智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案

李曉明

摘要：本文主要就對(duì)南通市智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)及其不確定度的評(píng)定。

關(guān)鍵詞：使用情況工作原理檢測(cè)方案難題不確定度

1 智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)在南通市的應(yīng)用及檢定情況

通過(guò)對(duì)南通市各高等學(xué)校的學(xué)生公寓采用智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的使用狀況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在一些新建的學(xué)生公寓基本上都選擇智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)集電能計(jì)算、負(fù)荷控制、雙重保護(hù)、收費(fèi)管理、用電資料統(tǒng)計(jì)分析功能于一體，可防止設(shè)備受損及電費(fèi)流失，同時(shí)基于用電資料統(tǒng)計(jì)分析來(lái)改善電能管理質(zhì)量。

智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)屬于強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具。以前因各種原因這項(xiàng)檢定工作并未開(kāi)展，現(xiàn)在社會(huì)對(duì)用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具的準(zhǔn)確性越來(lái)越重視，開(kāi)展檢定工作迫在眉睫。南通市計(jì)量檢定測(cè)試所現(xiàn)階段在電能計(jì)量器具的檢定上仍采用傳統(tǒng)模式，即又各單位將器具拆下送到該所進(jìn)行檢定，因而檢定工作任務(wù)量大，工作內(nèi)容繁瑣。這種傳統(tǒng)的檢定模式已不能適應(yīng)現(xiàn)在的檢定要求，這樣就需要尋求一種新的能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線檢定或校驗(yàn)的方法。

2 智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的工作原理

智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理器和控電機(jī)柜四部分組成。

2.1 系統(tǒng)軟件。應(yīng)用多線程分布式技術(shù)，設(shè)有多種聯(lián)機(jī)模式以滿足用戶的個(gè)性化需求，安裝和使用簡(jiǎn)單方便。該系統(tǒng)能夠?qū)?56臺(tái)數(shù)據(jù)管理器進(jìn)行管理，系統(tǒng)功能包括：電能計(jì)量、數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)控用電過(guò)程、繳費(fèi)管理等。

2.2 網(wǎng)絡(luò)。采用TCP/IP協(xié)議利用校園通訊，在聯(lián)網(wǎng)的情況下計(jì)算機(jī)無(wú)需借助IC卡即可傳輸和管理用電單元的電能數(shù)據(jù)，電能管理簡(jiǎn)單方便。

2.3 數(shù)據(jù)管理器。液晶顯示、中文菜單。數(shù)據(jù)管理器主要是管理下拉機(jī)，在脫網(wǎng)的情況下可替代計(jì)算機(jī)。同時(shí)，通過(guò)它還能對(duì)房間的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。

2.4 控電機(jī)柜?？仉姍C(jī)柜主要有兩種，一種是集中式機(jī)柜，另一種是分層嵌入式機(jī)柜。集中式機(jī)柜裝配在學(xué)生宿舍的配電間或收發(fā)室，分層嵌入式機(jī)柜裝配在宿舍樓各層走廊的墻壁上，分別計(jì)量、管理和控制各房間的用電情況，每臺(tái)分層嵌入式機(jī)柜最多可管理32個(gè)房間，每臺(tái)集中式機(jī)柜最多可對(duì)112個(gè)房間進(jìn)行管理。

該系統(tǒng)的工作原理: 智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)是在電子電能表成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用電子式電能模塊通過(guò)多點(diǎn)采集模塊（包括脈沖采集模塊和通訊功能模塊），用脈沖模塊對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)其采集的脈沖信號(hào)的多少來(lái)確定用電量的大小。然后通過(guò)通訊模塊將電流、電壓及脈沖等傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理器，通過(guò)數(shù)據(jù)管理器與上位機(jī)通訊，將需要傳送的定時(shí)循環(huán)接受的或根據(jù)系統(tǒng)要求接受某個(gè)電子電能模塊或某組電子電能模塊的電量數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)上位機(jī)的處理軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可以進(jìn)行電能計(jì)量，監(jiān)控用電過(guò)程，繳費(fèi)管理以及查詢電能數(shù)據(jù)等操作，并且能夠?qū)Ω鱾€(gè)用電單元的用電近況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以按天、周、月、季、年進(jìn)行報(bào)表查詢打印。

