大规模电能表自动检定时间优化模型设计

周　峰，程瑛颖，肖　冀，金志刚

(1.国网重庆市电力公司 电力科学研究院，重庆 401123；2.国网重庆市电力公司 电能计量器具性能评估实验室，重庆 401123；3.天津大学，天津 30072)



大规模电能表自动检定时间优化模型设计

周峰1,2，程瑛颖1,2，肖冀1,2，金志刚3

(1.国网重庆市电力公司 电力科学研究院，重庆 401123；2.国网重庆市电力公司 电能计量器具性能评估实验室，重庆 401123；3.天津大学，天津 30072)

摘要：论述电能表的计量检定原理和设计方法，介绍提高检测效率的检定试验时间优化模型和方案，为提升电能表检定效率和集约化管理模式的发展提供帮助。

关键词：电能表；检定；等待时间；脉冲间隔

随着国家电网公司“三集五大”发展战略的提出和智能电网的快速发展，业界有针对性地提出了电能表的集约化管理理念，省级计量中心成为了电能表集中检定的场所[1]。目前，国家电网省公司建成了集约化、大集中的省级计量中心，在技术上采用智能化全自动流水线电能表检定系统与自动化立体库系统无缝对接，对全省电能表统一检定、统一仓储、统一配送。

计量检定结果是对电能表计量准确度及其他准确度测量方法有效性评价的重要依据，电能表的检定效率决定了其能否满足后续配送等环节的需求。因此，电能表计量检定的过程及其代价成为了分析研究的焦点[2-3]。

1计量检定方法设计

根据《电子式交流电能表》(JJG 596—2012)规程规定，电子式电能表需检测的误差点多达86个，每个误差点的检测流程包括升压及升流、误差点的检测、电压及电流回零。这86个误差点的检测所需时间总和分别是26 min、78 min、6 min。另外，计算机在测量项目之间的自动切换需时7 min[4-5]。

下面以单相电子式有功电能表(简称电表或被检表)为例，分析当前电能表计量检定方法。由脉冲常数CMUT可知1个脉冲(间隔)所对应的电能ΔE=1 imp/CMUT。因此，电表输出的脉冲数(在其准确度等级允许的范围内)反映了通过电表的电能。电子式电能表通常输出两种脉冲：光脉冲，由电表面板上的LED发出；电脉冲，由电表接线盒内两个端钮发出。

电表的检定涉及标识外观检查、耐压试验、准确度试验等项目。其中，准确度试验包括基本误差试验、常数试验、起动试验、潜动试验，必须用到输出脉冲。准确度试验需要使用标准电能表(简称标准表)和电能表检定装置。标准表的脉冲常数CMS远大于被检表。通常认为CMS是实际值，而CMUT是名义值。

检定装置的主要功能是：向被检表和标准表提供稳定功率；采集被检表和标准表的输出脉冲并进行处理，如计算被检表的相对误差、定时计脉冲数等。

如图1所示，MUT为被检表，MS为标准表，MTS为电能表检定装置，PC为控制计算机。MTS有电流出入端钮I+与I-，MUT和MS串联接入该端钮。MTS有电压端钮U+与U-，MUT通过1：1互感器与MS并联接入该端钮。脉冲采集器S1、S2通过端口D1、D2接入MTS。PC通过D3端口控制MTS。

图1　单相电子式电能表检定示意图

1)基本误差试验

某型号被检电能表规格如表1所示。

表1　某型号被检表规格

电能表检定装置依据式(1)计算被检表相对误差。

(1)

(2)

将式(2)带入式(1)可以得到

(3)

根据式(3)所示的原理获取相对误差e的时间(只考虑采集脉冲的时间，忽略计算时间)为

Te=MMUTTp

(4)

式(4)中的MMUT根据需要选取，值越大试验时间越长，但量化误差越小。量化误差为

(5)

式(4)中的TP为被检表脉冲间隔时间

(6)

式(6)中：U为试验电压，通常固定为参比电压Un；I为试验电流，在0.05Ib至Imax之间变化；cosφ为功率因数，为1或0.5L。

规格被检表在各负载条件下的脉冲间隔TP见表2。

2)起动试验

起动试验的检定方法：电压线路加参比电压Un，电流线路加起动电流Istart，功率因数cosφ。要求MTS在规定时限Tstart内至少接收到1个脉冲，否则MUT为不合格。

计量检定规程规定《电子式交流电能表》(JJG 596—2012)规定了确定Tstart的计算方式为

(7)

根据表1中的MUT，可以计算得到Istart=0.005 A，Ib=0.025 A，将其代入式(7)得到Tstart=10.9 min。

若暂不考虑规程规定的式(7)，假定MUT在起动电流Istart下保持计量准确，则在式(7)所确定的时间间隔内应有脉冲输出。但实际上电能表制造者不声明保证在起动电流(微小电流)条件下具有良好计量特性。因此，可对式(6)乘以扩展因子K(通常取K=1.2)，并令cosφ=1估算出起动试验脉冲间隔

