楊芾藜，侯興哲

(1．國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心，重慶 401123； 2．國(guó)網(wǎng)重慶電力公司電力科學(xué)研究院，重慶 401123)

0 引 言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步以及電力用戶(hù)和供電部門(mén)對(duì)電能精確計(jì)量的需求，促使我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)不斷深入，電子式智能電能表的安裝量也越來(lái)越大。由于電子計(jì)量技術(shù)越來(lái)越成熟[1]，以及大量的市場(chǎng)需求，使智能電能表的生產(chǎn)廠家也越來(lái)越多。但是目前智能電能表的生產(chǎn)和電力部門(mén)掛網(wǎng)前的首檢均是在參比條件(環(huán)境溫度20℃±2℃；相對(duì)濕度60%±15%；電壓允許偏差0.5%;頻率允許偏差0.3%，波形失真度小于1%)下通過(guò)自動(dòng)化檢定裝置檢測(cè)完成的。用戶(hù)使用中智能電能表在復(fù)雜的使用環(huán)境下加載實(shí)際負(fù)載，能否對(duì)電量進(jìn)行連續(xù)的準(zhǔn)確計(jì)量，不同廠家的智能電能表在參比條件下誤差和現(xiàn)場(chǎng)在線使用中的誤差有無(wú)差異，在使用中計(jì)量是否準(zhǔn)確可靠,這是一個(gè)值得研究的課題，也是電力計(jì)量部門(mén)和電力用戶(hù)十分關(guān)心的問(wèn)題。

目前測(cè)試同一負(fù)載條件下不同廠家智能電能表的誤差、電量等數(shù)據(jù)。一般采用電能表檢定裝置虛負(fù)載測(cè)試。無(wú)法反映智能電能表實(shí)際負(fù)載運(yùn)行情況。傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀采用電流鉗方式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試智能電能表誤差，由于電流鉗鉗口污染、錯(cuò)位、松緊度等因素影響，也很難準(zhǔn)確測(cè)試實(shí)際誤差[2-6]。

本文所提的方法采用一種新型的單相安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表)和普通單相智能電能表串聯(lián)進(jìn)行測(cè)試，該安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表外形尺寸和普通智能電能表一致，計(jì)量部分采用TDM時(shí)分割乘法器原理。符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 17215.211-2006 《交流電測(cè)量設(shè)備通用要求、試驗(yàn)和試驗(yàn)條件 第11部分：測(cè)量設(shè)備》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 17215.701-2011《標(biāo)準(zhǔn)電能表》。在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁、溫濕度等環(huán)境下均可實(shí)現(xiàn)高達(dá)0.05級(jí)的有功電能計(jì)量和有功誤差測(cè)量,同時(shí)也可以對(duì)線路中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行更加精確地測(cè)量[7]。安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表還可以通過(guò)設(shè)置線損功率參數(shù)對(duì)同一串聯(lián)線路的其他智能電能表基本誤差及電量走字誤差進(jìn)行精確測(cè)量。所提的方法采用實(shí)際負(fù)載對(duì)不同生產(chǎn)廠家在線掛網(wǎng)運(yùn)行過(guò)的智能電能表基本誤差及電量走字誤差進(jìn)行精確測(cè)試比對(duì)，分析各廠家智能電能表在線運(yùn)行的可靠性及一致性[8-12]。

1 方案概述

文中所提的方法選取相同規(guī)格在網(wǎng)運(yùn)行中的不同廠家生產(chǎn)的智能電能表和0.05級(jí)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表等比例混合串聯(lián)，在室溫條件下接入同一個(gè)負(fù)載進(jìn)行測(cè)試。再將所有智能電能表和安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表取下在參比條件下通過(guò)檢定裝置模擬實(shí)際負(fù)載點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析不同廠家智能電能表的可靠性及一致性[12-18]。對(duì)有問(wèn)題的智能電能表進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 模擬實(shí)際用戶(hù)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)在35 ℃室溫條件下，選取產(chǎn)品規(guī)格為：220 V/5(60)A，等級(jí)為2級(jí)，在網(wǎng)運(yùn)行中的5個(gè)不同廠家生產(chǎn)的單相智能電能表共25只，產(chǎn)品規(guī)格為220 V/10(100)A，等級(jí)為0.05級(jí)的同一廠家生產(chǎn)的單相安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表6只，將安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表設(shè)置為安裝表模式，在此模式下，安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的接線和智能電能表一致。然后用相同材質(zhì)的等導(dǎo)線，將25只智能電能表和6只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表按照?qǐng)D1的方式串聯(lián)接線，最后接入白熾燈、電風(fēng)扇、電油汀等負(fù)載。同時(shí)為保證每只電表參數(shù)信息讀取時(shí)效的一致性，采用一臺(tái)安裝有多路R-S485通信的電腦，每一路RS-485僅連接一臺(tái)電能表，通過(guò)軟件同步抄錄每一只電能表的參數(shù)信息。由于普通智能電能表的準(zhǔn)確等級(jí)只有2級(jí)，因此文中以安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表抄錄的運(yùn)行參數(shù)為依據(jù)，通過(guò)合理的計(jì)算來(lái)對(duì)智能電能表的基本誤差和電量走字誤差進(jìn)行分析。

