关于对感应式电能表与电子式电能表误差测试的分析与性能比较

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　　随着社会的发展，交易的电量越来越大，供、用双方对自身的权益也越来越关心，这就对电能计量表计的准确度等级提出了越来越高的要求。普通感应式电能表受其结构和原理的制约，要进一步提高准确度和拓展其功能已很困难。此时，微电子技术和单片机应用技术的发展和普及，为电能表多功能高精度的实现创造了有利条件，正是在这种背景和条件下，电子式电能表得到了飞速发展，并得到了广泛应用。本文就供电企业和广大用电客户普遍关心和高度关注的电能表技术质量问题进行了测试与分析。
　　一、低电压状态下误差测试与分析
　　基于当前高温高负荷季节的来临，孝感城区内部分路灯低压配网（380V/220V）线路因为供电半径过大，加之受当初改造资金的限制、线路导线线径过小、线路末端负荷过大和城区季节性用电等因素的影响，线路末端电压普遍偏低（低于额定电压220V），为此，我们将“电能表在线路电压低于额定电压状态下各区段计量误差”作为实验课题，并进行了细致的计量误差测试与分析。
　　（一）电子式单相电能表低电压状态下误差测试与分析
　　按照不同生产厂家、不同生产年份、不同类别进行分类，共选取6只电子式单相电能表进行测试，列表如下：
　　电能表类别 规格 型号 精度 生产厂家 生产年份 出厂表号
　　单相电子式电能表（机械计度器） 220V、
　　5（40）A DDS516 2.0 武汉奥统电气有限公司 2006年 019238
　　单相电子式电能表（机械计度器） 220V、
　　5（40）A DDS71 2.0 江苏林洋电子有限公司 2008年 019808
　　单相电子式电能表（机械计度器） 220V、
　　5（40）A DDS33 2.0 杭州西子集团有限公司 2008年 025315
　　单相电子式电能表（机械计度器） 220V、
　　5（20）A DDS388 2.0 北京博纳电子有限公司 2004年 000875
　　单相电子式电能表（液晶显示） 220V、
　　5（40）A DDS516-R 2.0 武汉奥统电气有限公司 2007年 027130
　　单相电子式电能表（液晶显示） 220V、
　　5（40）A DDS7-R 2.0 江苏林洋电子有限公司 2008年 010612
　　经过测试，我们从电能表基本误差、工作电压、计度器工作性能、工作电流等四方面的影响进行综合分析：
　　1、电能表基本误差影响
　　按照湖北省电力公司电能表技术条件及JJG596-1999《电子式电能表检定规程》中的各项要求，我们分两种情况进行了测试。
　　在额定电压（220V）的28%～120%范围内（61.6V～264V，此范围超出了省公司技术条件和检定规程中对测试电压的要求）、标定电流、功率因数为1.0和0.5（感性）时，分别依次对电能表进行基本误差测试，测试结论表明，在省公司技术条件中所要求的额定电压的70%～120%（154V～264 V）范围内，各电能表基本误差均在合格范围内（从-0.28%～+0.22%）。但在额定电压的28%～60%（61.6V～132V）范围内测试时，部分电能表基本误差超差（从-3.86%到+2.68%）。
　　在额定电压220V的50%（110V）、工作电流为Imax～0.1Ib范围内，功率因数为1.0和0.5（感性）时分别依次对电能表进行基本误差测试，测试结论表明，工作电流在Imax（最大电流）～0.5Ib（40A～2.5A）范围内变化时，基本误差在合格范围内。工作电流在0.2Ib～0.1Ib（1A～0.5A）范围内变化时，基本误差在（-1.63%～5.18%）范围内，各厂家生产的电能表基本误差特性各有不同。
　　2、工作电压影响
　　经过测试，电能表在额定电压的28%-120%（61.6V～264V）范围内，其脉冲输出性能、电能表准确计量电量的能力各有差异。测试表明：
　　（1）江苏林洋生产的有两种型号的单相电子式电能表：一种计度器为液晶显示（DDS71-R）的电能表，当工作电压低于264V高于110V时，电能表既有脉冲输出又能准确计量；当工作电压低于110V时，电能表无脉冲输出，且不计量；当工作电压低于132V高于77V时，电能表有脉冲输出但不计量（不走字）。
