基于DK－45B的交流电能表装置自动检定设计

于 刚 冯铁英

（1.滨海县计量测试所，江苏 盐城224500；2.江苏省计量科学研究院，江苏 南京210000）

0 引言

此方案的提出主要解决江苏省内交流电能表装置的计量问题，区别于PRS200.3的自动检定方案，本方案除采取低频反检法计量装置的基本误差、重复性、功率稳定性、监视示值、失真度等五大指标外，还可以实现电压电流相位对称度、工作环境相关参数、绝缘性能、多路输出一致性指标的测量，此方案可以高效地实现对0.05 级及0.05 级以下交流电能表装置的计量。

1 DK－45B简介

DK－45B三相多功能标准表是采用现代测试手段、高速数字处理器（DSP）、复杂可编程逻辑阵列（CPLD）、高精度测量技术、嵌入式计算机系统等设计的，适用于电能计量行业、电能实验室及相关电力公司计量技术机构，是用于电力产品检定和校准的理想设备。

（1）宽量程测量：交流电压信号测量范围（0～1 200V），交流电流信号测量范围（0～120A）。

（2）采用大屏设计，将三相电压、电流、相位、失真度、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、各项总功率、频率显示在一个界面上，无需来回切换界面，读数直观。

（3）具有向量图和三相电压相位、三相电流相位、三相电压与电流夹角同时显示功能，能适时采集向量图。

（4）波形显示功能：超大显示屏将三相电压及三相电流波形同时显示在一个界面上，且波形可放大及缩小显示。

（5）稳定度测量功能：可同时测量三相电压、三相电流、三相功率、总功率稳定度，具有多种稳定度算法，可做量值比对。

（6）电能校验功能：具有有功电能脉冲和无功电能脉冲同时输出功能，可批量检表，提高效率。

1.1 仪器主要技术指标

（1）交流电压测量。量限：10 V、20 V、60 V、100 V、220V、400V、600V、1 000V；测量范围：0～120%RG，RG 为量限；测量分辨率：0.001%RG；准确度：0.02%RG。

（2）交流电流测量。量限：0.1A、0.2A、0.5A、1A、2A、5A、10A、25A、50A、100A；测量范围：0～120%RG，RG 为量限；测量分辨率：0.001%RG；准确度：0.02%RG。

（3）功率测量。有功功率测量准确度：0.02%RG。

（4）输出电能脉冲常数（imp/kW·h）。DK－45B 电能输出常数可设置，设置范围：1～7.2×1010；最高脉冲输出频率为100kHz。

（5）输入电能脉冲常数（imp/kW·h）。DK－45B 电能输入常数可设置，设置范围1～7.2×1010；最高脉冲输入频率为100kHz。

1.2 装置基本误差测量的可行性论证

江苏省苏南电表厂家与各个县市级计量所大都购买国内南自、科陆、三晖三家的装置，由于大多检定装置的台体采用宽量程标准表，且校验过程中标准表的常数在不同电压、电流下也不同（如zera公司的com3000系列），标准表的脉冲输出端有FH 和FL 两种型式，可通过菜单FH/FL 键选择，输出电能表常数在菜单上有显示。但绝大部分0.05 级和0.05 级以下的检定装置表位只能用于接收低频脉冲，而主标准器脉冲输出口多为高频，限制了装置的计量方法，传统上采用装置的标准表发送高频脉冲到主标准器，在主标准器上完成误差处理，部分大量程还需要用到分频器，如前文提到的PRS200.3的自动检定方案就是采取这种方案。

（1）宽量限、高精度的DK－45B 满足完全满足JJG597—2005《交流电能表检定装置》和JJG1085—2013《标准电能表检定规程》的技术指标要求。

（2）低频反检法是通过主标准器经FL 端口发送脉冲常数到装置的脉冲输入口或相应的表位，通过装置误差板的误差处理模块得出装置的误差值。可见，采用低频反检法的优点在于囊括了装置标准表的误差、误差板误差处理模块的误差、电压/电流互感器（如果用到互感器）误差、电压压降误差等，主标准器发送的低频常数与装置标准表送入的脉冲常数在装置的误差板上处理比较，因为处理的是低频信号，大幅降低了对误差板处理器的能力要求，通过TTL电平完整地采集到脉冲数，降低了高频情况下因信号波形的毛刺或脉冲整形电路不彻底而造成的丢失脉冲的误操作几率。同时充分利用DK－45B主标准器可以发送固定脉冲常数这一优点，在不同的电流量程设置一个合理的固定常数的情况下，在全过程中检测220V 额定电压下0.01～100A 的检测点，实现真正的全自动。