圖1 接線示意圖1

在連接智能電能表前分別用5只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表對(duì)每一塊智能電能表和安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的自身功耗進(jìn)行測(cè)試，取平均值作為該表的自身功耗數(shù)據(jù)。線路通電工作穩(wěn)定后，通過(guò)首尾兩只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的功率，和試驗(yàn)前測(cè)得的每只表的自身功耗，就可以計(jì)算出每一組線材的線路損耗。進(jìn)行誤差測(cè)試時(shí)可以通過(guò)在安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表內(nèi)設(shè)置線損功耗和智能電能表功耗來(lái)測(cè)試智能電能表的誤差。試驗(yàn)中采用相鄰2只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表來(lái)分別測(cè)試它們之間5只智能電能表的誤差，取平均值為該智能電能表在此負(fù)載點(diǎn)的基本誤差。進(jìn)行電量走字誤差測(cè)試時(shí)，通過(guò)軟件同步抄錄所有智能電能表從負(fù)載開(kāi)始工作到負(fù)載斷電期間的電量和功率，減去每只電能表的線損電量，即為該智能電能表在此負(fù)載下的電量走字。將每只智能電能表的電量走字和安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表尾表電量走字進(jìn)行比對(duì)即可得該表的電量走字誤差。

以一臺(tái)工作電流約為5 A的電油汀負(fù)載為例，測(cè)量圖1中1號(hào)智能電能表的誤差。作為頭表A的安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表測(cè)得的功率為Pt=1 160.69 W，作為尾表F的安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表測(cè)得的功率Pw=1 102.57 W，除頭表外所有電能表自身功耗之和Pz=46.095 7 W，那么31只表之間30組線材的平均線損功率Pg為 0.400 81 W。

Pg=(Pt-Pw-Pz)/30

(1)

已知A、B號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的自身功耗分別為PzA、PzB。電能表1號(hào)到5號(hào)的自身功耗分別為Pz1、Pz2、Pz3、Pz4、Pz5。那么用A號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表來(lái)測(cè)試1號(hào)智能電能表的誤差時(shí)，可以在A號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表內(nèi)置入減去修正功耗Ps=Pz1+Pg來(lái)準(zhǔn)確測(cè)試1號(hào)智能電能表的誤差。同樣的用B號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表來(lái)測(cè)試1號(hào)智能電能表的誤差時(shí)，可以在B號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表內(nèi)置入加上修正功耗Ps=Pz2+Pz3+Pz4+Pz5+PzB+Pg×5 來(lái)準(zhǔn)確測(cè)試1號(hào)智能電能表的誤差。取A號(hào)、B號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表測(cè)得誤差的平均值即為該負(fù)載點(diǎn)1號(hào)智能電能表的基本誤差。

還以上述負(fù)載為例，現(xiàn)在要測(cè)量圖1中1號(hào)智能電能表的8小時(shí)連續(xù)電量走字誤差。先將智能電能表通電，打開(kāi)RS-485通信用軟件抄錄所有電能表的電量，然后給負(fù)載加電。保持負(fù)載不變連續(xù)通電8小時(shí)后給負(fù)載斷電，負(fù)載斷電后再停止RS-485數(shù)據(jù)的抄錄。定義RS-485抄錄尾表F號(hào)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的開(kāi)始電能為WFk，結(jié)束電能為WFs，1號(hào)智能電能表開(kāi)始電量為W1k，結(jié)束電量為W1s，負(fù)載累計(jì)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為T(mén)。那么負(fù)載的實(shí)際電能走字ΔW=WFs-WFk，1號(hào)電能表的線路損耗電量為1號(hào)智能電能電能表到負(fù)載之間所有電表自身功耗之和Pz加上線路損耗之和Pg與時(shí)間T的乘積。所以1號(hào)智能電能表減損后的電能ΔW1即為：