3 對(duì)智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案

通過(guò)對(duì)智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)使用情況和工作原理的了解，想要對(duì)該系統(tǒng)的電能計(jì)量準(zhǔn)確性進(jìn)行檢定，只有采用現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)的方法。現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)需要，該所購(gòu)買了一臺(tái)HPU-3001C電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，該儀器采用國(guó)際最新數(shù)字電子技術(shù)，以DSP高速處理器為核心，能同時(shí)測(cè)量電壓、電流、功率、電能、頻率等電量。具有精度高、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、攜帶及使用方便等特點(diǎn)。

有了檢測(cè)設(shè)備，用電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀對(duì)智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)的電子式電能模塊的電能計(jì)量進(jìn)行校驗(yàn)。將該電子式電能模塊的電流、電壓及脈沖信號(hào)接入電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀。通過(guò)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)得的電流、電壓及脈沖的數(shù)據(jù)，與電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀內(nèi)部配有的0.05級(jí)的電能基準(zhǔn)相比較。得出該電子式電能模塊的電能計(jì)量的誤差是多少，從而得出該電子式電能模塊的電能計(jì)量是否準(zhǔn)確。

4 如何解決現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案中的難題

在實(shí)施該現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案時(shí)，也遇到了一些難題。

4.1 在截取電流、電壓及脈沖信號(hào)時(shí)，因該系統(tǒng)是采用的電子式電能模塊，它和一般的電子電能表有一些不同，它只有電源和負(fù)載的輸入端子，并沒(méi)有脈沖信號(hào)的輸出端子，該所的電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無(wú)法與之連線，無(wú)法獲取脈沖信號(hào)，同時(shí)該電子式電能模塊又是采用的封裝、插撥設(shè)計(jì)，無(wú)法從模塊上引出脈沖信號(hào)。因此先考慮是否能采用光電傳感器通過(guò)模塊上的脈沖信號(hào)指示燈來(lái)獲取脈沖信號(hào)。經(jīng)試驗(yàn)，該模塊的指示燈信號(hào)太弱，光電傳感器無(wú)法取得穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。在這種情況下，該所與生產(chǎn)廠家取得了聯(lián)系，與廠家的技術(shù)人員共同探討，決定在該系統(tǒng)的通訊功能模塊上截取脈沖信號(hào)，在廠家的幫助下，該所做了專用的工裝。在檢測(cè)時(shí)將通訊模塊取下，在通訊模塊的插槽中插入制作的工裝，順利的取得了脈沖信號(hào)，解決了這一關(guān)鍵的難題。

4.2 在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，電子式電能模塊必須接入一定的負(fù)載，否則無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。以前在所內(nèi)檢測(cè)時(shí)，該負(fù)載是由電能表標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置提供的，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無(wú)法對(duì)電子式電能模塊提供負(fù)載。該所又自制了1500W的負(fù)載，將它接入線路中提供所需的負(fù)載。

5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的不確定度的評(píng)定

為了更好地為企業(yè)服務(wù)，同國(guó)際接軌，現(xiàn)對(duì)采用新的檢定裝置進(jìn)行電能校驗(yàn)的示值不確定度進(jìn)行評(píng)定。

5.1 概述

5.1.1 測(cè)量方法：參照J(rèn)JG596 -1999 《電子式電能表檢定規(guī)程》，JJF1055-1997《交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》。

5.1.2 環(huán)境條件：溫度（5~+35）℃，相對(duì)濕度≥85％。

5.1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)電能表，型號(hào)S－6502，測(cè)量范圍0－450V，0-20A，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)；電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，型號(hào)HPU-3001C，測(cè)量范圍0~450V，0～10A，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)。

5.1.4 被測(cè)對(duì)象：準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)電子式電能表。