由设置低频常数的频率测量法公式可知：

式中，Cx为标准电能表的脉冲常数（imp/kW·h）；f 为标准表DK－45B脉冲输出口的频率或装置表位接收的频率（Hz）；P 为被检标准电能表上通过的功率（W）。

式（1）的理论依据如下：设未知的标准电能表常数为Cx，则一个脉冲表示1/Cx的电能，那么1s内的电能为f·1/Cx，已知被检标准电能表上通过的功率为P，则1s内的电能为P×10－3/3 600，即有f·1/Cx＝P·10－3/3 600，即可推出式（1）。

以检测三相0.05 级SJJ－1装置的220 V/0.05 A的检测点，装置表位可以接受的低频上限f＝20kHz为例，此时标准表设置的常数C1＝108，同理在220V/100A时设置常数C2＝105，算得装置表位接收的频率f 均小于20kHz，皆在装置误差处理板的接收处理范围内。因此，可根据电流值不同在DK－45B上设置相应的低频脉冲常数，通过反检法依据JJG597—2005《交流电能表检定装置》实现基本误差的测量。

2 软件测试

2.1 基本误差、重复性、功率稳定性指标的软件实现

以南自三厂0.05级SJJ－1装置为例，依据JJG597—2005《交流电能表检定装置》，在额定电压220 V 下，电流档在0.05A、1 A、5 A、10 A、20 A、50A、100 A，功率因数在1.0 和0.5（L），误差检测点的基本检测项选择220V/5A 下重复性选取10个点、功率稳定性选取20个点（此标准器有3种功率稳定性算法可以自由选择），此时需注意：

（1）接线方式：标准表DK－45B 的电压端子应采集第一表位的电压（考虑到压降对装置误差的影响，通常大部分厂家将第一个表位与装置的标准表直接相连），电流端子应采集第一个表位的电流接线柱上的电流。标准表DK－45B的脉冲输出端与装置误差板脉冲接收端相连。

（2）由于采用反检法，报表的误差值注意取反，且应设置上一级标准器给出的DK－45B的修正值，同时需要根据JJG597—2005《交流电能表检定装置》设置相应的误差极限值，若超差，红色显示，便于观察。

（4）全部的基本误差点都可在软件上实现，一般化的控源只能在同一规格相线的额定电压下实现不同电流在不同功率因数下方案点的添加，无法满足客户在不同相线、不同额定电压的情况下实现不同电流在不同功率因数下添加的需求。

图1为基于DK－45B实现的上述方案点添加界面。

以南自三厂0.05级SJJ－1装置为例，测试点、控源软件部分如图2所示（此误差点为取反后）。

2.2 其他指标的软件实现

其他指标包括监视示值、失真度、电压/电流相位对称度、工作环境相关参数、多路输出一致性。DK－45B采用485通信，电压、电流、相位、频率的监视示值与电压、电流波形失真度均可以通过通信线反馈到报表，依据JJG597—2005《交流电能表检定装置》公式算法得出的电压、电流相位对称性也可上传到终端。DK－45B内部集成了温度采集芯片，可以实时采集实验室温湿度。由于选用反检法，误差值是通过装置的某一表位的误差处理模块得出，可以通过选取多路进行多次测量，观察短期误差变值，从而实现多路输出一致性的测量。

图1 基于DK－45B实现的方案点添加界面

图2 测试点、控源软件部分

3 结语

由于JJG597—2005《交流电能表检定装置》中要求的检定项目较多，完成检定工作通常需要2～3h，工作强度较大。采用本文所述方案，经多次实践，测出上述指标的时间三相装置大约为40min，而单相装置在20min左右。这可以让检定人员从重复劳动中解脱出来，大大降低了工作强度，同时也减少了人为因素的影响，使检定数据更加准确可靠。