ΔW1=W1k-W1s-(Pz+Pg)×T

(2)

電能誤差為:

r1=(W1-ΔW)/ΔW100%

(3)

基本誤差為：

r2=(Tl-To)/To100%

(4)

式中：To為標(biāo)準(zhǔn)電能表?yè)Q算脈沖周期，單位為s；Tl為標(biāo)準(zhǔn)電能表?yè)Q算脈沖周期，單位為s。

通過(guò)上述方案在35℃室溫條件下對(duì)25只智能電能表在不同負(fù)載條件下的基本誤差(r2)和電量誤差(r1)分別進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試誤差數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，每個(gè)廠家的智能電能表在同一負(fù)載條件下基本誤差均在合格范圍內(nèi)，同一廠家所有5只電能表的誤差線性基本一致，同一負(fù)載的電量誤差和基本誤差基本一致。但也可以明顯看出5個(gè)廠家的智能電能表在同一負(fù)載點(diǎn)的基本誤差也存在較大偏差。這可能是每個(gè)生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)源之間有差異導(dǎo)致的，也可能是因?yàn)椴煌瑥S家硬件差異、溫度影響偏差不一致，導(dǎo)致參比條件下誤差和在線使用時(shí)誤差存在較大的差異，可以通過(guò)進(jìn)一步測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證分析。

表1 不同負(fù)載測(cè)試數(shù)據(jù)

為了減小線損影響和進(jìn)一步驗(yàn)證上述方法對(duì)智能電能表測(cè)試的準(zhǔn)確性，從上述25只智能電能表中每個(gè)廠家挑出1只誤差差異較大的典型。在同一測(cè)試環(huán)境下，將2只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表設(shè)置為脫鉤模式，在此模式下安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的電壓和電流是隔離的，電壓電流的接線方式和標(biāo)準(zhǔn)表一樣。按照?qǐng)D2的接線方式進(jìn)行連接，此時(shí)2只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表和智能電能表處于等電位的同一電流回路中，在負(fù)載運(yùn)行中沒(méi)有線損影響。

圖2 接線示意圖2

可以通過(guò)2只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表同時(shí)對(duì)1只智能電能表在不同負(fù)載條件下的誤差進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)可以通過(guò)安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表的電量比對(duì)功能，在同一負(fù)載條件下設(shè)定時(shí)長(zhǎng)自動(dòng)進(jìn)行智能電能表電量走字誤差測(cè)試。使用這2只安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表按照這個(gè)方法，分別對(duì)5只智能電能表在模擬用戶(hù)測(cè)試中相同的負(fù)載條件下的基本誤差(r21)和電量誤差(r11)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)RS-485通信軟件抄錄所有被測(cè)電能表的基本誤差和電量誤差,數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 模擬用戶(hù)測(cè)試數(shù)據(jù)

將表2和表1的同一塊電能表的相同負(fù)載下的基本誤差和電量誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

電量誤差對(duì)比誤差為：

r3=r11-r1

(5)

基本誤差對(duì)比誤差為：

r4=r21-r2

(6)

具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 對(duì)比數(shù)據(jù)1

從表2和表3的數(shù)據(jù)中可以看出同一只表在兩種測(cè)試方法中的基本誤差和電量誤差基本一致，再次驗(yàn)證了模擬用戶(hù)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

3 檢定裝置參比條件測(cè)試

上述兩種方法測(cè)試結(jié)束后將所有智能電能表帶回實(shí)驗(yàn)室，在參比條件下用0.02級(jí)ST9001型三相電能表檢定裝置調(diào)整輸出上述測(cè)試中用戶(hù)實(shí)際負(fù)載點(diǎn)的電壓電流，對(duì)各個(gè)負(fù)載點(diǎn)參比條件下的基本誤差(r22)和電量誤差(r12)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)

將表4的測(cè)試數(shù)據(jù)和表1的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)實(shí)負(fù)載和裝置測(cè)試電量誤差對(duì)比誤差為：

r5=r12-r1

(7)

實(shí)負(fù)載和裝置測(cè)試基本誤差對(duì)比誤差為：

r6=r22-r2

(8)