5.1.5 測(cè)量過(guò)程：電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀輸出一定功率給被測(cè)表，對(duì)其進(jìn)行采樣積分，將獲得的電能值和系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)電能值作比對(duì)，由此獲得被測(cè)表在該功率時(shí)的相對(duì)誤差。

5.2 數(shù)學(xué)模型

γH=γwo

式中：γH表示被測(cè)電子式電能表的相對(duì)誤差；γwo表示電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀上測(cè)得的相對(duì)誤差。

5.3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定。輸入量γwo的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（γwo）的來(lái)源主要有三個(gè)方面：在重復(fù)性條件下由被測(cè)電能表測(cè)量不重復(fù)引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo1)，采用A類評(píng)定方法；單相標(biāo)準(zhǔn)電能表示值誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo2)，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo3)，采用B類評(píng)定方法。

5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo1)的評(píng)定。該不確定度分項(xiàng)主要是由于被測(cè)電能表的測(cè)量不重復(fù)引起的，可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)0.5級(jí)的被測(cè)電能表，在220V 5A、功率因數(shù)為1.0時(shí)，連續(xù)測(cè)量10次，測(cè)量結(jié)果如下：-0.17，-0.07，-0.12，-0.05，-0.16，-0.04，-0.21，-0.02，-0.15，-0.02（%）

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s=■=0.07%

所以u(píng)(γwo1)=s=0.07%。

5.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo2)的評(píng)定。單相標(biāo)準(zhǔn)電能表準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)，最大允許誤差為±0.1%，屬均勻分布，包含因子k=■，則u(γwo2)=0.1%/■=0.058%

5.3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo3)的評(píng)定。電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀經(jīng)江蘇省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所檢定合格，該裝置最大允許誤差為±0.1%，屬均勻分布，包含因子k=■，則

u(γwo3)=0.1%/■=0.058%。

5.3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(γwo)的計(jì)算：

u(γwo)=[u2(γwo1)+u2(γwo2)+u2(γwo3)]■=0.11%

5.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

5.4.1 靈敏系數(shù)：

數(shù)學(xué)模型γH=γwo

靈敏系數(shù)c=?墜γH/?墜γwo=1

5.4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算：

uc2(γH)=c2u2(γwo) uc(γH)=|c|u(γwo)=0.07%

5.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定。取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=k×uc(γH)=2×0.07%=0.14%

5.6 測(cè)量不確定度報(bào)告與表示。0.5級(jí)電子式電能表在3×220/380V、3×5A時(shí)相對(duì)誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=0.14% k=2

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG596-1999，電子式電能表檢定規(guī)程[S].

[2]JJF1055-1997，交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JJF1059-1999，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

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摘要：本文主要就對(duì)南通市智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)及其不確定度的評(píng)定。

關(guān)鍵詞：使用情況工作原理檢測(cè)方案難題不確定度

1 智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)在南通市的應(yīng)用及檢定情況

通過(guò)對(duì)南通市各高等學(xué)校的學(xué)生公寓采用智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的使用狀況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在一些新建的學(xué)生公寓基本上都選擇智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)集電能計(jì)算、負(fù)荷控制、雙重保護(hù)、收費(fèi)管理、用電資料統(tǒng)計(jì)分析功能于一體，可防止設(shè)備受損及電費(fèi)流失，同時(shí)基于用電資料統(tǒng)計(jì)分析來(lái)改善電能管理質(zhì)量。

智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)屬于強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具。以前因各種原因這項(xiàng)檢定工作并未開(kāi)展，現(xiàn)在社會(huì)對(duì)用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具的準(zhǔn)確性越來(lái)越重視，開(kāi)展檢定工作迫在眉睫。南通市計(jì)量檢定測(cè)試所現(xiàn)階段在電能計(jì)量器具的檢定上仍采用傳統(tǒng)模式，即又各單位將器具拆下送到該所進(jìn)行檢定，因而檢定工作任務(wù)量大，工作內(nèi)容繁瑣。這種傳統(tǒng)的檢定模式已不能適應(yīng)現(xiàn)在的檢定要求，這樣就需要尋求一種新的能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線檢定或校驗(yàn)的方法。

