段曉萌 姜洪浪 王曉東 陳方方

摘要：中國和德國在交流電測量領(lǐng)域有著廣泛的交流與聯(lián)系，兩國逐漸發(fā)展出了一套適合各自國情的智能量測體系。文中以交流電能表為例，分別站在中德雙方角度，闡述了各自在標(biāo)準(zhǔn)、管理等環(huán)節(jié)的執(zhí)行方法及特點。

關(guān)鍵詞：中國 德國 智能量測體系 交流電能表

Compare and Analyze of Smart Metering System Between China and German

Duan Xiaomeng， Jiang Honglang， Wang Xiaodong， Chen Fangfang

（ China Electricity Power Research Institute）

Abstract： There is deep cooperation and relationship between China and German in the research area of AC measurement， both of them develop a Smart Metering System based on their situation. Use the electricity meter， for example， introduce the methods and features in standardization， management by both sides of China and German.

Key words： China， German， Smart Metering System， AC electricity energy meter

0引言

1979年，中國與德國共同簽署了《中德計量技術(shù)合作協(xié)議》，在過去的40余年中，中國受到了很多來自德國的幫助與支持，并且雙方也在不同的計量領(lǐng)域中保持了十分密切的合作與交流，取得了非常豐碩的成果。其中，我國的標(biāo)準(zhǔn)電能計量基準(zhǔn)，就是在得到了德方的儀器資助后建立的。電能計量是保證電力用戶及電力公司之間電力交易公平、公正、公開的重要手段，電能表是承擔(dān)法制電能計量功能的重要載體，完善的計量體系能夠確保將電能計量基準(zhǔn)準(zhǔn)確地傳遞至每一只電能表上。

在貿(mào)易越來越自由化的當(dāng)今社會，為了減少企業(yè)關(guān)稅成本，計量標(biāo)準(zhǔn)的國際比對與互認(rèn)顯得越發(fā)重要，在中德計量建交之后的幾十年間，我國不斷派遣電能計量領(lǐng)域科研工作者赴德交流。中國電力科學(xué)研究院計量研究所作為國網(wǎng)公司的電能計量標(biāo)準(zhǔn)制定單位以及我國高電壓計量基準(zhǔn)單位，曾先后多次指派青年骨干赴德學(xué)習(xí)，德方專家也多次來中國電力科學(xué)研究院計量研究所進行學(xué)術(shù)訪問，更加加速推進了兩國的計量國際化進程。雙方電能計量技術(shù)協(xié)同發(fā)展，逐步形成具備各自風(fēng)格特點的電能計量體系，衍生出了一系列符合各自特色的計量設(shè)備。為了更好地了解雙方當(dāng)前的電能計量發(fā)展進程，本文以電能表為例，從標(biāo)準(zhǔn)、管理、技術(shù)上介紹中德智能量測體系及具體應(yīng)用方法的差異。

1 標(biāo)準(zhǔn)體系差異

1.1 OIML

國際法制計量組織（OIML）是一個國際間的政府組織，其建立的目的是為了能夠消除其成員國家之間的法制計量差異與壁壘的。OIML的主要出版物是國際建議（OIML R），是確定計量器具的計量特性要求、規(guī)定測量方法的典型規(guī)程。國際建議是由各成員國共同編制的，因此各成員國應(yīng)盡可能地履行國際建議。OIML頒布的R46-2012 《Active electricity energy meters》是現(xiàn)行的電能表國際建議，向其成員國提出有關(guān)電能法制計量的建議，我國和德國均是OIML的成員國，有義務(wù)遵照國際建議制定自身的計量體系。

1.2IEC

國際電工委員會（IEC）是非政府性質(zhì)的國際電工標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)，其發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)是基于成員國共同編制的，具備很強的國際通用性，因此很多國家直接等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)作為國家標(biāo)準(zhǔn)使用，用于指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗等過程?，F(xiàn)行的電能表相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)是IEC 62051～62059《Electricity metering equipment》系列標(biāo)準(zhǔn)。IEC和OIML兩者間沒有必然聯(lián)系，但是為了避免技術(shù)要求上的矛盾，OIML與IEC兩大組織之間也簽訂了合作備忘錄，使得生產(chǎn)企業(yè)或檢測機構(gòu)可以同時使用OIML和IEC標(biāo)準(zhǔn)。

