基于DK－45B的交流電能表裝置自動(dòng)檢定設(shè)計(jì)

于 剛 馮鐵英

（1.濱?？h計(jì)量測(cè)試所，江蘇 鹽城224500；2.江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，江蘇 南京210000）

0 引言

此方案的提出主要解決江蘇省內(nèi)交流電能表裝置的計(jì)量問題，區(qū)別于PRS200.3的自動(dòng)檢定方案，本方案除采取低頻反檢法計(jì)量裝置的基本誤差、重復(fù)性、功率穩(wěn)定性、監(jiān)視示值、失真度等五大指標(biāo)外，還可以實(shí)現(xiàn)電壓電流相位對(duì)稱度、工作環(huán)境相關(guān)參數(shù)、絕緣性能、多路輸出一致性指標(biāo)的測(cè)量，此方案可以高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)0.05 級(jí)及0.05 級(jí)以下交流電能表裝置的計(jì)量。

1 DK－45B簡(jiǎn)介

DK－45B三相多功能標(biāo)準(zhǔn)表是采用現(xiàn)代測(cè)試手段、高速數(shù)字處理器（DSP）、復(fù)雜可編程邏輯陣列（CPLD）、高精度測(cè)量技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)計(jì)的，適用于電能計(jì)量行業(yè)、電能實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)電力公司計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，是用于電力產(chǎn)品檢定和校準(zhǔn)的理想設(shè)備。

（1）寬量程測(cè)量：交流電壓信號(hào)測(cè)量范圍（0～1 200V），交流電流信號(hào)測(cè)量范圍（0～120A）。

（2）采用大屏設(shè)計(jì)，將三相電壓、電流、相位、失真度、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、各項(xiàng)總功率、頻率顯示在一個(gè)界面上，無需來回切換界面，讀數(shù)直觀。

（3）具有向量圖和三相電壓相位、三相電流相位、三相電壓與電流夾角同時(shí)顯示功能，能適時(shí)采集向量圖。

（4）波形顯示功能：超大顯示屏將三相電壓及三相電流波形同時(shí)顯示在一個(gè)界面上，且波形可放大及縮小顯示。

（5）穩(wěn)定度測(cè)量功能：可同時(shí)測(cè)量三相電壓、三相電流、三相功率、總功率穩(wěn)定度，具有多種穩(wěn)定度算法，可做量值比對(duì)。

（6）電能校驗(yàn)功能：具有有功電能脈沖和無功電能脈沖同時(shí)輸出功能，可批量檢表，提高效率。

1.1 儀器主要技術(shù)指標(biāo)

（1）交流電壓測(cè)量。量限：10 V、20 V、60 V、100 V、220V、400V、600V、1 000V；測(cè)量范圍：0～120%RG，RG 為量限；測(cè)量分辨率：0.001%RG；準(zhǔn)確度：0.02%RG。

（2）交流電流測(cè)量。量限：0.1A、0.2A、0.5A、1A、2A、5A、10A、25A、50A、100A；測(cè)量范圍：0～120%RG，RG 為量限；測(cè)量分辨率：0.001%RG；準(zhǔn)確度：0.02%RG。

（3）功率測(cè)量。有功功率測(cè)量準(zhǔn)確度：0.02%RG。

（4）輸出電能脈沖常數(shù)（imp/kW·h）。DK－45B 電能輸出常數(shù)可設(shè)置，設(shè)置范圍：1～7.2×1010；最高脈沖輸出頻率為100kHz。

（5）輸入電能脈沖常數(shù)（imp/kW·h）。DK－45B 電能輸入常數(shù)可設(shè)置，設(shè)置范圍1～7.2×1010；最高脈沖輸入頻率為100kHz。

