摘要：我国智能电网建设的不断深入，智能电能表作为整个电网最基本的单元，也是最终单元，集多功能、远程传输、数据分析等功能为一体，在整个智能电网的建设和运行中起着关键的作用。目前我国电网正在大力推进电力用户用电信息系统建设，计划建成覆盖全部用户、采集全部用户信息、支持全面电费控制的电能用量采集系统，而智能电表示该系统最重要的组成部分。智能电表是智能电网电力营销与管理的必须装置，安装与供电电路中，主要用于计量电路电压、电流和电功率。本项目的研究能够提高单相智能电表（家庭安装电表类型）对负载系统电能计量的准确性，对我国智能电网的建设具有重大意义，也关系到我国的民生问题。
关键词：智能电表计量；误差来源分析；抑制方法
一、智能电能表的组成及功能
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。单相智能电能表计量电路如图1所示。
图1单相智能电能表功能框图
二、测量的误差来源分析
1、信号参数采样电路引起误差。信号参数采样电路引起的误差主要为电流采样误差和电压采样误差。电流无法直接测量，需要将较大电流转变为等效的小信号交流电压，直接接入式电子式电能表一般采用锰铜分流片。锰铜分流器较之普通电流互感器具有更好的线性和更小的温度系数。电压也无法直接测量，上百伏的被测电压需经过分压器或电流互感器转变为等效的小电压信号，才可送入乘法器。电子式电能表内使用的分压器一般为电阻网络或电压互感器。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，电阻的温度变化使得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、精度尽可能大的电阻。
2、计量芯片及计量电路引起误差。计量电路采样输入的交流电流和交流电压模拟信号，是在计量芯片内与基准源参考电压比较实现A/D转换的，因此基准源的变化对计量准确度的影响极大。基准源参考电压需要足够稳定。
3、额外因素引起误差。在实际工作中，电能表的使用受各种因素影响，不可避免地在电能计量中产生误差，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。雷击可能对通讯模块以及线路造成一定损伤，进而损坏智能电表以及终端；由于电表箱的封闭性，当夏天外界气温较高、环境较为潮湿，其箱内所处环境较为潮湿，其箱内所处环境湿热致使集中器散热不良，进而引发故障。
4、潜动性能影响轻载误差。运行电流在标定电流5%-10%以下时即为轻载。对电能表来说，其潜动与启动是两个相互矛盾的性能，当强调灵敏度的同时，必将考虑其抗干扰性能，两项折中，最后会损失一定的准确度，所以误差是无法避免的。大多数计量芯片都包括一个空载阈值的特性，它具有防潜动功能。计量芯片一般其潜动阈值是可调的，通过设置芯片的潜动与启动阈值寄存器来实现。
三、减少误差的方法探究
1、改进设备质量。为了达到智能电表的设计要求，保证计量的准确性和尽可能地降低误差，必须对采样信号质量和计量电路提出更高的要求。优化计量设计电路，合理选择元器件，设计过程要求电路板上元器件之间的相互干扰尽量要小，注重考虑设计过程对控制一致性的误差。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式，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，行骗的选型对电能表的性能至关重要。
2、优化校验电表方式。一般采用0.02%级的标准功率校工厂生产中使用的0.05%级电能表校验仪，以免电能校验仪受到台差的影响。此外，还应进一步加强对测量不确定度的研究，探究电能表在设计和生产中产生误差的原因，并采用有针对性的改进措施。采用软件交表，提高交表、附表内空误差，在工业控制上缩小初交误差范围。
3、及时处理电表故障。技术人员要熟悉设备的组装结构及其工作原理，熟练掌设备相关维修技能。针对智能电表，如果发生故障，应尽早排查故障，查找故障原因，并更换受损部件。如果智能电表数据异常，通常需要更换电表，如果数据丢失，技术人员则应对集中器f11数据项终端集中抄表数据状态实施召测，对比主站下发资料与集中器中智能电表资料是否一致。
四、误差试验方法
1、误差一致性试验
电能表在参比电压、参比电流加载30min后，测试同一批次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限值。被试样品应使用同一台多表位校验装置同时测试。
2、误差变差试验
电能表在参比电压、参比电流加载30min后，在参比电压、Ib、功率因数1和0.5L处，对同一样品做第一次测试；在试验条件不变的条件下间隔5min后，对样品做第二次测试。同一测试点处，两次测试结果的差的绝对值不应超过0.2%.
