智能电能表误差分析及控制措施

肖华辉

摘  要：智能电能表可以监测和控制电能的使用情况，分析并控制其误差问题。阐述了智能电能表的组成和功能，从多个方面分析了智能电能表的误差来源，然后采用科学的误差试验方法，总结出了控制电能表误差和一致性误差的有效方法。

关键词：智能电能表;误差来源;电压采样电路;负载电流

中图分类号：TM933.4            文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.143

1  智能电能表的组成和功能

智能电能表由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。电能计量误差是电能表最基本的性能指标。

2  智能电能表的误差来源

2.1  智能电能表功耗不影响计量误差

由于计量电路所用的检测电流只是外部负载电流，并不包含电表工作电源的电流，所以电表本身的功耗不包含在电表计量的电量内。

2.2  电流采样电路引起的误差

要测量几安培乃至几十安培的交流电流，必须要将其转变为等效的小信号交流电压，否则无法测量。直接接入式电子式电能表一般采用锰铜分流片。

2.3  电压采样电路引起的误差

电压采样采用电阻分压，考虑到电阻的功耗和耐压，一般采用多个相同工艺和精度的贴片电阻串联。由于分压关系，电阻的温度变化使取样电压关系式的分子和分母相互抵消，因此，要采用低成本、精度为1%的电阻。

2.4  计量芯片引起的误差

计量电路采样输入的交流电压和电流交流模拟信号是在计量芯片内与基准源参考电压比较中实现A/D转换的，因此，基准源的变化对计量精度的影响极大。基准源参考电压需要足够稳定。

2.5  影响量引起的误差

影响量是相对于参比条件的变化引起的附加百分数误差。在实际工作中，电能表受各种因素的影响，不可避免地会在工作中产生误差，电能表工作的电压、电流情况，所处的电磁环境和温度差异都会使电能表产生误差。

2.6  潜动性能影响轻载误差

运行电流在标定电流的5%～10%之间时，称之为轻载。对于电能表来说，其潜动与启动是两个相互矛盾的性能，当我们强调灵敏度时，必须考虑其抗干扰性能，两项折中，最后会降低精度，所以误差是无法避免的。

3  误差试验方法

3.1  误差一致性试验

在电能表参比电压、参比电流加载30 min后，对于同一批

次的n个被试样品，在参比电压、100%Ib、10%Ib、功率因数1和0.5L处，被试样品的测量结果与同一测试点n个样品的平均值的最大差值不应超过一定的限值。被试样品应使用同一台多表位校验装置同时测试。

3.2  误差变差试验

电能表在参比电压、参比电流加载30 min后，对于同一被试样品，在参比电压、Ib、功率因数1和0.5L处，对样品做第一次测试;在试验条件不变的条件下间隔5 min后，对样品做第二次测试。同一测试点处的两次测试结果的差的绝对值不应超过0.2%.

3.3  负载电流升降变差试验

电能表在参比电压、参比电流加载30 min后，按照负载电流从轻载到Imax的顺序进行首次误差测试，并记录各负载点的误差。负载电流在Imax点保持2 min后，再按照负载电流从Imax到轻载的顺序进行第二次误差测试，并记录各负载点误差。同一只被试样品在相同负载点处的误差变化的绝对值不应超过0.25%.测试点的负载电流为0.05Ib、Ib、Imax。

3.4  测量重复性试验

在参比电压、参比频率和参比电流下，对功率因数为1和0.5L两个负载点分别做不少于5次的相对误差测量。

4  电能表误差问题分析

4.1  误差一致性

误差一致性要求：同一批次数只被试验样品在同一测试点的测试误差与平均值间的偏差不能超过某一限定值。

误差一致性是指被试样表在某点测试的误差与其他n个样品误差平均值的差值（n一般为3～6），即被检表误差-n个样品的误差平均值≤0.3%，而不是说样表在该测试点的误差小于0.3%.

误差一致性仅对做全性能试验的样本有要求，真正批量入库的时候则没有误差一致性要求，除非在招标技术规范中明确指出了误差一致性要求。《电子式交流电能表检定规程》（JJG 596—2012）中没有误差一致性判别要求。

4.2  误差变差

误差变差要求：对于同一被试样品，在相同的测试点，在负荷电流为Ib、功率因数为1和0.5L的负载点进行重复测试，相邻测试结果间的最大误差的绝对值不应超过0.2%.

