電能表現(xiàn)場校驗儀在線測量引入的附加誤差的研究

沈明炎

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

電能表現(xiàn)場校驗儀在線測量引入的附加誤差的研究

沈明炎

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

文中旨在探討電能表現(xiàn)場校驗儀在線測量電能表時可能引入的附加誤差及糾正措施。根據(jù)電能表現(xiàn)場校驗儀的工作原理，并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場的實際應(yīng)用情況，分析影響電能表現(xiàn)場校驗儀的測量結(jié)果的典型分量，確定各分量所帶來的附加干擾，并提出相應(yīng)的預(yù)防糾正的措施，確保電能表現(xiàn)場校驗儀在線測量的準(zhǔn)確性。

電能表現(xiàn)場校驗儀；在線測量；附加誤差；預(yù)防糾正

1前言

電能計量作為能源計量的一個重要部分，在企業(yè)節(jié)能減排工作中發(fā)揮著重要的作用，其數(shù)據(jù)采集的基本來源就是電能表的電能量。保證現(xiàn)場安裝的電能表計量性能準(zhǔn)確可靠，對電能計量至關(guān)重要，尤其是電力工業(yè)進(jìn)入商品市場經(jīng)營的管理模式后，電能表作為電能貿(mào)易結(jié)算的媒介，其良好的計量性能顯得更為重要，故需要對電能表進(jìn)行定期檢測，以確保其電能表處于準(zhǔn)確可靠的運行狀態(tài)。由于電能表在線運行，不能夠掉電脫表進(jìn)行實驗室檢定，其在線測量的環(huán)境、設(shè)備和操作方法等均與在實驗室檢定存在差異，因此只能利用電能表現(xiàn)場校驗儀來完成電能表的在線測量工作。盡管隨著科學(xué)技術(shù)和電力工業(yè)的發(fā)展，電能表現(xiàn)場校驗儀的工藝和測量水平已有較大的提高，其測量的結(jié)果也具備較高的準(zhǔn)確度，然而，在使用電能表現(xiàn)場校驗儀進(jìn)行現(xiàn)場測量時，若操作人員操作不夠規(guī)范，也會導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生一定偏差。因此下文著重分析各典型分量可能給測量結(jié)果引入的附加誤差，并相應(yīng)地提出預(yù)防糾正的措施，以規(guī)范電能表在線測量工作，保證其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2 電能表現(xiàn)場校驗儀的工作原理

在電能表在線測量時，可將電能表現(xiàn)場校驗儀視為一臺高于被檢電能表精度等級的、具備輔助功能的標(biāo)準(zhǔn)電能表。將電能表現(xiàn)場校驗儀接入線路（可采用電壓并聯(lián)，電流串聯(lián)的方式接入，接線原理框圖如圖1所示），保證其與被檢電能表處于同一電氣接點上，電能表現(xiàn)場校驗儀通過采集被檢電能表的電能脈沖數(shù)（電子式電能表）或鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)（感應(yīng)式電能表），與電能表現(xiàn)場校驗儀本身通過電能量轉(zhuǎn)換的高頻電能脈沖進(jìn)行比對，得出兩個電能脈沖偏差的相對值，即為當(dāng)前狀態(tài)下電能表的電能誤差。電能表現(xiàn)場校驗儀內(nèi)的電壓互感器、電流互感器、電壓電流取樣回路的阻抗和計量芯片等電子元器件參數(shù)會因操作方式、環(huán)境的不同而使電壓、電流采樣信號的幅值、相位均發(fā)生變化，導(dǎo)致測量電量與實際電量產(chǎn)生偏差。[1，2]

圖1 電能表現(xiàn)場校驗儀工作原理圖

3 電能表校驗儀在線測量時的附加誤差的分析

根據(jù)電能表在線測量的原理，主要從電壓采樣、電流采樣、接線方式和現(xiàn)場環(huán)境條件四個方面，具體分析電能表在線測量時產(chǎn)生的附加誤差的原理。

3.1 電壓采樣引入的附加誤差

在電能表在線測量時，連接電能表現(xiàn)場校驗儀和被檢電能表的電壓導(dǎo)線與電壓端子之間會產(chǎn)生分布電容，使電能表現(xiàn)場校驗儀電壓采樣線圈的等效總損耗電阻增大，產(chǎn)生接線誤差，使電壓測量結(jié)果與實際電壓值產(chǎn)生負(fù)偏差；電能表現(xiàn)場校驗儀電壓線圈的分流作用也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，這在進(jìn)行單相電能表測量時尤為明顯。

3.2 電流采樣引入的附加誤差

3.2.1 直接接入式

電能表現(xiàn)場校驗儀在測量準(zhǔn)確度要求較高，安裝有專用接線盒的電能表時，可利用接線盒接線原理，將電能表現(xiàn)場校驗儀的電流端與被檢電能表的電流線路直接串接，此方法可測得較精確的電流值，但是效率較差，并且在電流連接線上會產(chǎn)生各種寄生耦合、引線電感、高頻干擾和電磁干擾。