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30min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2min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。
五、电能表误差问题分析
1、误差一致性要求
误差一致性要求指同一批次数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。例如1级电能表，按国标要求，厂家出厂时Ib1.0误差应小于±0.6%，同一批一致性极限为±0.3%.误差一致性是指被试样电能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），即被检表误差减去n个样品误差平均值≤0.3%，而不是说样表在该测试点的误差小于0.3%。例如某个生产厂家共生产10000台单相1.0级表，作为电力公司，要求误差一致性极限为±0.3，而厂家生产10000台单相表Ib1.0误差均在-0.2～＋0.4内，所以10000台的平均误差为＋0.1，取任一台样品（Ib1.0误差为＋0.4），0.4－0.1（0.1即为10000台表的平均误差）＝0.3，误差一致性是满足要求的。而且误差一致性要求的样本一般仅仅是在全性能试验的时候做的，真正批量入库的时候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》（JJG596—2012）中没有误差一致性判别要求。
2、误差变差要求
误差变差要求指对同一被试样品相同的测试点，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变化的绝对值不应超过0.2%。变差也称回差或迟滞误差，在外界条件不变的前提下，使用同一仪表对某一参数进行正反行程测量，两示值之差为变差。变差反映了仪表检验时所得的上升曲线与下降曲线经常出现的不重合现象。
负载电流升降变差：电能表基本误差按照负载电流从小到大，然后从大到小的顺序进行两次测试，并记录负载点误差；在功率因数为1、负荷电流在0.05Ib～Imax变化范围内的情况下，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%.
3、测量的重复性
重复性是指在测量装置在同一工作环境，被测对象参量不变的条件下，输入量按同一方向多次全量程变化时，输入输出特性曲线的一致程度。用输入、输出特性曲线间最大偏差值ΔR与量程yFS之比的百分数来表示：
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。
电能表误差一致性问题深层次原因分析如下。
误差一致性试验：同一批次数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下表限定值。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、稳定度和可靠性以及电能表生产工艺和调校工艺等。
六、智能电能表误差及一致性误差的控制
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的误差非常重要。为了保证计量的精确性和降低误差，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。计量芯片的选型需要考虑的问题有：计量芯片实现的计量精度等级、计量芯片测量范围内的测量线性度（应保证误差在1500∶1，动态范围内＜0.1%，最好选用误差在5000∶1，动态范围内＜0.1%的计量芯片，或选用误差在8000∶1，动态范围内＜0.1%的计量芯片）、稳定度与计量芯片的批量供货的一致性。
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；严格按照工艺流程，利用超声波清洗设备，并定期更换清洗液，避免清洗不干净；规范三防漆喷涂工艺，必须在高温烘干后涂三防漆，并喷涂均匀，保证厚度，同时，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；加强老化工艺处理，确保出厂产品计量性能稳定、可靠；加强元器件筛选和电能表生产流程管理，提高自动化生产水平，保证产品质量的一致性。
3、校表流程控制
采用软件校表，提高校表、复表内控误差标准，在工艺控制上缩小初校误差范围，出厂时严格检查误差。复校内控误差范围应控制在一定范围内，如表1所示。
表1复校内控误差范围
4、计量标准器具的定期校准/检定
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的影响。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的误差原因，并有针对性地改进。
结束语
作为当今社会一种必不可少的能源，电能对提高人们生活水平和促进整个社会的发展具有重要意义。而电能表作为所耗费电能的计量工具，直接关系着用户和电力企业的利益。智能电表具有安装量大，分布区域广的特点，如果在运行过程中可靠性不高，势必会影响到供用电双方贸易结算的公平合理性，引进不必要的经济纠纷。确保电能表的计量准确性，避免误差过大十分重要，具有重大的现实意义。
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论文作者:李宝蕰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：误差论文; 电能表论文; 电表论文; 电流论文; 电压论文; 智能论文; 负载论文; 《基层建设》2019年第12期论文;