测量的重复性：重复性是指测量装置在同一工作环境，在被测对象参量不变的条件下，输入量按同一方向做多次（3次以上）全量程变化时，输入、输出特性曲线的一致程度。用输入、输出特性曲线间的最大偏差值ΔR与量程yFS之比的百分数来表示。

4.3  案例分析

问题描述：某供应商供货智能电能表经全检验收试验发现，误差一致性不合格。

误差一致性试验：同一批次数只被试验样品在同一测试点的测试误差与平均值间的偏差不能超过表1中的限定值。

表1  误差一致性限值

误差限值

Ib（cosφ=1、0.5L）

0.1Ib（cosφ=1）

±0.3%

±0.4%

说明电能表批量生产过程中的不同电表具有不同特性，需要在生产过程中加以改进。

误差一致性问题涉及采样电路元器件、计量芯片等的精度、稳定性和可靠性，电能表生产工艺和调校工艺等。生产中出现误差的主要原因包括：①当采用以人工为主的加工方式时，生产过程中的人工介入过多，造成产品特性的离散，增加了同样产品不同个体之间的差异性，难以保证产品性能的高度一致性，同时加大了生产管理的难度;②产品没有做超声波清洗和三防工艺处理或处理不到位，出厂检定时是合格的，电表储存受潮后，计量芯片和采样电路元器件性能发生改变，从而导致误差;③工艺控制不严，初校误差点误差范围过大;④复校时内控误差范围过大;⑤校验台体台差过大。

5  智能电能表误差及一致性误差的控制

5.1  设计过程控制

合理设计计量电路，优选元器件。设计过程对控制一致性误差是相当重要的。为了保证计量的精确性，降低误差，我们就必须对信号采样和信号计量电路提出更高的要求。对于电流、电压采样电路，当使用锰铜电阻或电阻网络进行采样时，所使用的电阻就必须是高精度、温度系数低、稳定性高的电阻。对于电能表的核心计量芯片，芯片的选型对电能表的性能至关重要。

5.2  生产过程控制

在生产时，应当尽量使生产流程标准化。在一些流程中使用自动化生产，达到产品的误差一致性要求。规范工艺流程，利用超声波清洗时，应注意清洗质量;按规定定期更换清洗液，以免清洗不干净;规范三防漆喷涂工艺，必须在高温烘干后涂三防漆，且应喷涂均匀。另外，三防漆的材料很重要，最好采用进口醇酸树脂材料，防止产品受潮后性能受影响。

5.3  校表流程控制

采用软件校表，提高校表、复表内控误差，在工艺控制上缩小初校误差范围。出厂时，要对误差进行严格测试，复校内控误差范围如表2所示。

表2  复校内控误差范围

误差限值

Ib（cosφ=1、0.5L）

0.1Ib（cosφ=1）

±0.2%

±0.3%

5.4  计量标准器具的定期校准/检定

利用0.02%级标准功率计来校正工厂生产中使用的0.05%级电能表校验仪，避免电能表校验仪的台差影响，进一步加强对测量不确定度的研究，探究电能表设计和生产过程中产生误差的原因，并有针对性地进行改进。

6  结束语

综上所述，智能电能表的使用越来越广泛，它对电能的高效使用有着重要的意义。因此，控制智能电能表的误差可以有效地节约电能。我们要清楚智能电能表的构造和功能，找到误差的来源，通过试验分析误差。只有这样，才能做好误差控制工作，创造更多的经济和社会效益。

参考文献

[1]段秋云，张涛.智能电能表的误差发生原因分析及防范措施[J].中国电子商务，2014（14）.

[2]邓金艳.电子式电能表误差分析与处理[J].科技与企业，2013（05）.

〔编辑：王霞〕

Smart Meter Error Analysis and Control Measures

Xiao Huahui

Abstract： The smart meter can monitor and control energy usage， analyze and control the error problem. Describes the composition and function of the smart meter， from multiple sources of error analyzes the smart meter， and then using the scientific method error test， summed up the effective ways to control energy meter error and consistency errors.

Key words： smart meter; error sources; voltage sampling circuit; the load current