3.2.2間接接入式

電能表現(xiàn)場校驗儀也可運用鉗型互感器接入式來測量準(zhǔn)確度要求不高或無法采用直接接入式接線的電能表，其計量原理是建立在電流互感器工作原理的基礎(chǔ)上的，故鉗型互感器的鐵心是否閉合緊密、是否有大量剩磁對測量結(jié)果影響很大[3]；鉗口表面不干凈會影響鉗口的表面接觸,從而削弱磁力線的導(dǎo)通力；測量時鉗型互感器的接入位置不牢靠會使鉗口松動,增大了鐵心接觸面的距離,同樣也會削弱磁力線的導(dǎo)通力[4]。這些情況都會使得鐵心不能緊密閉合，從而影響測量結(jié)果。雖然間接接入的方式在保證測量的準(zhǔn)確度和測量的范圍滿足要求的情況下，解決了電流二次在線測試的安全問題，但是由于其結(jié)構(gòu)和工藝的問題，以鉗型互感器采樣電流信號會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，容易因操作不當(dāng)而引入附加誤差，它是電能表在線測量產(chǎn)生附加誤差的主要來源。

3.3 接線方式及相位角識別錯誤所引入的附加誤差

電能表現(xiàn)場校驗儀利用六角圖來判斷測量線路接線方式是否正確，電能表在線測量時，要確保電能表現(xiàn)場校驗儀與被檢電能表處于同一個電氣節(jié)點上，并且各電參數(shù)極性一致，因此正確判斷現(xiàn)場電能表的接線關(guān)系是電能在線計量的基礎(chǔ)和糾錯辨別的保證。如三相四線制時，是否存在反相電流；三相三線制時，電壓是△形接法還是Y形接法；電壓相序和電流相序接入是否正確，是否能夠準(zhǔn)確測得線路的電壓、電流的相位關(guān)系；是否能夠準(zhǔn)確識別錯誤接線和電源不穩(wěn)定時所產(chǎn)生的功率變化對誤差的影響等，以上判斷都會使測量結(jié)果的產(chǎn)生附加誤差。

3.4 現(xiàn)場環(huán)境溫濕度引入的附加誤差

電能表現(xiàn)場校驗儀周期檢定采用的檢定依據(jù)為JJG 596-1999《電子式電能表檢定規(guī)程》，規(guī)程要求在溫度（20±2）℃、濕度（60±15）%RH的條件下進(jìn)行檢定工作，JJG 1055-1997《交流電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》明確規(guī)定“允許使用鉗型電流互感器作為校準(zhǔn)儀的電流輸入元件,校準(zhǔn)時,校準(zhǔn)儀與鉗形電流互感器應(yīng)整體校準(zhǔn)”。[5]得到在實驗室標(biāo)準(zhǔn)條件下的電能基本誤差，而在電能表在線測量實際工作時，現(xiàn)場的環(huán)境溫濕度不同于實驗室并且變化較快，其負(fù)載情況也相對不平衡，這些都會使電能表現(xiàn)場校驗儀在線測量電能表的測量結(jié)果產(chǎn)生附加誤差。

4 預(yù)防和糾正電能表現(xiàn)場校驗儀使用時產(chǎn)生附加誤差的措施

電能表現(xiàn)場校驗儀在實際使用過程中，為了保持其具有較好的測量能力，避免產(chǎn)生影響測量結(jié)果準(zhǔn)確的附加誤差，應(yīng)規(guī)范使用電能表現(xiàn)場校驗儀，可從以下幾個部分進(jìn)行預(yù)防和糾正：

4.1 減少電壓采樣引入附加誤差

為使電能表現(xiàn)場校驗儀采集電能表的電壓盡可能少受分布電容的影響,要求電壓線要盡量短；導(dǎo)線分開布置，避免交叉,并保持其位置固定；同時，要確保電能表現(xiàn)場校驗儀的接入電壓與被檢電能表的電壓一致，以減少引入的附加誤差。

4.2 減少電流采樣引入附加誤差

在以直接接入方式測量電流時，應(yīng)針對實際測量的電能表所需的電流限量選擇不同線徑的輸出導(dǎo)線，電流越大所選導(dǎo)線應(yīng)越粗；電流線應(yīng)盡量短，將導(dǎo)線攤開放直，不可將其盤起來放在一處，此法可減少各種寄生耦合電容和引線電感；將設(shè)備的外殼或屏蔽層與大地實行低阻抗連接，給高頻干擾電壓提供一個低阻抗通路，能夠有效防止電磁干擾，保證準(zhǔn)確測量。

當(dāng)間接測量電流時，在測量前應(yīng)對鉗型互感器的鉗口接觸面進(jìn)行清潔，在測量時要擺正鉗型互感器的接入位置，盡量避免由于鉗型互感器自身的重量所帶來的鉗口松動，可以緊固鉗頭以增加鐵心接觸面的壓力，從而使接觸更緊密,提高磁力線的導(dǎo)通力,使測量誤差更準(zhǔn)確，同時要注意鉗型互感器接入時一定要對準(zhǔn)方向，防止出現(xiàn)反相的現(xiàn)象。

