基于IR46电能表国际建议的单相电能表检定装置的研究

基于IR46电能表国际建议的单相电能表检定装置的研究一、目前国内的电能表检测技术
目前，国网公司整合了近年来电能表发展形成的技术成果，形成公司统一的Q/GDW系列技术标准，Q/GDW系列技术标准主要的编制依据是IEC 62051：2004《电能计量术语》、IEC62053-22《0.2S和0.5S级静止式交流有功电能表的特殊要求》、IEC62053-23《2和3级静止式交流无功电能表的特殊要求》、GB/T17215.211-2006《交流电测量设备通用要求、试验和试验条件第11部分：测量设备》、JJG596-2012《电子式交流电能表》等。

Q/GDW系列技术标准根据检测目的和要求将检测内容进行了分类，包括：出厂检验、型式检验、全性能试验、抽样验收试验。

以单相智能电能表技术规范Q/GDW 1364-2013为例，试验项目包括准确度要求试验（13项）、电气要求试验（9项）、绝缘（2项）、电磁兼容试验（6项）、气候影响试验（5项）、机械试验（7项）、费控安全通讯规约检查及功能检查试验（7项）。

二、IR46电能表国际建议简介
电能表国际建议IR46是国际法制计量组织(OIML)下属第12技术委员会（简称：TC12）组织起草的一个技术文件，为新设计生产的电能表的型式批准提出建议，是国际法制计量的重要组成部分。

从2002年开始，国际法制计量组织（OIML）TC12就组织了对电能表国际建议IR46的修改，相关的工作组会议已多次召开。

我国是电能表生产大国，IR46新文件的要求将对我国电能表的计量、生产和使用产生很大的影响。

目前，全国电工仪器仪表标准化技术委员会已发布通知，对外召集组建“基于IR46的国家标准制、修订专项研究工作组”。

这次修改最主要的特点是标准参照的对象改变了。

原来的IR46参照的是IEC标准，这次修改基本上参照了欧洲计量指令MID（MeasuringInstrumentDirective）。

欧洲计量组织发布的测量仪器指令MID，已经在其成员国中推行。

这是一个与IEC标准完全不同的体系。

主要区别在于：
1、将IEC习惯称谓的等级名称２、１、0.5、0.2级表分别用A、B、C、D来代替；
2、没有基本电流（Ib）的概念，而是将电能表的电流测量范围从大到小划分为几个区间，分别是：Imax（最大电流）、Itr(过渡电流)、Imin（最小电流）、Ist（起动电流）；
3、测试完成需对电能表的组合误差进行评估，IR46标准有两种综合误差评估形式：基
于本建议要求的组合最大允许误差的评估、基于型式测试结果和特定条件的组合误差的评估。

IR46标准的试验项目包括：最大允许误差符合度的测试（5项）、对影响量的测试（16项）、对干扰的测试（16项）、组合误差评估（2种形式）。

三、基于IR46标准的检测装置的研制
3.1 IR46单相电能表检定装置的研究背景
随着电力工业的飞速发展和用电量的急剧上升，特别是一户一表制电能计量收费方式的推行，导致电能表的检定工作重要性日益突显，国内传统的电能表检测标准多是依据IEC 标准而制定，而随着电能表出口贸易数量的增加，若继续使用现在的检测标准对电能表进行检测，国内电能表的质量能否满足国外电能表市场的严格要求，是一个非常不确定的问题。

电能表国际建议IR46标准的修改和完善，将对电能计量装置提出更高的要求。

我国相关组织人员也针对本国国情提出了许多符合自身利益的重要意见，并有相当一部分意见将被采纳。

因此，为了满足新的检定工作需要，急需研制满足IR46标准要求的电能表检定装置。

3.2 IR46单相电能表检定装置简介
3.2.1 装置指标如下：
装置准确度等级：0.1级；
标准表准确度等级：0.05级；
电压量程：220V；
电流量程：0.1A、0.25A、0.5A、1A、1.5A、2.5A、5A、10A、20A、30A、60A、100A ；
相位调节范围：0.00°～359.99°，调节细度0.01°；
频率调节范围：45.00～65.00Hz，调节细度0.01Hz；
输出功率稳定度：γp≤0.1%，时间3分钟；
输出电压、电流波形失真度：纯阻性负载范围≤1%；
测量重复性：cosф=1.0，S≤0.01%；cosф=0.5L，S≤0.02%；
装置电源：220V±10%，50Hz；
程控温度范围：-40°C~100°C；
程控湿度范围：20%~98%RH；
升温、降温速率：不超过1°C /min ；
温控箱通讯方式：RS232/485，波特率9600bit/s ；
3.2.2 整机原理框图
图 1 整机原理框图
装置整机框图如上图1所示，该装置主要由三相信号源、虚负荷电压电流源、标准电能表、通讯控制中枢、载波箱、标准时钟源、小型温湿度箱、监视仪表、交换机、计算机组成。