1.2 裝置基本誤差測(cè)量的可行性論證

江蘇省蘇南電表廠家與各個(gè)縣市級(jí)計(jì)量所大都購買國(guó)內(nèi)南自、科陸、三暉三家的裝置，由于大多檢定裝置的臺(tái)體采用寬量程標(biāo)準(zhǔn)表，且校驗(yàn)過程中標(biāo)準(zhǔn)表的常數(shù)在不同電壓、電流下也不同（如zera公司的com3000系列），標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖輸出端有FH 和FL 兩種型式，可通過菜單FH/FL 鍵選擇，輸出電能表常數(shù)在菜單上有顯示。但絕大部分0.05 級(jí)和0.05 級(jí)以下的檢定裝置表位只能用于接收低頻脈沖，而主標(biāo)準(zhǔn)器脈沖輸出口多為高頻，限制了裝置的計(jì)量方法，傳統(tǒng)上采用裝置的標(biāo)準(zhǔn)表發(fā)送高頻脈沖到主標(biāo)準(zhǔn)器，在主標(biāo)準(zhǔn)器上完成誤差處理，部分大量程還需要用到分頻器，如前文提到的PRS200.3的自動(dòng)檢定方案就是采取這種方案。

（1）寬量限、高精度的DK－45B 滿足完全滿足JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》和JJG1085—2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定規(guī)程》的技術(shù)指標(biāo)要求。

（2）低頻反檢法是通過主標(biāo)準(zhǔn)器經(jīng)FL 端口發(fā)送脈沖常數(shù)到裝置的脈沖輸入口或相應(yīng)的表位，通過裝置誤差板的誤差處理模塊得出裝置的誤差值。可見，采用低頻反檢法的優(yōu)點(diǎn)在于囊括了裝置標(biāo)準(zhǔn)表的誤差、誤差板誤差處理模塊的誤差、電壓/電流互感器（如果用到互感器）誤差、電壓壓降誤差等，主標(biāo)準(zhǔn)器發(fā)送的低頻常數(shù)與裝置標(biāo)準(zhǔn)表送入的脈沖常數(shù)在裝置的誤差板上處理比較，因?yàn)樘幚淼氖堑皖l信號(hào)，大幅降低了對(duì)誤差板處理器的能力要求，通過TTL電平完整地采集到脈沖數(shù)，降低了高頻情況下因信號(hào)波形的毛刺或脈沖整形電路不徹底而造成的丟失脈沖的誤操作幾率。同時(shí)充分利用DK－45B主標(biāo)準(zhǔn)器可以發(fā)送固定脈沖常數(shù)這一優(yōu)點(diǎn)，在不同的電流量程設(shè)置一個(gè)合理的固定常數(shù)的情況下，在全過程中檢測(cè)220V 額定電壓下0.01～100A 的檢測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)。

由設(shè)置低頻常數(shù)的頻率測(cè)量法公式可知：

式中，Cx為標(biāo)準(zhǔn)電能表的脈沖常數(shù)（imp/kW·h）；f 為標(biāo)準(zhǔn)表DK－45B脈沖輸出口的頻率或裝置表位接收的頻率（Hz）；P 為被檢標(biāo)準(zhǔn)電能表上通過的功率（W）。

式（1）的理論依據(jù)如下：設(shè)未知的標(biāo)準(zhǔn)電能表常數(shù)為Cx，則一個(gè)脈沖表示1/Cx的電能，那么1s內(nèi)的電能為f·1/Cx，已知被檢標(biāo)準(zhǔn)電能表上通過的功率為P，則1s內(nèi)的電能為P×10－3/3 600，即有f·1/Cx＝P·10－3/3 600，即可推出式（1）。

以檢測(cè)三相0.05 級(jí)SJJ－1裝置的220 V/0.05 A的檢測(cè)點(diǎn)，裝置表位可以接受的低頻上限f＝20kHz為例，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表設(shè)置的常數(shù)C1＝108，同理在220V/100A時(shí)設(shè)置常數(shù)C2＝105，算得裝置表位接收的頻率f 均小于20kHz，皆在裝置誤差處理板的接收處理范圍內(nèi)。因此，可根據(jù)電流值不同在DK－45B上設(shè)置相應(yīng)的低頻脈沖常數(shù)，通過反檢法依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》實(shí)現(xiàn)基本誤差的測(cè)量。