4.3預(yù)防接線方式及相位角識別錯誤所引入的附加誤差

測量時要了解電能表的工作狀態(tài)，確認(rèn)電能表各相接線方式，將電能表現(xiàn)場校驗儀切換到相應(yīng)工作方式，并且要確保接線的正確，防止由于接線錯誤而出現(xiàn)反相測量或逆序測量；一般在負(fù)載電流大于被檢電能表標(biāo)定電流的5%、功率因數(shù)大于0.5的條件下進(jìn)行測量，得到的測量準(zhǔn)確性較為真實；脈沖數(shù)或圓盤轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)設(shè)定得足夠多，以防止電能表運行不穩(wěn)定或電源變動而影響誤差測試的準(zhǔn)確性。

4.4 預(yù)防現(xiàn)場環(huán)境溫濕度引入的附加誤差

為使電能表在線測量的數(shù)據(jù)更真實可靠，使用電能表現(xiàn)場校驗儀時應(yīng)盡量使測量的環(huán)境溫濕度接近實驗室溫濕度，測量前應(yīng)在現(xiàn)場環(huán)境中預(yù)熱一定時間，以保持儀表的熱穩(wěn)定度、線性度和精確度盡可能的與實驗室檢定時一致。如果現(xiàn)場環(huán)境確實遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)溫濕度的要求，應(yīng)當(dāng)在測量后對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

另外，電能表現(xiàn)場校驗儀是一種便攜式的標(biāo)準(zhǔn)儀器，經(jīng)常在各種環(huán)境的現(xiàn)場使用，隨著運行時間的增加以及環(huán)境溫度、振動等的影響，其誤差變化的可能性大為增加，因此，應(yīng)定期對電能表現(xiàn)場校驗儀進(jìn)行比對及校驗，以保證量值的準(zhǔn)確可靠。

5電能表校驗儀在線測量時的附加誤差的實例分析

根據(jù)上文所述，通過現(xiàn)場操作驗證電能表現(xiàn)場校驗儀的正確使用能夠保證測量的精確，將河南思達(dá)的三相電能計量/質(zhì)量現(xiàn)場測試儀SB2300A作為測量用電能表現(xiàn)場校驗儀，選取3×220/380V、3×1.5（6）A，有功1級的三相電子式電能表進(jìn)行多次在線測量，分別對三相電子式電能表的各參量進(jìn)行測量，得出多次測量結(jié)果平均值如表1所示，由各項變差的代數(shù)和可以說明，在此次在線測量中，電能表在線測量的測量方法的規(guī)范與否，將可能導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生的附加誤差約為準(zhǔn)確度的1/15。

表1 三相電子式電能表進(jìn)行在線測量結(jié)果

6 結(jié)束語

使用電能表現(xiàn)場校驗儀進(jìn)行電能表在線測量時，除了儀器自身由于器件、工藝和結(jié)構(gòu)等因素的影響，電壓電流的采樣及現(xiàn)場的環(huán)境都也會影響測量的結(jié)果，而影響測量結(jié)果的誤差有很大一部分可能通過操作人員的規(guī)范操作來避免，只要操作人員加以注意和預(yù)防糾正就能夠較好地減少不規(guī)范操作所帶來的不利影響。因此在電能表在線測量時，操作方法和測量方式的規(guī)范性，能夠有效防止附加誤差的引入，有利于提高測量結(jié)果的可靠度。

[1] 祝曉紅；電能計量 [M].北京：中國電力出版社；

[2] 藍(lán)永林；交流電能計量 [M].北京:中國計量出版社.

[3] 戴偉；電能表現(xiàn)場校驗儀使用中應(yīng)注意的問題[J]中國計量.2007(01).

[4] 崔麗娟，李瑋，趙曉俊；電能表現(xiàn)場校驗儀的準(zhǔn)確計量及使用[J]品牌與標(biāo)準(zhǔn)化.2010(18).

[5] 張麗偉,鄭光明,申秀香,張景濤；電能表現(xiàn)場校驗儀中鉗形電流互感器誤差的檢定方法[J]河北電力技術(shù).2010(06).

Study on the Additional Error for On-Line Measurement of Electric Energy Meter Scene Calibrator Additional

SHEN Ming-yan
(Fujian Metrology Institute, Fuzhou 350003, Fujian, China)

This article is to explore electric energy meter scene calibrator additional on-line measurement might bring the additional error and corrective actions. According to the working principle of watt-hour meter on-site checking instrument, and connecting with the practical applications of this industrial field, this paper analysis typical components whose influence result measured by watt-hour meter onsite checking instrument. In this way,we can find out additional interference brought by each component, and put forward corresponding preventive corrective measures to ensure the accuracy of on-line measurement by watt-hour meter on-site checking instrument.

Electric energy meter scene calibrator additional; On-line measurement; Additional error; Prevention and correction

2013-11-18

沈明炎，男，福建省計量科學(xué)研究院，工程師