朱淑媛，宋進良，劉漢勇

(1.遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006;2.沈陽電力機械總廠，遼寧 沈陽 110026)

電能表是計量某一時段電能累積值的專用計量器具。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電能表已經(jīng)成為社會用量最多的計量器具之一。目前，多種電能表主要應用于電力的貿(mào)易結(jié)算和電力生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標的考核。

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。它的量值可以溯源至國家基準，也可以通過它把標準量值傳遞至工作計量器具;保證電能標準量值的統(tǒng)一、準確、可靠。

在電能計量體系中，也可以通過電能表檢定裝置把標準量值傳遞至工作計量器具。它由功率源、標準電能表、標準互感器、二次回路及監(jiān)視儀表 (電流表、電壓表、功率表等)共同組成。本文主要對交流電能表檢定裝置功率穩(wěn)定度評定方法進行詳細分析。

1 算法分析

1.1 用瓦秒法檢定機械式電能表

用瓦秒法檢定機械式電能表，主要用標準功率表測定調(diào)定的恒定功率，或用標準功率源確定功率，同時用標準計時器測量被檢電能表在恒定功率下轉(zhuǎn)若干轉(zhuǎn)所需時間。測量的時間與恒定功率的乘積得到實際電能值，與被檢電能表測定的電能值相比較來確定被檢電能表的相對誤差。

用定圈測時的瓦秒法檢定安裝式電能表，相對誤差按式 (1)計算:

式中:t為實測時間 (被檢電能表在恒定功率下轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)標準計時器測定的時間)，s;T為算定時間(假定被檢電能表沒有誤差時在恒定功率下轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)應需要的時間)，s。

算定時間按式 (2)計算:

式中:P為標準功率表或標準功率源指示的功率，W;N為選定的被檢電能表轉(zhuǎn)數(shù);KL和Ky為被檢電能表銘牌上標注的電流互感器和電壓互感器的額定變化，未標注者為1;KI和KU為同標準電能表聯(lián)用的標準電流互感器和標準電壓互感器使用的額定變化;KJ為接線系數(shù)，與標準電能表接線有關(guān)。

確定算定時間用自動方法 (如光電脈沖法)控制標準計時器，被檢電能表連續(xù)轉(zhuǎn)動，算定時間不少于10 s。若標準功率表或標準功率源所發(fā)功率脈沖序列不夠均勻或響應速度較慢，還需適當增加算定時間。若用手動方法控制標準計時器，在任何負載功率下，算定時間不應少于50 s。

1.2 用瓦秒法檢定電子式電能表

用標準數(shù)字功率表測量調(diào)定的恒定功率，同時用標準測時器測量被檢表累計電能所需的時間，測量時間與恒定功率的乘積為實測電能值，再與被檢表累計的電能值相比較，以確定被檢表的相對誤差。

用瓦秒法檢定電能表時，標準測時器對時間的測量誤差 (%)應不大于標準表準確度等級1/20。計讀時間時，標準測時器應有足夠多的讀數(shù)，以滿足由末位改變1個字的讀數(shù)誤差不超過標準表準確度的1/10。

a. 定時測量法

記下在標準測時器測定的一段時間內(nèi)被檢表累計的電能值，用式 (3)計算相對誤差γ(%)。測定的時間應選得足夠長，以使得被檢表累計的數(shù)字不少于表1的規(guī)定。

表1 各級標準電能表累計數(shù)字表

式中:γW為標準功率表或檢定裝置的已定系統(tǒng)誤差，%(不需更正時γW=0);P為標準功率表測得的恒定功率值，W;t為標準測試器測得的時間，s;W′為被檢表顯示的電能值，J。

當被檢表顯示的是所累計的高頻脈沖數(shù)時式(3)中的W′用式 (4)計算:

式中:m為被檢表顯示的高頻脈沖數(shù);CH為被檢表的高頻脈沖常數(shù)，imp/kWh。

若被檢表的高頻脈沖常數(shù)用其他單位標注，則按相應轉(zhuǎn)換;若標準數(shù)字功率表經(jīng)外配電流、電壓互感器接入，則式 (3)中的P應乘以電流、電壓互感器的變比KI、KU。

若被檢表 (或標準數(shù)字功率表)的倍頻開關(guān)不是在×1檔，則式 (3)的W′(或P)應乘以倍頻值KF。

b. 定低頻脈沖數(shù) (N)測量法

當用固定低頻脈沖數(shù) (N)測量時間的瓦秒法檢定時，被檢表的相對誤差γ(%)按式(5)計算:

式中:γW為標準功率表或檢定裝置的已定系統(tǒng)誤差，%(不需更正時γW=0);t為實測時間 (被檢表在恒定功率下輸出N個低頻脈沖數(shù)時，標準測時器測定的時間)，s;t′為算定時間 (假定被檢表沒有誤差時，在恒定功率下輸出N個低頻脈沖數(shù)所需要的時間)，s。t′按式 (6) 計算:

式中:N為選定的低頻脈沖數(shù);CL為被檢表的低頻脈沖常數(shù)，imp/kWh。

2 電能表檢定裝置功率穩(wěn)定度評定方法

2.1 概率水平的峰—峰值評定法

在給定時限內(nèi)每隔0.2～0.5 s采集一次功率值Pi，由各功率值構(gòu)成的功率變化曲線，更接近功率變化的實際情況。若設備沒有功率自動采集裝置，可選用具有6～7位示值的數(shù)字式功率表測定功率 (功率表誤差要足夠穩(wěn)定且其實驗標準差應不大于所需功率穩(wěn)定度的1/3)，每隔1～1.5 s讀記一次功率，在2 min內(nèi)得到80～120個功率值，由此也可得到比較近似的功率曲線。

用自動方法或人工方法所得的瞬時功率，代入式 (7)求得S值，即:

式中:n表示在觀測時限T內(nèi)采集功率的次數(shù);pi為第i次采集的功率值 (n=1，2，…，N);為各次功率pi的平均值。

pi在平均功率上下波動，因此功率變化區(qū)間(雙側(cè)置信限)為

功率的最大變化范圍ΔP=Pmax－Pmin?？紤]到cosφ值影響，推導功率穩(wěn)定度的通用表達式:

對雙側(cè)置信限來說，若取置信概率P=97.5%，則置信系數(shù)t1－α/2=2，因此用式 (12)評定功率穩(wěn)定度，即:

該公式表明，功率最大變化范圍是偏離功率平均值的程度，而不是在相同時限內(nèi)各功率平均值之間的差異程度。

在一列功率讀數(shù)的最大值或最小值的殘差應滿足下列公式:

Pk是異常值，應當舍去，用余下的功率值再代入式 (12)和式 (13)驗算，直代到?jīng)]有異常值為止。通常，在一列功率讀數(shù)中只有極少數(shù)異常值或無異常值。

2.2 簡易的峰—峰值評定法

在沒有自動裝置采集功率值的設備中，采用概率水平的峰—峰值評定法相對比較繁瑣。因此，對裝置進行后續(xù)檢定和常規(guī)檢驗時，還可采用簡易的峰—峰值評定法評定功率穩(wěn)定度。

大量試驗表明，在時限T內(nèi)的平均功率:

功率的最大變化范圍ΔP=Pmax－Pmin，則推導出功率穩(wěn)定度:

測定功率穩(wěn)定度時，在2 min內(nèi)至少能得到80個功率值，而且要求的功率變化程度通常小于0.5%。因此，最初調(diào)定的功率 (或第一次讀得的功率):

故將式 (3)簡化成“簡易峰—峰值評定法”評定功率穩(wěn)定度的計算公式:

這種方法評定結(jié)果的可信程度約為95%，但是不能判別讀得的Pmax或Pmin是否是異常值。因此，若按式 (17)確定的功率穩(wěn)定度不符合要求，再按式 (12)求得的結(jié)果為準。

在電能表檢定規(guī)程中規(guī)定:用峰—峰值評定法評定功率穩(wěn)定度，規(guī)定的功率穩(wěn)定度為裝置等級指數(shù)的1/2(適用于電能比較法)和1/5(適用于瓦秒法)，由于目前使用的各級裝置輸出的功率都滿足這一要求，所以沒有理由降低功率穩(wěn)定度指標。

3 實例分析

本文對功率穩(wěn)定度的評定采用“概率水平的峰—峰值評定法”和“簡易的峰—峰值評定法”兩種方法，分別取功率因數(shù)cosφ=1和cosφ=0.5L的三相四線功率值為試驗數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表2和表3所示。

表2 cosφ=1時三相電能表檢定裝置功率測試結(jié)果

表3 cosφ=0.5 L時三相電能表檢定裝置功率測試結(jié)果

當cosφ=1時，通過表2數(shù)據(jù)經(jīng)過式 (7)計算可得，S=0.018 1%，平均功率=1 499.838 W，用概率水平的峰—峰值評定法測定的功率穩(wěn)定度r=0.004 8%，用簡易的峰—峰值評定法測定的功率穩(wěn)定度rF=0.004 7%，兩種方法得到的數(shù)據(jù)偏差很小。

當cosφ=0.5L時，通過表3數(shù)據(jù)經(jīng)過式 (7)計算可得，S=0.011 9%，平均功率=750.212 0 W，用概率水平的峰—峰值評定法測定的功率穩(wěn)定度r=0.003 2%，用簡易的峰—峰值評定法測定的功率穩(wěn)定度rF=0.003 3%，兩種方法得到的數(shù)據(jù)誤差很小，數(shù)據(jù)基本一致。

本文的測試過程采用0.01級的標準設備KOM200.3型三相多功能比較儀，測試間隔采用每秒采樣，r和rF分別為概率水平的峰—峰值評定法和簡易的峰—峰值評定法確定的功率穩(wěn)定度 (單次評定值)，多次測試結(jié)果表明:兩種計算方法結(jié)果基本相同，其置信概率均為95%。

4 結(jié)束語

功率穩(wěn)定度是電測計量設備評定過程中非常關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，本文提出了一種高效的評定方法，通過理論分析和試驗數(shù)據(jù)表明簡易的峰—峰值評定法既保證了電能標準量值的統(tǒng)一、準確、可靠，又明顯地提高了工作效率。

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