(8)

表2　规格被检表各负载下的脉冲间隔

3)潜动试验

潜动试验检定方法为：给电压线路加1.15Un，电流线路不加电流。在规定时限Tno-load内，若MTS接收到不多于1个脉冲，则MUT合格，否则视为不合格。而认为接收到1个脉冲为合格的原因是有可能MUT的ΔW几乎为0。

依据规程规定，确定Tno-load的公式为

(9)

据表1中的MUT可得Tno-load=30.3 min。

2提高检测效率的检定试验时间优化模型和方案

随着电能计量集约化管理的深入，成倍增加的电能表检定量给电能表检定系统带来了巨大压力[6-7]。计量检定的代价包括人工投入、资产投入和时间投入，这里仅分析时间投入。

1)基本误差试验

N只电能表同时试验，由于各表输出脉冲有先后，所以试验时间为等待时间T(N)(即开始通电至最后输出脉冲的电表有脉冲输出的时间)与最后1只电表的误差测量时间Te之和。

以MTS开始输出功率为计时起点，被检表MUTi(i=1，…，N)输出首个脉冲的时刻为随机变量Ti(i=1，…，N)。本文采用以下两个假设。

假设1：Ti服从[0,TP]上的均匀分布。

假设2：Ti相互独立。

由假设1可得单只电能表等待时间Ti的分布函数为

(10)

根据T(N)的定义可知

T(N)=max(Ti)

(11)

(12)

(13)

T(N)的概率密度函数为

(14)

根据式(13)和式(14)可计算的期望值

(15)

由式(13)和式(14)可知，随着电能表数量N的增大，等待时间必然十分接近电能表脉冲间隔时间TP。式(14)中T(N)的概率密度也表明了这一点，如图2所示。特别是当N为30时，平均等待时间为0.968 TP，等待时间大于0.9 TP的概率达到0.958。对于现有电能表智能化检定流水线系统单台60表位的电能表上料检定，电能表检定等待时间无限接近TP。

由此可知，对表2所示的各负载条件下脉冲间隔进行求和运算，即可得到基本误差试验的总等待时间。

图2　等待时间的概率密度

2)起动试验

3)潜动试验

由以上可知，电能表潜动试验时间Tno-load为潜动试验条件下允许的脉冲间隔最小值。

3结论

本文对省级计量中心集约化管理模式下的电能表集中检定方法进行了分析，对于电能表数量N≥30的批量检定可以得出如下结论：基本误差试验(表2规定的负载点)的等待时间约为173 s，起动试验时间为10.9 min，潜动试验时间为30.3 min。本文对批量电能表的检定时间优化和工作效率的提升提供了参考。

参考文献：

[1]晏强，赵武，蒋捷峰，等.电能计量检定生产管理系统的研究与设计[J].中国测量技术，2003，29(1)：37-39.

[2]张燕.电能表智能化检定流水线系统的研究与应用[J]. 电测与仪表，2009，46(12)：74-77.

[3]陈应林，黄德祥.数字式电能计量系统及检定装置设计[J]. 电力自动化设备，2009，29(4)：114-117.

[4]国家质量监督检验检疫总局.电子式交流电能表：JJG 596—2012[S].北京：中国质检出版社，2013.

[5]侯兴哲，常涛.AGV技术在电能计量中心的应用[J]．电测与仪表，2007(11)：29-35.

[6]王新金，毛晓波，陈铁军.高精度标准电能表设计方法三相标准电能表的研制[J].电测与仪表，2010，47(9)：49-52．

A Study on the Design of the Time Optimization Model for Auto-Verification of Massive Electric Energy Meters

ZHOU Feng1,2，CHENG Yingying1,2，XIAO Ji1,2，JIN Zhigang3

(1．Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401123，P.R.China；2．Lab of Performance Assessment for Electric Energy Metering Instrument of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401123，P.R.China；3．Tianjin University，Tianjin 300072，P.R.China)

Abstract：This article analyzes the centralized verification methods of electric energy meters under the intensive management mode for provincial-level centers of metering．In addition，it presents the time optimization model for verification tests as well as relevant scheme to enhance the metering efficiency，which provides reference for the time optimization and working efficiency of the verification of massive electric energy meters．

Key words：electric energy meter；verification；waiting time；pulse interval

收稿日期：2015-10-09

作者简介：周峰(1987-)，工程师，主要从事电能计量装置技术的研究与管理工作。

中图分类号：TM933.4

文献标识码：A

文章编号：1008-8032(2016)01-0025-03