2 軟件測(cè)試

2.1 基本誤差、重復(fù)性、功率穩(wěn)定性指標(biāo)的軟件實(shí)現(xiàn)

以南自三廠0.05級(jí)SJJ－1裝置為例，依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》，在額定電壓220 V 下，電流檔在0.05A、1 A、5 A、10 A、20 A、50A、100 A，功率因數(shù)在1.0 和0.5（L），誤差檢測(cè)點(diǎn)的基本檢測(cè)項(xiàng)選擇220V/5A 下重復(fù)性選取10個(gè)點(diǎn)、功率穩(wěn)定性選取20個(gè)點(diǎn)（此標(biāo)準(zhǔn)器有3種功率穩(wěn)定性算法可以自由選擇），此時(shí)需注意：

（1）接線方式：標(biāo)準(zhǔn)表DK－45B 的電壓端子應(yīng)采集第一表位的電壓（考慮到壓降對(duì)裝置誤差的影響，通常大部分廠家將第一個(gè)表位與裝置的標(biāo)準(zhǔn)表直接相連），電流端子應(yīng)采集第一個(gè)表位的電流接線柱上的電流。標(biāo)準(zhǔn)表DK－45B的脈沖輸出端與裝置誤差板脈沖接收端相連。

（2）由于采用反檢法，報(bào)表的誤差值注意取反，且應(yīng)設(shè)置上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器給出的DK－45B的修正值，同時(shí)需要根據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》設(shè)置相應(yīng)的誤差極限值，若超差，紅色顯示，便于觀察。

（4）全部的基本誤差點(diǎn)都可在軟件上實(shí)現(xiàn)，一般化的控源只能在同一規(guī)格相線的額定電壓下實(shí)現(xiàn)不同電流在不同功率因數(shù)下方案點(diǎn)的添加，無法滿足客戶在不同相線、不同額定電壓的情況下實(shí)現(xiàn)不同電流在不同功率因數(shù)下添加的需求。

圖1為基于DK－45B實(shí)現(xiàn)的上述方案點(diǎn)添加界面。

以南自三廠0.05級(jí)SJJ－1裝置為例，測(cè)試點(diǎn)、控源軟件部分如圖2所示（此誤差點(diǎn)為取反后）。

2.2 其他指標(biāo)的軟件實(shí)現(xiàn)

其他指標(biāo)包括監(jiān)視示值、失真度、電壓/電流相位對(duì)稱度、工作環(huán)境相關(guān)參數(shù)、多路輸出一致性。DK－45B采用485通信，電壓、電流、相位、頻率的監(jiān)視示值與電壓、電流波形失真度均可以通過通信線反饋到報(bào)表，依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》公式算法得出的電壓、電流相位對(duì)稱性也可上傳到終端。DK－45B內(nèi)部集成了溫度采集芯片，可以實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)室溫濕度。由于選用反檢法，誤差值是通過裝置的某一表位的誤差處理模塊得出，可以通過選取多路進(jìn)行多次測(cè)量，觀察短期誤差變值，從而實(shí)現(xiàn)多路輸出一致性的測(cè)量。

圖1 基于DK－45B實(shí)現(xiàn)的方案點(diǎn)添加界面

圖2 測(cè)試點(diǎn)、控源軟件部分

3 結(jié)語

由于JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》中要求的檢定項(xiàng)目較多，完成檢定工作通常需要2～3h，工作強(qiáng)度較大。采用本文所述方案，經(jīng)多次實(shí)踐，測(cè)出上述指標(biāo)的時(shí)間三相裝置大約為40min，而單相裝置在20min左右。這可以讓檢定人員從重復(fù)勞動(dòng)中解脫出來，大大降低了工作強(qiáng)度，同時(shí)也減少了人為因素的影響，使檢定數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。