时钟测试仪在被检表发出的秒脉冲信号周期内，理论上应输出的高频脉冲数。

1.3 测量条件

测量依据：JJG 596—2012《电子式交流电能表》；

环境条件：温度（20±2）℃，湿度（60±15）%RH；

测量装置：三相电能表检定装置；测量范围：3×（57.7～380）V、3×（0.1～100）A； 装置准确度等级：0.1级；

测量标准：精密时钟源，型号：GT 2009；

被测对象：DTZY71-Z型三相四线费控智能电能表；

测量过程：三相电能表检定装置给DTZY71-Z型三相四线费控智能电能表加220 V电压，在检定装置标准时钟测试仪和被检表时钟部分都在连续运行的情况下，用标准时钟测试仪测电能表秒脉冲输出信号，连续测量5次。

表1 对DTZY71-Z型被检电能表测得的日计时误差i与标准偏差si s／d

2 智能电能表时钟日计时误差不确定度分析

2.1 数学模型

式中：γ 为被检电能表的日计时误差，s／d；γ0为标准时钟测试仪测得的日计时误差，s／d；Δγ为标准时钟测试仪日计时误差的修正值，s／d［3］。

2.2 各输入量的标准不确定度评定

根据数学模型，被检电能表的日计时误差测量不确定度主要取决于输入量γ0、Δγ的不确定度。

输入量γ0的标准不确定度u（γ0）是由重复性条件下被测电能表和标准时钟测试仪测量不重复引起的［4］，采用A类不确定度评定方法。

输入量Δγ的标准不确定度u（Δγ）分为两种情况：一是标准时钟测试仪没有给出修正值，修正值通常为零，此时输入量Δγ的标准不确定度u（Δγ）来源于标准时钟测试仪的最大允许误差；二是标准时钟测试仪给出修正值，此时输入量Δγ的标准不确定度u（Δγ）应考虑修正值的不确定度及标准时钟测试仪的稳定性，两种情况均采用B类不确定度评定方法。

另外，因被检电能表的日计时误差数据修约还产生一个不确定度分量u（x），也采用B类不确定度评定方法。

1）被检表和标准时钟测试仪测量不重复引起的不确定度分量 u（γ0）评定。

用0.1级三相电能表检定装置标准时钟测试仪对1只1级DTZY71-Z型三相四线费控智能电能表进行日计时误差的测量，施加220 V电压，连续重复测量10次，得到测量数据如表1所示。

按照公式（3）计算标准偏差 si（s／d）［4］

式中：n为对日计时误差进行重复测量的次数，n取10；γ0为第 i次测量得出的日计时误差，s／d；γ 为各次测量得出的日计时误差平均值，s／d。

所以有 u（γ0）=si=0.007 5 s／d

2）标准时钟测试仪误差引起的不确定度分量u（Δγ）评定。

该不确定度分量来源于标准时钟测试仪的最大允许误差。标准时钟测试仪经过上级检定合格，其误差不会超过JJG 596—2012《电子式交流电能表》规定的数值。完全有理由认为，在标准时钟测试仪的使用过程中其实际误差一般也不会超出该允许值，可以将标准时钟测试仪看作一个整体，其最大允许误差即可作为分布区间半宽的信息来源。

标准时钟测试仪的日计时误差限为±0.05 s／d，服从正态分布，分散区间的半宽为0.05s／d，取则标准不确定度0.002 9 s／d。

3）由误差数据化整引起的不确定度分量u（x）评定。

由于检定证书中给出的测量结果是化整后的测量结果，所以数据修约将引起不确定度。智能电能表的日计时误差化整间距为0.01 s／d，在此区间服从均匀分布，分散区间的半宽为 0.01s／d／2=0.005 s／d ，取，则标准不确定度

2.3 合成标准不确定度评定

1）各输入量的灵敏系数。

被检表日计时误差数据修约产生的不确定度分量的灵敏系数为1。

2）各不确定度分量汇总如表2所示。

3）合成标准不确定度 uc（γ）的评定。

表2 各标准不确定度汇总表

2.4 日计时误差测量结果的扩展不确定度评定

取包含因子k=2，则扩展不确定度

2.5 时钟日计时误差结果不确定度表示

电能表时钟日计时误差测量结果的扩展不确定度为

3 结语

随着三相智能电能表在电网建设中的广泛应用，其分时计量及需量等功能对时钟日计时误差要求越来越高，保证电能表时钟的准确可靠十分重要。计量检定机构应严格按照国家有关检定规程要求检定时钟日计时误差，并对电能表时钟日计时误差测量结果的不确定度进行评定。本文介绍的智能电能表时钟日计时误差测量结果的不确定度评定方法，也可应用于其他具有计时功能的电能表时钟日计时误差测量结果的不确定度评定。

［1］唐虹，杨晓西.电子式交流电能表［M］.北京：中国质检出版社，2012.

［2］范蕾，刘军，余明书.电能表日计时误差测量结果的不确定度评定［J］.工业计量，2010 （s2）：59-61.

［3］韩慧臣.电能表基本误差测量不确定度评定与验证［J］.安徽电气工程职业技术学院学报，2010，15（1）：72-75.

［4］王艳文，杨楠.三相电能表日计时误差测量结果的标准不确定度分析［J］.科技视界，2013 （18）：44.

［5］叶德培，赵峰.测量不确定度评定与表示［M］.北京：中国质检出版社，2012.

Uncertainty Analysis of Clock Daily Timing Error of Polyphase Smart Electricity Meters

LIU Meiming，LIU Mi，ZHANG Weiguo，ZHANG Lingling，WANG Guodong
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

With the development of the smart grids，the polyphase smart electricity meters has been widely used in the country.The daily clock timing error directly affects the accuracy of time-sharing measurement and demand.We introduce the measurement method of daily clock timing error of the polyphase smart electricity meters.According to the evaluation method of measurement uncertainty suggested in the technical specification in JJF1059.1-2012，the uncertainty of measurement of the daily clock timing error of the polyphase smart electricity meters is analyzed.

smart electricity meter；daily timing error；clock tester；measurement uncertainty

TM933

A

1007－9904（2017）11－0025－03

2017-06-09

刘美明（1990），女，从事电能计量技术工作。