于 剛 馮鐵英

（1.濱?？h計量測試所，江蘇 鹽城224500；2.江蘇省計量科學(xué)研究院，江蘇 南京210000）

0 引言

此方案的提出主要解決江蘇省內(nèi)交流電能表裝置的計量問題，區(qū)別于PRS200.3的自動檢定方案，本方案除采取低頻反檢法計量裝置的基本誤差、重復(fù)性、功率穩(wěn)定性、監(jiān)視示值、失真度等五大指標(biāo)外，還可以實現(xiàn)電壓電流相位對稱度、工作環(huán)境相關(guān)參數(shù)、絕緣性能、多路輸出一致性指標(biāo)的測量，此方案可以高效地實現(xiàn)對0.05 級及0.05 級以下交流電能表裝置的計量。

1 DK－45B簡介

DK－45B三相多功能標(biāo)準表是采用現(xiàn)代測試手段、高速數(shù)字處理器（DSP）、復(fù)雜可編程邏輯陣列（CPLD）、高精度測量技術(shù)、嵌入式計算機系統(tǒng)等設(shè)計的，適用于電能計量行業(yè)、電能實驗室及相關(guān)電力公司計量技術(shù)機構(gòu)，是用于電力產(chǎn)品檢定和校準的理想設(shè)備。

（1）寬量程測量：交流電壓信號測量范圍（0～1 200V），交流電流信號測量范圍（0～120A）。

（2）采用大屏設(shè)計，將三相電壓、電流、相位、失真度、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、各項總功率、頻率顯示在一個界面上，無需來回切換界面，讀數(shù)直觀。

（3）具有向量圖和三相電壓相位、三相電流相位、三相電壓與電流夾角同時顯示功能，能適時采集向量圖。

（4）波形顯示功能：超大顯示屏將三相電壓及三相電流波形同時顯示在一個界面上，且波形可放大及縮小顯示。

（5）穩(wěn)定度測量功能：可同時測量三相電壓、三相電流、三相功率、總功率穩(wěn)定度，具有多種穩(wěn)定度算法，可做量值比對。

（6）電能校驗功能：具有有功電能脈沖和無功電能脈沖同時輸出功能，可批量檢表，提高效率。

1.1 儀器主要技術(shù)指標(biāo)

（1）交流電壓測量。量限：10 V、20 V、60 V、100 V、220V、400V、600V、1 000V；測量范圍：0～120%RG，RG 為量限；測量分辨率：0.001%RG；準確度：0.02%RG。

（2）交流電流測量。量限：0.1A、0.2A、0.5A、1A、2A、5A、10A、25A、50A、100A；測量范圍：0～120%RG，RG 為量限；測量分辨率：0.001%RG；準確度：0.02%RG。

（3）功率測量。有功功率測量準確度：0.02%RG。

（4）輸出電能脈沖常數(shù)（imp/kW·h）。DK－45B 電能輸出常數(shù)可設(shè)置，設(shè)置范圍：1～7.2×1010；最高脈沖輸出頻率為100kHz。

（5）輸入電能脈沖常數(shù)（imp/kW·h）。DK－45B 電能輸入常數(shù)可設(shè)置，設(shè)置范圍1～7.2×1010；最高脈沖輸入頻率為100kHz。

1.2 裝置基本誤差測量的可行性論證

江蘇省蘇南電表廠家與各個縣市級計量所大都購買國內(nèi)南自、科陸、三暉三家的裝置，由于大多檢定裝置的臺體采用寬量程標(biāo)準表，且校驗過程中標(biāo)準表的常數(shù)在不同電壓、電流下也不同（如zera公司的com3000系列），標(biāo)準表的脈沖輸出端有FH 和FL 兩種型式，可通過菜單FH/FL 鍵選擇，輸出電能表常數(shù)在菜單上有顯示。但絕大部分0.05 級和0.05 級以下的檢定裝置表位只能用于接收低頻脈沖，而主標(biāo)準器脈沖輸出口多為高頻，限制了裝置的計量方法，傳統(tǒng)上采用裝置的標(biāo)準表發(fā)送高頻脈沖到主標(biāo)準器，在主標(biāo)準器上完成誤差處理，部分大量程還需要用到分頻器，如前文提到的PRS200.3的自動檢定方案就是采取這種方案。

（1）寬量限、高精度的DK－45B 滿足完全滿足JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》和JJG1085—2013《標(biāo)準電能表檢定規(guī)程》的技術(shù)指標(biāo)要求。

（2）低頻反檢法是通過主標(biāo)準器經(jīng)FL 端口發(fā)送脈沖常數(shù)到裝置的脈沖輸入口或相應(yīng)的表位，通過裝置誤差板的誤差處理模塊得出裝置的誤差值?？梢姡捎玫皖l反檢法的優(yōu)點在于囊括了裝置標(biāo)準表的誤差、誤差板誤差處理模塊的誤差、電壓/電流互感器（如果用到互感器）誤差、電壓壓降誤差等，主標(biāo)準器發(fā)送的低頻常數(shù)與裝置標(biāo)準表送入的脈沖常數(shù)在裝置的誤差板上處理比較，因為處理的是低頻信號，大幅降低了對誤差板處理器的能力要求，通過TTL電平完整地采集到脈沖數(shù)，降低了高頻情況下因信號波形的毛刺或脈沖整形電路不徹底而造成的丟失脈沖的誤操作幾率。同時充分利用DK－45B主標(biāo)準器可以發(fā)送固定脈沖常數(shù)這一優(yōu)點，在不同的電流量程設(shè)置一個合理的固定常數(shù)的情況下，在全過程中檢測220V 額定電壓下0.01～100A 的檢測點，實現(xiàn)真正的全自動。