2 智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的工作原理

智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理器和控電機(jī)柜四部分組成。

2.1 系統(tǒng)軟件。應(yīng)用多線程分布式技術(shù)，設(shè)有多種聯(lián)機(jī)模式以滿足用戶的個(gè)性化需求，安裝和使用簡(jiǎn)單方便。該系統(tǒng)能夠?qū)?56臺(tái)數(shù)據(jù)管理器進(jìn)行管理，系統(tǒng)功能包括：電能計(jì)量、數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)控用電過(guò)程、繳費(fèi)管理等。

2.2 網(wǎng)絡(luò)。采用TCP/IP協(xié)議利用校園通訊，在聯(lián)網(wǎng)的情況下計(jì)算機(jī)無(wú)需借助IC卡即可傳輸和管理用電單元的電能數(shù)據(jù)，電能管理簡(jiǎn)單方便。

2.3 數(shù)據(jù)管理器。液晶顯示、中文菜單。數(shù)據(jù)管理器主要是管理下拉機(jī)，在脫網(wǎng)的情況下可替代計(jì)算機(jī)。同時(shí)，通過(guò)它還能對(duì)房間的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。

2.4 控電機(jī)柜?？仉姍C(jī)柜主要有兩種，一種是集中式機(jī)柜，另一種是分層嵌入式機(jī)柜。集中式機(jī)柜裝配在學(xué)生宿舍的配電間或收發(fā)室，分層嵌入式機(jī)柜裝配在宿舍樓各層走廊的墻壁上，分別計(jì)量、管理和控制各房間的用電情況，每臺(tái)分層嵌入式機(jī)柜最多可管理32個(gè)房間，每臺(tái)集中式機(jī)柜最多可對(duì)112個(gè)房間進(jìn)行管理。

該系統(tǒng)的工作原理: 智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)是在電子電能表成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用電子式電能模塊通過(guò)多點(diǎn)采集模塊（包括脈沖采集模塊和通訊功能模塊），用脈沖模塊對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)其采集的脈沖信號(hào)的多少來(lái)確定用電量的大小。然后通過(guò)通訊模塊將電流、電壓及脈沖等傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理器，通過(guò)數(shù)據(jù)管理器與上位機(jī)通訊，將需要傳送的定時(shí)循環(huán)接受的或根據(jù)系統(tǒng)要求接受某個(gè)電子電能模塊或某組電子電能模塊的電量數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)上位機(jī)的處理軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可以進(jìn)行電能計(jì)量，監(jiān)控用電過(guò)程，繳費(fèi)管理以及查詢電能數(shù)據(jù)等操作，并且能夠?qū)Ω鱾€(gè)用電單元的用電近況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以按天、周、月、季、年進(jìn)行報(bào)表查詢打印。

3 對(duì)智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案

通過(guò)對(duì)智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)使用情況和工作原理的了解，想要對(duì)該系統(tǒng)的電能計(jì)量準(zhǔn)確性進(jìn)行檢定，只有采用現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)的方法?，F(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)需要，該所購(gòu)買了一臺(tái)HPU-3001C電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，該儀器采用國(guó)際最新數(shù)字電子技術(shù)，以DSP高速處理器為核心，能同時(shí)測(cè)量電壓、電流、功率、電能、頻率等電量。具有精度高、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、攜帶及使用方便等特點(diǎn)。

有了檢測(cè)設(shè)備，用電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀對(duì)智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)的電子式電能模塊的電能計(jì)量進(jìn)行校驗(yàn)。將該電子式電能模塊的電流、電壓及脈沖信號(hào)接入電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀。通過(guò)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)得的電流、電壓及脈沖的數(shù)據(jù)，與電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀內(nèi)部配有的0.05級(jí)的電能基準(zhǔn)相比較。得出該電子式電能模塊的電能計(jì)量的誤差是多少，從而得出該電子式電能模塊的電能計(jì)量是否準(zhǔn)確。