　　（2）武汉奥统生产的有两种型号单相电子式电能表，一种计度器为液晶显示（DDS516-R）的电能表，当工作电压在低于264V高于176V时，电能表既有脉冲输出又能准确计量；另一种为机械计度器（DDS516）的电能表，当工作电压低于264V高于88V时，电能表既有脉冲输出又能准确计量；当电压低于88V高于61.6V时，电能表有脉冲输出但不计量（不走字）。
　　（3）北京博纳电子有限公司生产的DDS388 型单相电子式电能表（机械计度器），当工作电压低于264V高于110V时，电能表既有脉冲输出又能准确计量；当工作电压低于110V高于88V时，电能表有脉冲输出但不计量（不走字）。
　　（4）杭州西子集团有限公司生产的DDS33型单相电子式电能表（机械计度器），当工作电压低于264V高于110V低于时，电能表既有脉冲输出又能准确计量；当工作电压低于110V高于77V时，电能表有脉冲输出但不计量（不走字）。
　　3、电能表计度器工作性能影响
　　本次测试的电能表按电能表的计度方式不同分为机械（字轮式）计度与液晶显示计度两种，测试过程中，我们对电能表进行了走字试验，机械计度器的电能表在40%、50%的额定电压时（厂家不同，情况有差异），电能表能准确计量，液晶显示的电能表在额定电压的50%Ue（110V）、80%（176V）时（厂家不同，情况有差异），电能表才能准确计量。
　　4、工作电流影响
　　当工作电压为额定电压的50%（110V）、工作电流在Imax～0.1Ib（40A～0.5A）范围内变化时，对电能表基本误差影响较大，厂家不同各有差异。
　　（1）杭州西子集团有限公司生产的DDS33型单相电子式电能表（机械计度器），Imax（40A）时，电能脉冲输出不稳定，基本误差在（-16.50%～+0.12%）范围内，电能表不能准确计量，但是工作电流在1/2Imax～0.1Ib（20 A～0.5A）范围内变化时,基本误差（+0.09%～+0.40%）范围内，电能表能准确计量。
　　（2）江苏林洋生产的DDS71-R、DDS71型单相电子式电能表，工作电流在Imax（最大电流）～0.5Ib（40A～2.5A）范围内变化时，基本误差在合格范围内，电能表能准确计量。当工作电流在0.2Ib～0.1Ib（1A～0.5A）范围内变化时，基本误差在（-1.63%～-5.18%）范围内，电能表不能准确计量。
　　经过测试，可得出如下结论：
　　结论一、当工作电压低于61.6V时，即无脉冲输出又不能计量；当工作电压低于110V高于61.6V时，有脉冲输出但不能准确计量；当工作电压低于264V高于110V时，电能表能准确计量。
　　结论二、液晶显示计度器比机械计度器的电能表准确计量的工作电压范围相对要窄一些，液晶显示计度器其工作电压须高于110V (武汉奥统生产的要高于176V)才能准确计量，机械计度器其工作电压高于88V(武汉奥统的要高于110V)方可准确计量。

　　结论三、当工作电压在110V，电流在Imax～0.1Ib（40A～0.5A）范围内变化时，对电能表计量的准确性有影响。
　　（二）感应式单相电能表低电压状态下误差测试与分析
　　本次测试，共选取不同型号、不同规格的3只运行中电能表，列表如下：
　　电能表类别 规格 型号 精度 生产厂家 生产年份 出厂表号
　　感应式单相电能表 220V、
　　2.5（10）A DD862 2.0 华立集团有限公司 2000年 187483
　　感应式单相电能表 220V、
　　1.5（6）A DD862-4 2.0 华立集团有限公司 1997年 130288
　　感应式长寿命单相电能表 220V、
　　5（20）A DD58 2.0 华立集团有限公司 2003年 005146
　　测试前提：在JJG307-2006《机电式交流电能表检定规程》中规定的检定条件下，我们对3只电能表进行了检定，检定均合格。针对运行中农村电网端电压偏低的问题，我们做了以下测试，经过测试，我们从工作电压、工作电流两方面的影响进行分析。
　　1、工作电压影响
　　在工作电流恒定为5A，当工作电压在额定电压的10%～120%（22V～264V）范围内变化时，电能表能够计量，但基本误差超出其准确度范围（在-55.53%～+1.59%范围内）。测试表明，当工作电压高于50% Ue（110V）时，电能表能准确计量，当工作电压低于50% Ue（110V）时，电能表不能准确计量。