由設(shè)置低頻常數(shù)的頻率測量法公式可知：

式中，Cx為標(biāo)準電能表的脈沖常數(shù)（imp/kW·h）；f 為標(biāo)準表DK－45B脈沖輸出口的頻率或裝置表位接收的頻率（Hz）；P 為被檢標(biāo)準電能表上通過的功率（W）。

式（1）的理論依據(jù)如下：設(shè)未知的標(biāo)準電能表常數(shù)為Cx，則一個脈沖表示1/Cx的電能，那么1s內(nèi)的電能為f·1/Cx，已知被檢標(biāo)準電能表上通過的功率為P，則1s內(nèi)的電能為P×10－3/3 600，即有f·1/Cx＝P·10－3/3 600，即可推出式（1）。

以檢測三相0.05 級SJJ－1裝置的220 V/0.05 A的檢測點，裝置表位可以接受的低頻上限f＝20kHz為例，此時標(biāo)準表設(shè)置的常數(shù)C1＝108，同理在220V/100A時設(shè)置常數(shù)C2＝105，算得裝置表位接收的頻率f 均小于20kHz，皆在裝置誤差處理板的接收處理范圍內(nèi)。因此，可根據(jù)電流值不同在DK－45B上設(shè)置相應(yīng)的低頻脈沖常數(shù)，通過反檢法依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》實現(xiàn)基本誤差的測量。

2 軟件測試

2.1 基本誤差、重復(fù)性、功率穩(wěn)定性指標(biāo)的軟件實現(xiàn)

以南自三廠0.05級SJJ－1裝置為例，依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》，在額定電壓220 V 下，電流檔在0.05A、1 A、5 A、10 A、20 A、50A、100 A，功率因數(shù)在1.0 和0.5（L），誤差檢測點的基本檢測項選擇220V/5A 下重復(fù)性選取10個點、功率穩(wěn)定性選取20個點（此標(biāo)準器有3種功率穩(wěn)定性算法可以自由選擇），此時需注意：

（1）接線方式：標(biāo)準表DK－45B 的電壓端子應(yīng)采集第一表位的電壓（考慮到壓降對裝置誤差的影響，通常大部分廠家將第一個表位與裝置的標(biāo)準表直接相連），電流端子應(yīng)采集第一個表位的電流接線柱上的電流。標(biāo)準表DK－45B的脈沖輸出端與裝置誤差板脈沖接收端相連。

（2）由于采用反檢法，報表的誤差值注意取反，且應(yīng)設(shè)置上一級標(biāo)準器給出的DK－45B的修正值，同時需要根據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》設(shè)置相應(yīng)的誤差極限值，若超差，紅色顯示，便于觀察。

（4）全部的基本誤差點都可在軟件上實現(xiàn)，一般化的控源只能在同一規(guī)格相線的額定電壓下實現(xiàn)不同電流在不同功率因數(shù)下方案點的添加，無法滿足客戶在不同相線、不同額定電壓的情況下實現(xiàn)不同電流在不同功率因數(shù)下添加的需求。

圖1為基于DK－45B實現(xiàn)的上述方案點添加界面。

以南自三廠0.05級SJJ－1裝置為例，測試點、控源軟件部分如圖2所示（此誤差點為取反后）。

2.2 其他指標(biāo)的軟件實現(xiàn)

其他指標(biāo)包括監(jiān)視示值、失真度、電壓/電流相位對稱度、工作環(huán)境相關(guān)參數(shù)、多路輸出一致性。DK－45B采用485通信，電壓、電流、相位、頻率的監(jiān)視示值與電壓、電流波形失真度均可以通過通信線反饋到報表，依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》公式算法得出的電壓、電流相位對稱性也可上傳到終端。DK－45B內(nèi)部集成了溫度采集芯片，可以實時采集實驗室溫濕度。由于選用反檢法，誤差值是通過裝置的某一表位的誤差處理模塊得出，可以通過選取多路進行多次測量，觀察短期誤差變值，從而實現(xiàn)多路輸出一致性的測量。

圖1 基于DK－45B實現(xiàn)的方案點添加界面

圖2 測試點、控源軟件部分

3 結(jié)語

由于JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》中要求的檢定項目較多，完成檢定工作通常需要2～3h，工作強度較大。采用本文所述方案，經(jīng)多次實踐，測出上述指標(biāo)的時間三相裝置大約為40min，而單相裝置在20min左右。這可以讓檢定人員從重復(fù)勞動中解脫出來，大大降低了工作強度，同時也減少了人為因素的影響，使檢定數(shù)據(jù)更加準確可靠。