安装型电子式电能表检定技术的分析与思考

安装型电子式电能表检定技术的分析与思考 周飞龙  孙冰     近几年，随着技术进步、产品换代，功能强大、性能优越的电子式电能表大量进入电网，在很多地区已基本取代了感应式电能表。安装型电子式电能表也逐渐成为广大电能计量检定人员的主要检定对象。笔者作为一名基层技术人员，在工作中发现安装型电子式电能表的检定还存在一些问题以及模糊不清之处。现具体分析如下，与大家共同探讨。    1.在对检定过程中的安装型电子式电能表通电预热时，应注意采用正确的预热方法和合理的预热时间    按照JJG596-1999电子式电能表检定规程和相关制造标准的规定，在确定表计电能测量基本误差之前应对表计进行充分的通电预热，预热时间应满足表计生产厂家的规定。而恰恰生产厂家大都没有在产品说明书中具体注明通电预热的时间要求，使得计量检定人员无法明确执行，以致预热时间长短不一、检定结果产生偏差。虽然由于结构原理上的区别，电子式电能表远比感应式电能表的自热特性要好，在检定时对预热时间的要求也相应要低，但也不能完全忽视预热对测量误差的影响。特别是对准确度高、计量电能多、用于计量重要对象以及计量仲裁的表计，一定要在检定前进行充分预热。笔者在检定中就曾发现，少数表计在不进行预热时，基本误差超过允许限值，而充分预热后基本误差仅为1/5允许限值的情况。    笔者通过对几种类型电子式电能表在不同预热时间下的误差情况进行了试验，收集了大量数据，并选取了其中较为典型的一组数据，如表1所示。        表1  几种典型安装型电子式电能表在不同预热时间下的测量误差情况表    从表1可以看出，电子式电能表完全没有进行通电预热时的电能测量误差与充分预热(60min)后的电能测量误差相差较大，这说明了对电子式电能表进行充分预热的必要性。另外，还可发现不同类型电子式电能表达到热稳定的时间也有所不同，而且与电能表电流采样方式相关。如:采用锰铜分流器采样的电能表，因锰铜材料电阻温度系数很小(约为0.2×10-4/)，电阻值几乎不随温度变化，且锰铜片电阻阻值很小(仅几百微欧)，所以热稳定所需的时间很短；采用电流互感器采样的电能表，因电流互感器为电磁元件，功率消耗较锰铜分流器大，且线圈所用铜材料的电阻温度系数为0.0043/，电阻随温度的变化比锰铜材料大得多，其特性受温度影响也较大，所以达到热稳定所需的时间相对较长。而霍尔传感器型电能表，因霍尔元件受温度影响较大的特性，达到热稳定所需的时间也较长。    笔者认为，一般来讲，在确定电能测量基本误差之前，普通安装型电子式单相表应在最大功率下通电预热不少于10min；采用电流互感器采样的电子式三相表预热不少于20min；采用霍尔传感器采样的三相表预热不少于30min；0.5级及以上安装型电子式电能表预热不少于30min。    为了更科学合理地确定通电预热时间，除零散表计外，对批量的表计应抽取一定数量进行自热试验，按照电能表从通电预热到使表内达到热平衡时的误差与未达到热平衡时的误差之差值不超过1/5基本误差限的要求，来确定该批表计电能测量基本误差前的通电预热时间。    另外，由于通电预热直接影响电子式电能表的电能测量基本误差，与电能表的“快慢”相关。因此，笔者认为启动试验也应该在通电预热之后进行，这样才能更准确地反映电能表实际运行时的灵敏度情况，而这一点在JJG596-1999中并未明确。    对于多功能电能表以及复费率电能表而言，在进行日计时误差、时段投切误差、需量周期误差的检测之前，也应对电能表进行充分的通电预热。有的计量人员认为，这时的通电预热因主要针对晶振电路，所以只需对电能表电压回路施以参比电压，让表计有工作电源，晶振电路有外供电源(非备用电源)即可。而笔者认为，此时的通电预热应在额定最大功率或额定基本功率下进行。因为晶控时间开关具有随温度变化而产生计时误差的特性，而电流采样回路又是表内的主要产热源，所以，只有在施以参比电流、电压的情况下，才能真正使表内温度快速达到热稳定状态。    2.在现行的检定规程、制造标准中，对安装型电子式电能表启动试验的结果判定依据模糊不清，需进一步完善、明确    计量检定人员都知道，启动试验是电能表检定中的重要项目之一。这项试验能够检验表计灵敏度的高低，考核电能表在规定的启动电流下是否具备开始连续记录电量的能力，这对供用电双方都十分重要。很多电能表在检定中，都是因为启动试验没通过而被判定为不合格的。因此，电能表生产厂家以及计量检定人员都非常重视电能表的启动性能。    电子式电能表因其结构、原理上的先进性，杜绝了感应式电能表因摩擦力矩、防潜装置、止逆装置、电流铁芯非线性等因素引起的灵敏度偏低的现象，有很好的启动性能。在现行的电能表检定规程中，对电子式电能表启动电流值的要求也比感应式电能表相对要高。但是，对照这两种不同原理电能表的检定规程和制造标准后，笔者却发现，感应式电能表的启动试验有具体的时限要求，非常明确、直观；而对于电子式电能表，在GB/T17215-20021级和2级静止式交流有功电能表、GB/T17883-19990.2S和0.5S级静止式交流有功电度表、JJG596-1999等一系列的规程、标准中，均没有对其启动时限作任何规定。