4 如何解決現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案中的難題

在實(shí)施該現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案時(shí)，也遇到了一些難題。

4.1 在截取電流、電壓及脈沖信號(hào)時(shí)，因該系統(tǒng)是采用的電子式電能模塊，它和一般的電子電能表有一些不同，它只有電源和負(fù)載的輸入端子，并沒(méi)有脈沖信號(hào)的輸出端子，該所的電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無(wú)法與之連線，無(wú)法獲取脈沖信號(hào)，同時(shí)該電子式電能模塊又是采用的封裝、插撥設(shè)計(jì)，無(wú)法從模塊上引出脈沖信號(hào)。因此先考慮是否能采用光電傳感器通過(guò)模塊上的脈沖信號(hào)指示燈來(lái)獲取脈沖信號(hào)。經(jīng)試驗(yàn)，該模塊的指示燈信號(hào)太弱，光電傳感器無(wú)法取得穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。在這種情況下，該所與生產(chǎn)廠家取得了聯(lián)系，與廠家的技術(shù)人員共同探討，決定在該系統(tǒng)的通訊功能模塊上截取脈沖信號(hào)，在廠家的幫助下，該所做了專用的工裝。在檢測(cè)時(shí)將通訊模塊取下，在通訊模塊的插槽中插入制作的工裝，順利的取得了脈沖信號(hào)，解決了這一關(guān)鍵的難題。

4.2 在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，電子式電能模塊必須接入一定的負(fù)載，否則無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。以前在所內(nèi)檢測(cè)時(shí)，該負(fù)載是由電能表標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置提供的，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無(wú)法對(duì)電子式電能模塊提供負(fù)載。該所又自制了1500W的負(fù)載，將它接入線路中提供所需的負(fù)載。

5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的不確定度的評(píng)定

為了更好地為企業(yè)服務(wù)，同國(guó)際接軌，現(xiàn)對(duì)采用新的檢定裝置進(jìn)行電能校驗(yàn)的示值不確定度進(jìn)行評(píng)定。

5.1 概述

5.1.1 測(cè)量方法：參照J(rèn)JG596 -1999 《電子式電能表檢定規(guī)程》，JJF1055-1997《交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》。

5.1.2 環(huán)境條件：溫度（5~+35）℃，相對(duì)濕度≥85％。

5.1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)電能表，型號(hào)S－6502，測(cè)量范圍0－450V，0-20A，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)；電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，型號(hào)HPU-3001C，測(cè)量范圍0~450V，0～10A，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)。

5.1.4 被測(cè)對(duì)象：準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)電子式電能表。

5.1.5 測(cè)量過(guò)程：電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀輸出一定功率給被測(cè)表，對(duì)其進(jìn)行采樣積分，將獲得的電能值和系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)電能值作比對(duì)，由此獲得被測(cè)表在該功率時(shí)的相對(duì)誤差。

5.2 數(shù)學(xué)模型

γH=γwo

式中：γH表示被測(cè)電子式電能表的相對(duì)誤差；γwo表示電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀上測(cè)得的相對(duì)誤差。

5.3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定。輸入量γwo的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（γwo）的來(lái)源主要有三個(gè)方面：在重復(fù)性條件下由被測(cè)電能表測(cè)量不重復(fù)引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo1)，采用A類評(píng)定方法；單相標(biāo)準(zhǔn)電能表示值誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo2)，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo3)，采用B類評(píng)定方法。

5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo1)的評(píng)定。該不確定度分項(xiàng)主要是由于被測(cè)電能表的測(cè)量不重復(fù)引起的，可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)0.5級(jí)的被測(cè)電能表，在220V 5A、功率因數(shù)為1.0時(shí)，連續(xù)測(cè)量10次，測(cè)量結(jié)果如下：-0.17，-0.07，-0.12，-0.05，-0.16，-0.04，-0.21，-0.02，-0.15，-0.02（%）