其體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 對(duì)比數(shù)據(jù)2

從表4的測(cè)試結(jié)果可以看出25只智能電能表在所有模擬負(fù)載點(diǎn)的基本誤差和電量走字誤差均在合格范圍內(nèi)。同一負(fù)載點(diǎn)的電量走字誤差和基本誤差保持一致，并且不同廠家的智能電能表之間在同一負(fù)載點(diǎn)之間差異相對(duì)較小。從表5的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出Ⅰ、Ⅲ兩個(gè)廠家的智能電能表在所有負(fù)載點(diǎn)參比條件測(cè)試誤差和實(shí)際負(fù)載測(cè)試誤差之間差異比較大。特別是Ⅰ號(hào)廠家的2號(hào)智能電能表在參比條件下和實(shí)際負(fù)載測(cè)試的基本誤差、電量走字誤差均在合格范圍內(nèi)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17215.311-2008中關(guān)于2級(jí)智能電能表環(huán)境溫度影響量的參考標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境溫度變化1℃基本誤差改變量不應(yīng)超過(guò)0.1%。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參比條件和模擬用戶(hù)測(cè)試條件環(huán)境溫度變差大約15 ℃，其對(duì)誤差的影響最大不應(yīng)超過(guò)1.5%。Ⅰ號(hào)廠家的2號(hào)智能電能表參比條件和模擬用戶(hù)測(cè)試的基本誤差改變量已經(jīng)超出了國(guó)標(biāo)的允許范圍，屬于不合格品。

4 溫度影響測(cè)試

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)中Ⅰ號(hào)廠家的2號(hào)智能電能表溫度影響不合格的問(wèn)題，將該智能電能表和合格的Ⅰ號(hào)廠家的3號(hào)智能電能表同時(shí)放入高低溫試驗(yàn)箱，分別在10 ℃、20 ℃、40 ℃對(duì)兩只表的上述實(shí)驗(yàn)的三個(gè)負(fù)載點(diǎn)基本誤差(r23)進(jìn)行測(cè)試，不同溫度基本誤差和20 ℃誤差差值用r7表示。

(9)

測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 溫度影響測(cè)試數(shù)據(jù)

以上高低溫測(cè)試結(jié)果再次驗(yàn)證了Ⅰ號(hào)廠家的2號(hào)智能電能表按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17215.311-2008的要求是不合格的。

5 結(jié)論分析

通過(guò)上述測(cè)試可以看出，無(wú)論是模擬用戶(hù)測(cè)試還是參比條件測(cè)試智能電能表的基本誤差值和電量走字誤差均保持一致，充分說(shuō)明智能電能表的基本誤差是可以反映走字誤差情況的。但有部分智能電能表存在用戶(hù)實(shí)際使用中的誤差和參比條件下測(cè)得的誤差差異較大的情況。并且出現(xiàn)有智能電能表基本誤差合格，但溫度影響變差超過(guò)國(guó)標(biāo)允許范圍的情況。由于采用的智能電能表樣本數(shù)量及品牌類(lèi)型有限，雖然最終的測(cè)試基本誤差均在合格范圍內(nèi)，但不能保證大批量用戶(hù)使用的情況下不會(huì)出現(xiàn)出廠誤差合格的表在實(shí)際負(fù)載中誤差超差的問(wèn)題。所以電力部門(mén)和生產(chǎn)廠家有必要進(jìn)行更多的現(xiàn)場(chǎng)使用中的抽樣測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，減小實(shí)際負(fù)載條件下電能表出現(xiàn)不合格的可能。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述試驗(yàn)方法的數(shù)據(jù)分析，表明采用單相安裝式標(biāo)準(zhǔn)電能表對(duì)實(shí)際使用中的智能電能表進(jìn)行檢測(cè)的方法可以通過(guò)多只串聯(lián)批量測(cè)試，也可以方便地掛在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，作為現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載條件下智能電能表基本誤差和長(zhǎng)期電量走字誤差測(cè)試的一種方法。對(duì)不同廠家智能電能表現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀鉗表受環(huán)境因素影響大、不能長(zhǎng)期掛網(wǎng)的不足。目前已利用該方法在重慶市部分居民區(qū)對(duì)用電異常和有爭(zhēng)議的用戶(hù)進(jìn)行掛網(wǎng)監(jiān)測(cè)，均取得良好的監(jiān)測(cè)效果。