电能表现场校验仪在线测量引入的附加误差的研究

沈明炎

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

电能表现场校验仪在线测量引入的附加误差的研究

沈明炎

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

文中旨在探讨电能表现场校验仪在线测量电能表时可能引入的附加误差及纠正措施。根据电能表现场校验仪的工作原理，并结合工业现场的实际应用情况，分析影响电能表现场校验仪的测量结果的典型分量，确定各分量所带来的附加干扰，并提出相应的预防纠正的措施，确保电能表现场校验仪在线测量的准确性。

电能表现场校验仪；在线测量；附加误差；预防纠正

1前言

电能计量作为能源计量的一个重要部分，在企业节能减排工作中发挥着重要的作用，其数据采集的基本来源就是电能表的电能量。保证现场安装的电能表计量性能准确可靠，对电能计量至关重要，尤其是电力工业进入商品市场经营的管理模式后，电能表作为电能贸易结算的媒介，其良好的计量性能显得更为重要，故需要对电能表进行定期检测，以确保其电能表处于准确可靠的运行状态。由于电能表在线运行，不能够掉电脱表进行实验室检定，其在线测量的环境、设备和操作方法等均与在实验室检定存在差异，因此只能利用电能表现场校验仪来完成电能表的在线测量工作。尽管随着科学技术和电力工业的发展，电能表现场校验仪的工艺和测量水平已有较大的提高，其测量的结果也具备较高的准确度，然而，在使用电能表现场校验仪进行现场测量时，若操作人员操作不够规范，也会导致测量结果产生一定偏差。因此下文着重分析各典型分量可能给测量结果引入的附加误差，并相应地提出预防纠正的措施，以规范电能表在线测量工作，保证其测量结果的准确性和可靠性。

2 电能表现场校验仪的工作原理

在电能表在线测量时，可将电能表现场校验仪视为一台高于被检电能表精度等级的、具备辅助功能的标准电能表。将电能表现场校验仪接入线路（可采用电压并联，电流串联的方式接入，接线原理框图如图1所示），保证其与被检电能表处于同一电气接点上，电能表现场校验仪通过采集被检电能表的电能脉冲数（电子式电能表）或铝盘转数（感应式电能表），与电能表现场校验仪本身通过电能量转换的高频电能脉冲进行比对，得出两个电能脉冲偏差的相对值，即为当前状态下电能表的电能误差。电能表现场校验仪内的电压互感器、电流互感器、电压电流取样回路的阻抗和计量芯片等电子元器件参数会因操作方式、环境的不同而使电压、电流采样信号的幅值、相位均发生变化，导致测量电量与实际电量产生偏差。[1，2]

图1 电能表现场校验仪工作原理图

3 电能表校验仪在线测量时的附加误差的分析

根据电能表在线测量的原理，主要从电压采样、电流采样、接线方式和现场环境条件四个方面，具体分析电能表在线测量时产生的附加误差的原理。

3.1 电压采样引入的附加误差

在电能表在线测量时，连接电能表现场校验仪和被检电能表的电压导线与电压端子之间会产生分布电容，使电能表现场校验仪电压采样线圈的等效总损耗电阻增大，产生接线误差，使电压测量结果与实际电压值产生负偏差；电能表现场校验仪电压线圈的分流作用也会对测量结果产生影响，这在进行单相电能表测量时尤为明显。

3.2 电流采样引入的附加误差

3.2.1 直接接入式

电能表现场校验仪在测量准确度要求较高，安装有专用接线盒的电能表时，可利用接线盒接线原理，将电能表现场校验仪的电流端与被检电能表的电流线路直接串接，此方法可测得较精确的电流值，但是效率较差，并且在电流连接线上会产生各种寄生耦合、引线电感、高频干扰和电磁干扰。

3.2.2间接接入式

电能表现场校验仪也可运用钳型互感器接入式来测量准确度要求不高或无法采用直接接入式接线的电能表，其计量原理是建立在电流互感器工作原理的基础上的，故钳型互感器的铁心是否闭合紧密、是否有大量剩磁对测量结果影响很大[3]；钳口表面不干净会影响钳口的表面接触,从而削弱磁力线的导通力；测量时钳型互感器的接入位置不牢靠会使钳口松动,增大了铁心接触面的距离,同样也会削弱磁力线的导通力[4]。这些情况都会使得铁心不能紧密闭合，从而影响测量结果。虽然间接接入的方式在保证测量的准确度和测量的范围满足要求的情况下，解决了电流二次在线测试的安全问题，但是由于其结构和工艺的问题，以钳型互感器采样电流信号会对测量结果产生较大的影响，容易因操作不当而引入附加误差，它是电能表在线测量产生附加误差的主要来源。

3.3 接线方式及相位角识别错误所引入的附加误差

电能表现场校验仪利用六角图来判断测量线路接线方式是否正确，电能表在线测量时，要确保电能表现场校验仪与被检电能表处于同一个电气节点上，并且各电参数极性一致，因此正确判断现场电能表的接线关系是电能在线计量的基础和纠错辨别的保证。如三相四线制时，是否存在反相电流；三相三线制时，电压是△形接法还是Y形接法；电压相序和电流相序接入是否正确，是否能够准确测得线路的电压、电流的相位关系；是否能够准确识别错误接线和电源不稳定时所产生的功率变化对误差的影响等，以上判断都会使测量结果的产生附加误差。