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s=■=0.07%

所以u(píng)(γwo1)=s=0.07%。

5.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo2)的評(píng)定。單相標(biāo)準(zhǔn)電能表準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)，最大允許誤差為±0.1%，屬均勻分布，包含因子k=■，則u(γwo2)=0.1%/■=0.058%

5.3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo3)的評(píng)定。電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀經(jīng)江蘇省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所檢定合格，該裝置最大允許誤差為±0.1%，屬均勻分布，包含因子k=■，則

u(γwo3)=0.1%/■=0.058%。

5.3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(γwo)的計(jì)算：

u(γwo)=[u2(γwo1)+u2(γwo2)+u2(γwo3)]■=0.11%

5.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

5.4.1 靈敏系數(shù)：

數(shù)學(xué)模型γH=γwo

靈敏系數(shù)c=?墜γH/?墜γwo=1

5.4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算：

uc2(γH)=c2u2(γwo) uc(γH)=|c|u(γwo)=0.07%

5.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定。取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=k×uc(γH)=2×0.07%=0.14%

5.6 測(cè)量不確定度報(bào)告與表示。0.5級(jí)電子式電能表在3×220/380V、3×5A時(shí)相對(duì)誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=0.14% k=2

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG596-1999，電子式電能表檢定規(guī)程[S].

[2]JJF1055-1997，交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JJF1059-1999，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

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摘要：本文主要就對(duì)南通市智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)及其不確定度的評(píng)定。

關(guān)鍵詞：使用情況工作原理檢測(cè)方案難題不確定度

1 智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)在南通市的應(yīng)用及檢定情況

通過(guò)對(duì)南通市各高等學(xué)校的學(xué)生公寓采用智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的使用狀況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在一些新建的學(xué)生公寓基本上都選擇智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)集電能計(jì)算、負(fù)荷控制、雙重保護(hù)、收費(fèi)管理、用電資料統(tǒng)計(jì)分析功能于一體，可防止設(shè)備受損及電費(fèi)流失，同時(shí)基于用電資料統(tǒng)計(jì)分析來(lái)改善電能管理質(zhì)量。

智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)屬于強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具。以前因各種原因這項(xiàng)檢定工作并未開(kāi)展，現(xiàn)在社會(huì)對(duì)用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具的準(zhǔn)確性越來(lái)越重視，開(kāi)展檢定工作迫在眉睫。南通市計(jì)量檢定測(cè)試所現(xiàn)階段在電能計(jì)量器具的檢定上仍采用傳統(tǒng)模式，即又各單位將器具拆下送到該所進(jìn)行檢定，因而檢定工作任務(wù)量大，工作內(nèi)容繁瑣。這種傳統(tǒng)的檢定模式已不能適應(yīng)現(xiàn)在的檢定要求，這樣就需要尋求一種新的能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線檢定或校驗(yàn)的方法。

2 智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的工作原理

智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理器和控電機(jī)柜四部分組成。

2.1 系統(tǒng)軟件。應(yīng)用多線程分布式技術(shù)，設(shè)有多種聯(lián)機(jī)模式以滿足用戶的個(gè)性化需求，安裝和使用簡(jiǎn)單方便。該系統(tǒng)能夠?qū)?56臺(tái)數(shù)據(jù)管理器進(jìn)行管理，系統(tǒng)功能包括：電能計(jì)量、數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)控用電過(guò)程、繳費(fèi)管理等。

2.2 網(wǎng)絡(luò)。采用TCP/IP協(xié)議利用校園通訊，在聯(lián)網(wǎng)的情況下計(jì)算機(jī)無(wú)需借助IC卡即可傳輸和管理用電單元的電能數(shù)據(jù)，電能管理簡(jiǎn)單方便。

2.3 數(shù)據(jù)管理器。液晶顯示、中文菜單。數(shù)據(jù)管理器主要是管理下拉機(jī)，在脫網(wǎng)的情況下可替代計(jì)算機(jī)。同時(shí)，通過(guò)它還能對(duì)房間的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。