1.3各國落地實施方法

電能計量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞是依靠電能計量基準(zhǔn)對低等級計量裝置及檢測設(shè)備的定期檢定來實現(xiàn)的，各個國家均保存著各自的電能計量基準(zhǔn)，我國的電能計量基準(zhǔn)保存在中國計量科學(xué)研究院（簡稱NIM），德國的電能計量基準(zhǔn)保存在聯(lián)邦物理研究院（簡稱PTB）。電能表作為法定計量器具，從出廠時的型式試驗到批量運行前的檢定，有一套完整的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系支撐。原則上，作為OIML的成員國，我國和德國均應(yīng)當(dāng)遵循R46要求制定相應(yīng)的型式評價大綱及檢定規(guī)程，然而事實上由于R46的更新速度滯后于國際電能計量的發(fā)展速度，各國均發(fā)展出了適合自身國情的標(biāo)準(zhǔn)體系。

我國現(xiàn)行的《中華人民共和國計量法》要求電能表必須通過型式評價后方可投入批量生產(chǎn)，型式評價所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)被稱為型式評價大綱，2019年以前，我國的型式評價大綱是依據(jù)IEC體系轉(zhuǎn)化過來的，其技術(shù)指標(biāo)及要求均以IEC要求為基礎(chǔ)。德國屬于歐盟，歐盟法律要求電能表如在歐洲市場投運，必須通過計量器具指令集（Measuring Instrument Directive， MID）的認(rèn)證，MID所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是歐盟標(biāo)準(zhǔn)，其部分技術(shù)指標(biāo)也是參考IEC所制定的。

在我國，型式評價大綱已完成了最新一版的修訂工作，并于2019年發(fā)布，本次修訂是完全基于R46要求開展的，因此，未來我國出具的型式評價報告將逐步具有國際互認(rèn)性。在德國，當(dāng)企業(yè)需要進行R46認(rèn)證時，認(rèn)證機構(gòu)也會基于MID認(rèn)證證書增加R46差異化試驗項目，來確保其測試報告的國際互認(rèn)性。

2管理體系差異

2.1概述

對電能表這樣數(shù)量規(guī)模龐大，分布地域廣闊的法制計量器具進行管理是一個比較重大的挑戰(zhàn)，離不開政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及管理辦法的引導(dǎo)和支撐。在電能表的生產(chǎn)、檢測、采購、檢定、運行這一全生命周期中，兩國均發(fā)展出了一套完善的體系，并通過法律法規(guī)明確了所必須要求執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，表1列出了在電能表全生命周期中兩國分別應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2認(rèn)證階段

認(rèn)證階段是對電能表的設(shè)計原理及法制計量功能進行評價，兩國對于電能表的認(rèn)證流程基本一致，主要區(qū)別在于認(rèn)證方法上。

2.2.1我國電能表型式評價

在我國，電能表認(rèn)證階段需要對電能表進行型式評價，需要在具備型式評價資質(zhì)的機構(gòu)進行全方位的檢測，檢測合格后將頒發(fā)型式批準(zhǔn)證書（CPA證書）。型式評價機構(gòu)依據(jù)型式評價大綱，通過對電能表生產(chǎn)企業(yè)提供的文檔資料和樣機進行核查，并出具報告，確保該產(chǎn)品能夠滿足所有的法制計量要求。

2.2.2德國電能表型式試驗

在歐盟內(nèi)部，各個國家通過遵循計量器具指令集（MID 2014/32/EU）來確保計量產(chǎn)品能夠在整個歐盟市場內(nèi)流通，因此德國在進行電能表型式試驗時遵循MID中Module B要求。當(dāng)新型式的電能表生產(chǎn)出來之后，生產(chǎn)企業(yè)將樣表送至有資質(zhì)的機構(gòu)進行型式試驗。試驗機構(gòu)查看電能表的設(shè)計技術(shù)文檔，并檢查電能表是否能夠完全滿足技術(shù)要求，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是EN 50470：2006，該標(biāo)準(zhǔn)是參考IEC 62052制定出來的，但是僅包含有功電能計量部分。

2.3驗收階段

電能表在經(jīng)過認(rèn)證之后即可投入生產(chǎn)，并最終參與電力公司的公開招標(biāo)，電力公司作為電能表的產(chǎn)權(quán)擁有單位有權(quán)利及義務(wù)對電能表進行驗收，確保能夠滿足應(yīng)用需求。在驗收階段，中德兩國的國情導(dǎo)致了在管理上有部分差異。