这就会导致因对检定规程中启动试验结果判定方法的理解不同而产生不同的检定结论。    据笔者所知，目前业内正在使用的电能表检定装置，在进行电子式电能表的启动试验时，都是以如下公式来确定启动时限的，如在试验中超过启动时限则判定为不合格:    tQ=60×1000/(PQ×C)    式中:tQ输出1个电能脉冲的启动时限，min；PQJJG596-1999规定的最小启动功率，W；C电能表脉冲常数，imp/kW·h。    笔者认为，这也有不妥之处。该时限是以表计在电能测量误差为零的前提下，据启动功率、脉冲常数及此条件下输出1个电能脉冲的时间之间的关系计算得来的，这没对电能表在启动状态下的测量误差予以充分考虑。此时在启动功率下，电能表只要是正误差就可以通过试验，且不管是多大的正误差都会通过，而只要是负误差则不能通过。这将会使表计生产厂家有意识地将表计在微小负荷下调整、制造成为正误差，以使表计顺利通过验收。这从公正计量的角度来说，对用户不公平。    因此，笔者建议应在JJG596-1999的启动试验这一项目中，对启动时限作出明确规定，以此来判断电能表启动试验的合格与否，以统一启动试验的检定方法，便于检定人员开展检定工作。另外，启动时限应充分考虑电能表在启动功率下允许的电能测量误差范围，且既要考虑正误差，也要考虑负误差；启动时限应是一个时间区间，区间的最小值以启动功率下允许的电能测量最大误差来确定，最大值则以启动功率下允许的最大负误差来确定。电能表应同时满足:在时限区间的最大值内，输出不少于1个电能脉冲；在时限区间的最小值内，电能表应输出不多于1个电能脉冲，才能判定启动试验合格。    顺便指出，JJG307-1988感应式电能表检定规程虽然在启动试验中明确地规定了启动时限的要求，而且还在启动时限的计算中加入了计算系数(1.4)，即考虑了感应式电能表在轻负荷下有较大负误差的原理性特性。但是，也存在未考虑启动功率下允许的电能测量正误差的因素。因此，笔者认为也存在不妥之处。    3.在验收试验中确定电能表日计时误差时，应考虑实际运行中的环境温度对计时准确度的影响    众所周知，复费率电能表的时钟是准确控制计量各种不同费率时段电量的关键，时钟的准确与否会影响到计量各种不同费率电量的准确性。另外，多功能电能表的事件记录、最大需量等功能都与时钟的准确性直接相关。而在确定了时间预置误差基本为零后，其日计时误差的大小(即晶振频率的准确性)就直接决定了上述功能运行正常与否。    由于多功能电能表的晶控时间开关具有随温度的变化而产生计时误差的特性，电能表生产厂家都对其采取了温度补偿措施。但各个厂家采取的补偿方法并不完全一致，补偿效果也不尽相同。所以，检定时在规程规定的标准温度下测试的日计时误差，并不能完全代表电能表在实际运行中的误差。笔者认为，确定日计时误差时，除了在标准温度下对晶振频率进行测量外，还应对表计在允许的运行极限温度下进行测量，以得到多功能表在不同运行状况下的计时误差。当然，由于试验条件的限制及出于检定工作效率的考虑，对每一块电能表都进行这样的试验不太现实，因此建议在验收试验中采取抽样的方式进行检测。    4.具有双回路计量功能的单相电子式电能表，应对零线回路的计量准确性进行检测    目前，由于防窃电的需要，具有双回路计量功能的单相电子表越来越受到供电部门的青睐。其防窃电性能，特别是防止“零火反接，一线一地”的窃电方式，效果十分明显。所谓双回路计量，即表内火线和零线回路各有一套电流采样装置，表计取电流采样信号较大的那一路进行计量。当正常用电时，两个回路的电流一致；而采用“零火反接，一线一地”的方式窃电时，火线回路的电流远远小于零线回路的电流。这种计量特性有效防止了“零火反接，一线一地”这一常见的窃电方式。    从原理可知，双回路计量单相电子表主、副回路的准确性同等重要，必须都进行检定。其主、副回路的检定连线方式如图1、图2所示。        图1  主回路的检定连线方式        图2  副回路的检定连线方式    由图2可知，要实现副回路的检定，必须改变试验电流、电压的施加位置，而这对于目前普遍采用固定插柱式的单相电能表检定装置根本无法实现。笔者建议，今后应开发出能实现主、副回路检定工作的单相电能表检定装置，以开展双回路计量单相电子表的双回路检定。    5.结束语    目前，安装型电子式电能表已成为广大电能计量检定人员的主要检定对象，该检定技术也已成为整个电能计量专业技术中的重要内容。计量检定人员对该技术的掌握程度和理解深度对其检定工作的质量起着至关重要的作用。笔者认为，目前安装型电子式电能表的检定方法仍需进一步完善和统一，检定技术仍需进一步提高。随着技术的进步，通过计量技术人员的不断探索和努力，安装型电子式电能表的检定技术会更加科学和先进。    作者单位【周飞龙  湖北荆州供电公司电能计量中心、孙冰  湖北荆州沙市供电公司】