　　2、工作电流的影响
　　在工作电压为50%Ue（110V）、当工作电流在Imax～0.1Ib范围内变化时，电能表能够计量，但是基本误差超出其准确度范围（12.85%～-0.23%%范围内），但是测试表明，感应式长寿命单相电能表的基本误差变化范围相对要小（在-2.33%～-0.25%%范围内）。
　　二、感应式电能表、电子式电能表性能比较
　　电子式电能表与普通感应式电能表（机械表）相比，具有以下几个特点：
　　1、功能强大。通过对单片机程序软件的开发，电子式电能表可实现正、反向有功、四象限无功、复费率、预付费、远程集中抄表等功能。即一块多功能表可相当于七块表，并能实现这七块表所不能实现的分时计量、数据自动抄读等功能，同时，表计数量的减少，有效地降低了二次回路的压降，减少了表计本身的功耗，提高了整个计量装置的可靠性和准确性。
　　2、准确度等级高且误差稳定。感应式电能表的准确度等级一般为0.5级到３级，并且由于机械磨损，误差很容易发生变化，而电子式电能表可方便地利用各种补偿轻易地达到较高的准确度等级，并且误差稳定性很好，电子式电能表的准确度等级一般为0.2S级到2级。
　　3、启动电流小且误差曲线平整。感应式电能表要在0.3%Ib下才能启动并进行计量，而电子式电能表非常灵敏，在0.1%Ib电流下就能开始启动进行计量，且误差曲线好，在全负荷范围内误差几乎为一条直线，而感应表的误差曲线变化较大，尤其在低负荷时误差较大。
　　4、频率响应范围宽。感应式电能表的频率响应范围一般为45～55Hz，而电子多功能表的频率响应范围为40～1000 Hz。
　　5、受外磁场影响小。感应式电能表是依靠移进磁场的原理进行计量的，因此外界磁场对表计的计量性能影响很大。而电子式电能表主要是通过乘法器进行运算的，其计量性能受外磁场影响小。
　　6、便于安装使用。感应式电能表的安装有严格的要求，若悬挂水平倾度偏差大、甚至明显倾斜，将造成电能计量不准。而电子式电能表采用的是静止式的计量方式，无机械旋转部件，因此不存在上述问题，加上体积小，质量轻，便于使用。
　　7、过载能力大。感应式电能表是利用线圈进行工作的，为保证其计量准确度，一般只能过载４倍。而全电子式多功能表可过载6～10倍。
　　8、防窃电能力更强。窃电是我国城乡用电中一个无法回避的现实问题，感应式电能表防窃电能力较差。例如AD7751能通过两个电流互感器分别测量相线、零线电流，并以其中大的电流作为电能计量依据，从而实现防止短接电流导线等的窃电方式。可为供电企业减少经济损失。
　　9、功耗小。一块电子表一年的自耗电量为8.76kWh，而一块感应式电能表一年自耗电量43.8kWh，能耗是电子表的５倍。
　　但电子式电能表也存在如下一些弱点：
　　1、维修较复杂。全电子式电能表线路较复杂，维修工作需要具有一定电子技术的专业人员来承担。
　　2、若质量不过关，表计容易死机、黑屏，从而造成极其严重的计量数据混乱。
　　3、受目前电子器件寿命的制约，电子式电能表的寿命大约为10年，与长寿命技术电能表相比寿命还不长。
　　两种类型表计的性能比较
　　类别 感应式电能表（机械表） 电子式电能表
　　准确度（级） 0.5～3.0 0.2S～2.0
　　频率范围（Hz） 45～35 40～2000
　　启动电流 0.03Ib 0.001 Ib
　　外磁场影响 大 小
　　安装要求 严格 无
　　过载能力 4倍 6～10倍
　　功耗 大 小
　　电磁兼容性 好 差
　　寿命 普通表5～10年，长寿命表20～25年 10年
　　日常维护 简单 较复杂
　　功能 单一、难扩展 完善、可扩展
　　三、 综合结论及评价
　　通过上述测试和分析，我得出的结论是：电子式电能表各方面性能优于感应式单相电能表（机械表），特别是在电能表工作电压低于额定电压状态情况下，感应式单相电能表的误差大于电子式单相电能表的误差（负误差）；在低压配网电压达到额定电压的50%（110 V）以上，电子式单相电能表比机械式单相电能表计量相对更准确。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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