2.3.1我國電能表檢定及驗收

《中華人民共和國計量法》規(guī)定，必須依據(jù)檢定規(guī)程進行檢定，我國現(xiàn)行的電能表檢定規(guī)程是JJG 596—2012《電子式交流電能表檢定規(guī)程》，規(guī)程中要求貿(mào)易結(jié)算用的電能表作為法制計量器具，必須逐只進行強制檢定。我國的電力公司主要由國家電網(wǎng)有限公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古電力有限責(zé)任公司以及一些地方電力公司組成，各個電力公司負(fù)責(zé)采購、檢定、安裝、運維自己轄區(qū)內(nèi)部的電能表。我國電能表數(shù)量龐大，全檢一般是在市場監(jiān)督管理局的授權(quán)及監(jiān)督下，由電力公司的計量中心開展檢定。以國家電網(wǎng)為例，目前在運的電能表有5.1億只以上，每年新裝或輪換的電能表大概占10%左右，各省計量中心利用自動化檢定流水線嚴(yán)格按照檢定規(guī)程要求逐只對電能表開展檢定，檢定并且驗收合格后才具備將電能表安裝至現(xiàn)場的條件。

2.3.2德國電能表兩種驗收模式

德國電能計量主要遵循兩部法律法規(guī)：MessEG和MessEV，其完整的規(guī)范了認(rèn)證機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)遵守的一些規(guī)定，明確了電能表作為計量器具應(yīng)當(dāng)受到法制化管理。并且規(guī)定了電能表在投放至市場之前應(yīng)當(dāng)完成MID的Module B+D或者Module B+F試驗，Module B是型式試驗，Module D和Module F是可選的兩種驗收模式。Module D是基于生產(chǎn)過程質(zhì)量保證的型式符合性驗證，即生產(chǎn)商具備成套的試驗測試能力，如果該套測試方法及系統(tǒng)通過了認(rèn)證機構(gòu)的評估并獲得了認(rèn)證，則允許該廠家在生產(chǎn)過程中直接對每只電能表開展測試，無需再進行額外的測試即可驗收。Module F是基于產(chǎn)品驗證的型式符合性驗證，即在有資質(zhì)的試驗檢測機構(gòu)，依據(jù)IEC 62058開展全量或者抽樣的測試，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判斷該生產(chǎn)批次是否合格，是否能夠通過驗收。

2.4運行階段

無論是感應(yīng)式電能表還是電子式電能表，其內(nèi)部的關(guān)鍵器件都會隨著使用壽命的增長或環(huán)境條件的改變而老化，嚴(yán)重時可能會產(chǎn)生故障，導(dǎo)致計量失準(zhǔn)。然而，對安裝在現(xiàn)場的電能表“一刀切”式的檢查或者輪換將會耗費大量的人力及物力。因此，如何能夠快速且高效地發(fā)現(xiàn)運行故障的電能表是中德兩國一直以來的研究重點，兩國均發(fā)展出了一套適合自己國情的方法。

2.4.1 我國利用大數(shù)據(jù)技術(shù)在線監(jiān)測

我國幅員遼闊，如何管理數(shù)量及規(guī)模如此龐大的電能表是一個重大難題。按照檢定規(guī)程要求，電能表的檢定周期一般為6～8年，到達(dá)檢定周期后必須全部拆回進行周期檢定。同時，在檢定周期之內(nèi)，還需要定期開展抽樣檢測，確保在運電能表計量功能的準(zhǔn)確可靠。

借著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的紅利，我國電力公司作為智能電能表的管理者也研究出了一些能夠監(jiān)測智能電能表運行狀態(tài)的新方法。以國家電網(wǎng)公司為例，其轄區(qū)內(nèi)已基本實現(xiàn)智能電能表的全覆蓋安裝，建立的用電信息采集系統(tǒng)收集電能表的用電數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)價值，利用大數(shù)據(jù)算法，精準(zhǔn)分析在運電能表的運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備異常的在線監(jiān)測，能夠及時處理故障或異常。

2.4.2德國抽檢延長輪換周期

MessEV中規(guī)定了德國電能表的檢定周期，感應(yīng)式的電能表的檢定周期為16年，電子式的電能表的檢定周期為8年。由于德國目前還沒有鋪開推廣建設(shè)智能量測系統(tǒng)，因此尚未實現(xiàn)電能表狀態(tài)的在線監(jiān)測，但是經(jīng)過幾十年的研究，德國也發(fā)展出了一種通過抽樣檢測來判斷在運電能表狀態(tài)，并適當(dāng)延長輪換周期的方法。該方法是對到達(dá)輪換周期的在運同一批次電能表開展抽樣檢測，抽樣方法及依據(jù)參考IEC 62058，如果合格則允許繼續(xù)使用，以后每年繼續(xù)抽樣5%，確保在運電能表的整體質(zhì)量能夠符合應(yīng)用要求。

3總結(jié)

本文分別從標(biāo)準(zhǔn)、管理的角度介紹了中德電能計量體系。中德兩國均在法制計量的基礎(chǔ)上發(fā)展出了一套適合自身國情的智能量測體系，兩國均具備成套的法律法規(guī)，認(rèn)證機構(gòu)以及管理體系。