2.4 控電機(jī)柜?？仉姍C(jī)柜主要有兩種，一種是集中式機(jī)柜，另一種是分層嵌入式機(jī)柜。集中式機(jī)柜裝配在學(xué)生宿舍的配電間或收發(fā)室，分層嵌入式機(jī)柜裝配在宿舍樓各層走廊的墻壁上，分別計(jì)量、管理和控制各房間的用電情況，每臺(tái)分層嵌入式機(jī)柜最多可管理32個(gè)房間，每臺(tái)集中式機(jī)柜最多可對(duì)112個(gè)房間進(jìn)行管理。

該系統(tǒng)的工作原理: 智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)是在電子電能表成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用電子式電能模塊通過(guò)多點(diǎn)采集模塊（包括脈沖采集模塊和通訊功能模塊），用脈沖模塊對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)其采集的脈沖信號(hào)的多少來(lái)確定用電量的大小。然后通過(guò)通訊模塊將電流、電壓及脈沖等傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理器，通過(guò)數(shù)據(jù)管理器與上位機(jī)通訊，將需要傳送的定時(shí)循環(huán)接受的或根據(jù)系統(tǒng)要求接受某個(gè)電子電能模塊或某組電子電能模塊的電量數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)上位機(jī)的處理軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可以進(jìn)行電能計(jì)量，監(jiān)控用電過(guò)程，繳費(fèi)管理以及查詢電能數(shù)據(jù)等操作，并且能夠?qū)Ω鱾€(gè)用電單元的用電近況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以按天、周、月、季、年進(jìn)行報(bào)表查詢打印。

3 對(duì)智能集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案

通過(guò)對(duì)智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)使用情況和工作原理的了解，想要對(duì)該系統(tǒng)的電能計(jì)量準(zhǔn)確性進(jìn)行檢定，只有采用現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)的方法?，F(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)需要，該所購(gòu)買了一臺(tái)HPU-3001C電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，該儀器采用國(guó)際最新數(shù)字電子技術(shù)，以DSP高速處理器為核心，能同時(shí)測(cè)量電壓、電流、功率、電能、頻率等電量。具有精度高、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、攜帶及使用方便等特點(diǎn)。

有了檢測(cè)設(shè)備，用電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀對(duì)智能集中型電能計(jì)量管理系統(tǒng)的電子式電能模塊的電能計(jì)量進(jìn)行校驗(yàn)。將該電子式電能模塊的電流、電壓及脈沖信號(hào)接入電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀。通過(guò)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)得的電流、電壓及脈沖的數(shù)據(jù)，與電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀內(nèi)部配有的0.05級(jí)的電能基準(zhǔn)相比較。得出該電子式電能模塊的電能計(jì)量的誤差是多少，從而得出該電子式電能模塊的電能計(jì)量是否準(zhǔn)確。

4 如何解決現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案中的難題

在實(shí)施該現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案時(shí)，也遇到了一些難題。

4.1 在截取電流、電壓及脈沖信號(hào)時(shí)，因該系統(tǒng)是采用的電子式電能模塊，它和一般的電子電能表有一些不同，它只有電源和負(fù)載的輸入端子，并沒(méi)有脈沖信號(hào)的輸出端子，該所的電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無(wú)法與之連線，無(wú)法獲取脈沖信號(hào)，同時(shí)該電子式電能模塊又是采用的封裝、插撥設(shè)計(jì)，無(wú)法從模塊上引出脈沖信號(hào)。因此先考慮是否能采用光電傳感器通過(guò)模塊上的脈沖信號(hào)指示燈來(lái)獲取脈沖信號(hào)。經(jīng)試驗(yàn)，該模塊的指示燈信號(hào)太弱，光電傳感器無(wú)法取得穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。在這種情況下，該所與生產(chǎn)廠家取得了聯(lián)系，與廠家的技術(shù)人員共同探討，決定在該系統(tǒng)的通訊功能模塊上截取脈沖信號(hào)，在廠家的幫助下，該所做了專用的工裝。在檢測(cè)時(shí)將通訊模塊取下，在通訊模塊的插槽中插入制作的工裝，順利的取得了脈沖信號(hào)，解決了這一關(guān)鍵的難題。