装置内部各模块之间采用LAN 、CAN 、RS232、VDS 差分多总线连接，由通讯控制中枢统一控制各模块工作。

其工作原理是：在计算机控制下，虚负荷电压电流源提供给被检表和标准表电压和电流，标准电能表的电能脉冲和标准时钟源的频率标准信号送入通讯控制中枢，转换为差分信号送至差分总线，然后输送给各个表位误差计算单元，计算出的误差在本地显示并经CAN 总线送至通讯控制中枢，然后再通过LAN 口送至计算机显示并处理。

载波箱实现不同厂家载波
抄控器自动切换。

小型温湿度箱为被检表提供标准要求的温湿度环境。

监视仪表负责传送标准电能表测量值，包括电压、电流、频率、相位、有功功率、误差。

3.3装置功能特点
3.3.1 装置能按IR46电能表国际建议标准要求完成对电能表的各项试验，能按标准要求进行最大组合误差系统评估；
3.3.2 可自动绘制电能表误差数据曲线，并保存为bmp文件，能降测试数据导出为excel 文件；
3.3.3 具有专用压接线模组，可以实现不开小表盖进行强弱电接线端子的一次性压接；
3.3.4 具有电流回路空表位自动寻找及自动短接功能，采用专用的磁保持继电器作为短接继电器，最大可通过120A电流。

3.3.5 每表位独立的电能误差计算、时钟误差计算单元，误差显示小数位不少于四位；
3.3.6 采用并行的RS485通信模块，可使用广播方式快速读取被试表通信地址，通讯规约满足DL/T645-2007同时兼容DL/T645-1997，还可根据客户要求扩展其它通讯规约；
3.3.7 系统采用LAN、CANBUS多高速总线通信技术，使得检测更加快速可靠；
3.3.8 装置可输出2~21次谐波，电压电流回路谐波方案可单独设置，也可同时设置，可满足IR46标准要求的尖顶波、四峰波、次谐波、奇次谐波等谐波影响量试验要求；
3.3.9 装置配置直流偶次谐波试验模块，满足IR46标准要求的直流偶次谐波影响量试验；
3.3.10 装置内置有小型温湿度试验箱，可程控改变被试表工作环境温度，并具有超温保护报警功能；温度试验点可任意编辑，能实现IR46标准要求温度依赖性试验；
3.3.11 装置所有监视仪表数据均来自高精度标准电能表，并专门设置有显示器作为监视仪表显示屏；
3.3.12 装置配有可自动切换载波抄控器通道的载波切换箱，能与装有不同厂家载波模块的载波电能表进行通讯；
3.3.13 校验软件平台具备SG186联网接口，并且预留国网公司统一校表平台接口。

3.4装置支持的试验项目
ü预热
ü初始固有误差的测定
ü自热测试
ü起动电流
ü无负载的条件的测试
ü电表常数
ü温度依赖性
ü电压变化
ü频率变化
ü电压和电流中的谐波
ü剧烈的电压变化
ü交流电流线路中的次谐波
ü交流电流线路中的奇次谐波
ü外来的连续（直流）磁场感应
ü外来的磁场（交流、工频）
ü交流电流线路中的直流
ü电压跌落和中断
ü基于本建议要求的组合最大允许误差的评估
ü基于型式测试结果和特定条件的组合误差的评估
3.5组合最大允许误差的评估办法
3.5.1基于本建议要求的组合最大允许误差的评估
组合最大允许误差用下面的公式估计：
式中各子项含义：
vbase：基本最大允许误差；
vvoltage：电压变化的最大允许误差改变量；
vfrequently：频率变化的最大允许误差改变量；
vunbalance：不平衡变化的最大允许误差改变量；
vharmonics：谐波含量变化的最大允许误差改变量；
vtemperature：温度变化的最大允许误差改变量。

3.5.2基于型式测试结果和特定条件的组合误差的评估
方法1：当假定高斯分布有效，则组合最大误差能使用下列公式，从测试结果的组合中评估：
式中各子项含义：
1）e（PFp，Ii）是在指定的电流Ii和功率因数PFp下，测得的电能表的固有误差；
2）δep，i（T），δep，i（U），δep，i（F）是当温度、电压和频率在额定工作条件下指定的整个范围内变化时，在指定的电流Ii和功率因数PFp下，测得的电能表的最大附加误差。

方法2：
当假定高斯分布不再有效时，对于影响因子的效果假定呈现矩形分布，组合最大误差使用以下公式评估：
式中各子项含义：
ebase：在基本最大误差测试中测得的最大误差，考虑型式测试的测量不确定度（2）；
evoltage：在电压变化测试中测得的最大误差，考虑型式测试的测量不确定度；
efrequently：在频率变化测试中测得的最大误差，考虑型式测试的测量不确定度；
eunbalance：在不平衡变化测试中测得的最大误差，考虑型式测试的测量不确定度；
eharmonics：在谐波含量变化测试中测得的最大误差，考虑型式测试的测量不确定度；
etemperature：在温度变化测试中测得的最大误差，考虑型式测试的测量不确定度。