沈明炎

（福建省計量科學研究院，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，并結合工業(yè)現(xiàn)場的實際應用情況，分析影響電能表現(xiàn)場校驗儀的測量結果的典型分量，確定各分量所帶來的附加干擾，并提出相應的預防糾正的措施，確保電能表現(xiàn)場校驗儀在線測量的準確性。

電能表現(xiàn)場校驗儀；在線測量；附加誤差；預防糾正

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確可靠，對電能計量至關重要，尤其是電力工業(yè)進入商品市場經(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，故需要對電能表進行定期檢測，以確保其電能表處于準確可靠的運行狀態(tài)。由于電能表在線運行，不能夠掉電脫表進行實驗室檢定，其在線測量的環(huán)境、設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。盡管隨著科學技術和電力工業(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，其測量的結果也具備較高的準確度，然而，在使用電能表現(xiàn)場校驗儀進行現(xiàn)場測量時，若操作人員操作不夠規(guī)范，也會導致測量結果產(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果引入的附加誤差，并相應地提出預防糾正的措施，以規(guī)范電能表在線測量工作，保證其測量結果的準確性和可靠性。

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、具備輔助功能的標準電能表。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行比對，得出兩個電能脈沖偏差的相對值，即為當前狀態(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，使電壓測量結果與實際電壓值產(chǎn)生負偏差；電能表現(xiàn)場校驗儀電壓線圈的分流作用也會對測量結果產(chǎn)生影響，這在進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，從而影響測量結果。雖然間接接入的方式在保證測量的準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，但是由于其結構和工藝的問題，以鉗型互感器采樣電流信號會對測量結果產(chǎn)生較大的影響，容易因操作不當而引入附加誤差，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)場電能表的接線關系是電能在線計量的基礎和糾錯辨別的保證。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，是否能夠準確測得線路的電壓、電流的相位關系；是否能夠準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的條件下進行檢定工作，JJG 1055-1997《交流電能表現(xiàn)場校準技術規(guī)范》明確規(guī)定“允許使用鉗型電流互感器作為校準儀的電流輸入元件,校準時,校準儀與鉗形電流互感器應整體校準”。[5]得到在實驗室標準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果產(chǎn)生附加誤差。

4 預防和糾正電能表現(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)生影響測量結果準確的附加誤差，應規(guī)范使用電能表現(xiàn)場校驗儀，可從以下幾個部分進行預防和糾正：

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線，電流越大所選導線應越粗；電流線應盡量短，將導線攤開放直，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，保證準確測量。

當間接測量電流時，在測量前應對鉗型互感器的鉗口接觸面進行清潔，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,提高磁力線的導通力,使測量誤差更準確，同時要注意鉗型互感器接入時一定要對準方向，防止出現(xiàn)反相的現(xiàn)象。

4.3預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)，確認電能表各相接線方式，將電能表現(xiàn)場校驗儀切換到相應工作方式，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；一般在負載電流大于被檢電能表標定電流的5%、功率因數(shù)大于0.5的條件下進行測量，得到的測量準確性較為真實；脈沖數(shù)或圓盤轉(zhuǎn)數(shù)應設定得足夠多，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確性。

4.4 預防現(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)場校驗儀時應盡量使測量的環(huán)境溫濕度接近實驗室溫濕度，測量前應在現(xiàn)場環(huán)境中預熱一定時間，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)境確實遠超出標準溫濕度的要求，應當在測量后對數(shù)據(jù)進行修正。

另外，電能表現(xiàn)場校驗儀是一種便攜式的標準儀器，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，應定期對電能表現(xiàn)場校驗儀進行比對及校驗，以保證量值的準確可靠。

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行多次在線測量，分別對三相電子式電能表的各參量進行測量，得出多次測量結果平均值如表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，將可能導致測量結果產(chǎn)生的附加誤差約為準確度的1/15。

表1 三相電子式電能表進行在線測量結果

6 結束語

使用電能表現(xiàn)場校驗儀進行電能表在線測量時，除了儀器自身由于器件、工藝和結構等因素的影響，電壓電流的采樣及現(xiàn)場的環(huán)境都也會影響測量的結果，而影響測量結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)場校驗儀使用中應注意的問題[J]中國計量.2007(01).

[4] 崔麗娟，李瑋，趙曉??；電能表現(xiàn)場校驗儀的準確計量及使用[J]品牌與標準化.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.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，福建省計量科學研究院，工程師