4.2 在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，電子式電能模塊必須接入一定的負(fù)載，否則無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。以前在所內(nèi)檢測(cè)時(shí)，該負(fù)載是由電能表標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置提供的，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無(wú)法對(duì)電子式電能模塊提供負(fù)載。該所又自制了1500W的負(fù)載，將它接入線路中提供所需的負(fù)載。

5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的不確定度的評(píng)定

為了更好地為企業(yè)服務(wù)，同國(guó)際接軌，現(xiàn)對(duì)采用新的檢定裝置進(jìn)行電能校驗(yàn)的示值不確定度進(jìn)行評(píng)定。

5.1 概述

5.1.1 測(cè)量方法：參照J(rèn)JG596 -1999 《電子式電能表檢定規(guī)程》，JJF1055-1997《交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》。

5.1.2 環(huán)境條件：溫度（5~+35）℃，相對(duì)濕度≥85％。

5.1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)電能表，型號(hào)S－6502，測(cè)量范圍0－450V，0-20A，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)；電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀，型號(hào)HPU-3001C，測(cè)量范圍0~450V，0～10A，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)。

5.1.4 被測(cè)對(duì)象：準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)電子式電能表。

5.1.5 測(cè)量過(guò)程：電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀輸出一定功率給被測(cè)表，對(duì)其進(jìn)行采樣積分，將獲得的電能值和系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)電能值作比對(duì)，由此獲得被測(cè)表在該功率時(shí)的相對(duì)誤差。

5.2 數(shù)學(xué)模型

γH=γwo

式中：γH表示被測(cè)電子式電能表的相對(duì)誤差；γwo表示電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀上測(cè)得的相對(duì)誤差。

5.3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定。輸入量γwo的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（γwo）的來(lái)源主要有三個(gè)方面：在重復(fù)性條件下由被測(cè)電能表測(cè)量不重復(fù)引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo1)，采用A類評(píng)定方法；單相標(biāo)準(zhǔn)電能表示值誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo2)，電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的誤差引起的不確定度分項(xiàng)u(γwo3)，采用B類評(píng)定方法。

5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo1)的評(píng)定。該不確定度分項(xiàng)主要是由于被測(cè)電能表的測(cè)量不重復(fù)引起的，可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)0.5級(jí)的被測(cè)電能表，在220V 5A、功率因數(shù)為1.0時(shí)，連續(xù)測(cè)量10次，測(cè)量結(jié)果如下：-0.17，-0.07，-0.12，-0.05，-0.16，-0.04，-0.21，-0.02，-0.15，-0.02（%）

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s=■=0.07%

所以u(píng)(γwo1)=s=0.07%。

5.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo2)的評(píng)定。單相標(biāo)準(zhǔn)電能表準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)，最大允許誤差為±0.1%，屬均勻分布，包含因子k=■，則u(γwo2)=0.1%/■=0.058%

5.3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(γwo3)的評(píng)定。電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀經(jīng)江蘇省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所檢定合格，該裝置最大允許誤差為±0.1%，屬均勻分布，包含因子k=■，則

u(γwo3)=0.1%/■=0.058%。

5.3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(γwo)的計(jì)算：

u(γwo)=[u2(γwo1)+u2(γwo2)+u2(γwo3)]■=0.11%

5.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

5.4.1 靈敏系數(shù)：

數(shù)學(xué)模型γH=γwo

靈敏系數(shù)c=?墜γH/?墜γwo=1

5.4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算：

uc2(γH)=c2u2(γwo) uc(γH)=|c|u(γwo)=0.07%

5.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定。取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=k×uc(γH)=2×0.07%=0.14%

5.6 測(cè)量不確定度報(bào)告與表示。0.5級(jí)電子式電能表在3×220/380V、3×5A時(shí)相對(duì)誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=0.14% k=2

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG596-1999，電子式電能表檢定規(guī)程[S].

[2]JJF1055-1997，交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JJF1059-1999，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

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