3.4 现场环境温湿度引入的附加误差

电能表现场校验仪周期检定采用的检定依据为JJG 596-1999《电子式电能表检定规程》，规程要求在温度（20±2）℃、湿度（60±15）%RH的条件下进行检定工作，JJG 1055-1997《交流电能表现场校准技术规范》明确规定“允许使用钳型电流互感器作为校准仪的电流输入元件,校准时,校准仪与钳形电流互感器应整体校准”。[5]得到在实验室标准条件下的电能基本误差，而在电能表在线测量实际工作时，现场的环境温湿度不同于实验室并且变化较快，其负载情况也相对不平衡，这些都会使电能表现场校验仪在线测量电能表的测量结果产生附加误差。

4 预防和纠正电能表现场校验仪使用时产生附加误差的措施

电能表现场校验仪在实际使用过程中，为了保持其具有较好的测量能力，避免产生影响测量结果准确的附加误差，应规范使用电能表现场校验仪，可从以下几个部分进行预防和纠正：

4.1 减少电压采样引入附加误差

为使电能表现场校验仪采集电能表的电压尽可能少受分布电容的影响,要求电压线要尽量短；导线分开布置，避免交叉,并保持其位置固定；同时，要确保电能表现场校验仪的接入电压与被检电能表的电压一致，以减少引入的附加误差。

4.2 减少电流采样引入附加误差

在以直接接入方式测量电流时，应针对实际测量的电能表所需的电流限量选择不同线径的输出导线，电流越大所选导线应越粗；电流线应尽量短，将导线摊开放直，不可将其盘起来放在一处，此法可减少各种寄生耦合电容和引线电感；将设备的外壳或屏蔽层与大地实行低阻抗连接，给高频干扰电压提供一个低阻抗通路，能够有效防止电磁干扰，保证准确测量。

当间接测量电流时，在测量前应对钳型互感器的钳口接触面进行清洁，在测量时要摆正钳型互感器的接入位置，尽量避免由于钳型互感器自身的重量所带来的钳口松动，可以紧固钳头以增加铁心接触面的压力，从而使接触更紧密,提高磁力线的导通力,使测量误差更准确，同时要注意钳型互感器接入时一定要对准方向，防止出现反相的现象。

4.3预防接线方式及相位角识别错误所引入的附加误差

测量时要了解电能表的工作状态，确认电能表各相接线方式，将电能表现场校验仪切换到相应工作方式，并且要确保接线的正确，防止由于接线错误而出现反相测量或逆序测量；一般在负载电流大于被检电能表标定电流的5%、功率因数大于0.5的条件下进行测量，得到的测量准确性较为真实；脉冲数或圆盘转数应设定得足够多，以防止电能表运行不稳定或电源变动而影响误差测试的准确性。

4.4 预防现场环境温湿度引入的附加误差

为使电能表在线测量的数据更真实可靠，使用电能表现场校验仪时应尽量使测量的环境温湿度接近实验室温湿度，测量前应在现场环境中预热一定时间，以保持仪表的热稳定度、线性度和精确度尽可能的与实验室检定时一致。如果现场环境确实远超出标准温湿度的要求，应当在测量后对数据进行修正。

另外，电能表现场校验仪是一种便携式的标准仪器，经常在各种环境的现场使用，随着运行时间的增加以及环境温度、振动等的影响，其误差变化的可能性大为增加，因此，应定期对电能表现场校验仪进行比对及校验，以保证量值的准确可靠。

5电能表校验仪在线测量时的附加误差的实例分析

根据上文所述，通过现场操作验证电能表现场校验仪的正确使用能够保证测量的精确，将河南思达的三相电能计量/质量现场测试仪SB2300A作为测量用电能表现场校验仪，选取3×220/380V、3×1.5（6）A，有功1级的三相电子式电能表进行多次在线测量，分别对三相电子式电能表的各参量进行测量，得出多次测量结果平均值如表1所示，由各项变差的代数和可以说明，在此次在线测量中，电能表在线测量的测量方法的规范与否，将可能导致测量结果产生的附加误差约为准确度的1/15。

表1 三相电子式电能表进行在线测量结果

6 结束语

使用电能表现场校验仪进行电能表在线测量时，除了仪器自身由于器件、工艺和结构等因素的影响，电压电流的采样及现场的环境都也会影响测量的结果，而影响测量结果的误差有很大一部分可能通过操作人员的规范操作来避免，只要操作人员加以注意和预防纠正就能够较好地减少不规范操作所带来的不利影响。因此在电能表在线测量时，操作方法和测量方式的规范性，能够有效防止附加误差的引入，有利于提高测量结果的可靠度。

[1] 祝晓红；电能计量 [M].北京：中国电力出版社；

[2] 蓝永林；交流电能计量 [M].北京:中国计量出版社.

[3] 戴伟；电能表现场校验仪使用中应注意的问题[J]中国计量.2007(01).

[4] 崔丽娟，李玮，赵晓俊；电能表现场校验仪的准确计量及使用[J]品牌与标准化.2010(18).

[5] 张丽伟,郑光明,申秀香,张景涛；电能表现场校验仪中钳形电流互感器误差的检定方法[J]河北电力技术.2010(06).

Study on the Additional Error for On-Line Measurement of Electric Energy Meter Scene Calibrator Additional

SHEN Ming-yan
(Fujian Metrology Institute, Fuzhou 350003, Fujian, China)

This article is to explore electric energy meter scene calibrator additional on-line measurement might bring the additional error and corrective actions. According to the working principle of watt-hour meter on-site checking instrument, and connecting with the practical applications of this industrial field, this paper analysis typical components whose influence result measured by watt-hour meter onsite checking instrument. In this way,we can find out additional interference brought by each component, and put forward corresponding preventive corrective measures to ensure the accuracy of on-line measurement by watt-hour meter on-site checking instrument.

Electric energy meter scene calibrator additional; On-line measurement; Additional error; Prevention and correction

2013-11-18

沈明炎，男，福建省计量科学研究院，工程师