摘要：本文介绍电能表校准技术中所用的标准化电力计量技术，介绍电能表校准的各种技术方法以及在校准时的相关要求。介绍了由于电压电流的变化所产生的各种误差，对误差产生的原因进行了分析，并提出了相应的误差校正措施。希望能对于提高电能计量准确度，保证电力市场公平交易起到一定的理论指导作用。

关键词：标准化电力计量；电能表校准；误差分析；误差修正

引言

电能表是电力交易结算的关键设备，直接决定了供用电双方的经济利益。随着电力系统的智能化，电能表除了单个电量的计量外，还加入了多参数的测量、远程通信等功能，对于电能表计量的准确度提出了更高的要求。标准化电力计量技术能够规范校准过程、统一误差评价标准、保证电能表计量可靠性，本文从校准技术实施、误差成因分析与修正等方面出发，以期达到建立完善化电能表计量质量保障体系的目的。

一、电能表校准技术体系

1.1 校准方法分类

电能表校准方法有两种：一种是直接比较法，一种是间接验证法。直接比较法是利用标准表比较法，即将待校表和标准表并联于同一个测试回路，同时记录它们的示值，计算出两者的相对误差；这种方法适用于所有类型的电能表，但是最适合用来检验电子式电能表的线性误差。间接验证法是使用标准脉冲发生器法来对电能表的脉冲当量进行检验，通过对标准脉冲信号与电能表计量脉冲进行比对的方式。

1.2 校准流程规范

要按规定的程序进行校准。对环境条件的要求是温度 20±5°C 、湿度在40～60% 范围内进行校准，避免因温湿度的变化影响电子元器件。对设备预热时，将标准源和待校电能表加电 30 分钟以上，并做热稳定。做好接线检测试验，应检查电流回路极性和电压回路相序，防止因接线不正确出现差错。测试点选择轻载 10% 标定电流）、标载（ 100% 标定电流）和过载 120% 标定电流），功率因数分别取 1.0（阻性负载）、0.8（感性负载）和 0.8（容性负载），检测电能表的工作情况。

1.3 自动化校准系统

在现代的校准系统中已将校准、自动化测试功能统一，通过程控电源输出标准的电压、电流，采用高精度采样单元获得电能表的表示值，再通过误差计算软件进行数据处理，在自动化控制下可以实现计量过程的全自动化。另外，还能进行多表位的并行测试，一台设备的日校准能力可达 200只，比传统的手工校准方式提高 5 倍，同时还有相应的数据追溯功能，记录相关的校准环境信息、设备情况、人员信息等组成了不可以更改的校准档案，满足了计量器具全生命周期的管理要求。

二、电能表计量误差类型与机理

2.1 电压电流变化误差

电压波动会引起电能表磁路饱和度变化，如果电压大于额定值的 10% ，则磁通密度会加大，引起涡流损耗加剧，使得驱动转矩与负载功率之间的非线性加大；由于电流畸变主要是非线性负载产生的谐波电流造成，即偶数倍谐波电流进入电能表电流线圈，在电能表内形成附加磁势，造成计量误差，测试表明，当谐波含量为 20% 时，三相感应式电能表会多计电量 1.5% 。

2.2 温度影响误差

改变的温度会影响电能表的计量精度，不同的途径温度对采样电阻的影响导致不同，比如温度从 25°C 上升到 55°C 左右时，对于 0.1 级的电能表来说，电压的采样误差能达 0.05% 左右。由于感应式电能表的铝盘存在电阻率的温度系数，在低温度下会使得制动转矩变大，轻载情况下的误差会偏于正值。采取合适的温度补偿电路是十分必要的，并且在设计过程中要尽量兼顾到响应速度以及补偿精度，在实际的应用中可以采用热敏电阻与运放组成的温度补偿网络将电能表的温差误差控制在 10.2% 以内。

2.3 安装与运行误差

因安装倾斜造成电能表转盘轴系偏移，当倾斜角大于 2°时，滑动轴承的摩擦力矩增大，易造成轻载误差增大；电能表三相错接线产生相位误差，电压、电流夹角误差导致电量误算；长期使用后，电流互感器铁芯剩磁累加、电压互感器绝缘老化造成角差、比差发生改变，产生计量综合误差。

三、电能表误差修正策略

3.1 设备选型优化

从以上描述可以看出，负载特性决定了电能表的选择，对于居民用户的用电情况具有间歇性和波动性的特点，开机启动空调瞬间的电流会达到额定电流的 5～6 倍，即使在这样大的瞬时电流情况下，采用 0.5 级电子式电能表经过优化采样和过载保护措施后也能保证 6 倍额定电流下的准确度达 0.5% ，不会因为过载而造成磁路饱和而使测量失去精度；对于工矿企业中的负载大多都是三相的大电流负载，1.0 级三相四线电能表配合 0.2 级的互感器能够满足电机启动和电焊机等非线性负载的测量要求，准确度可以达到 0.2% 。

3.2 参数调整技术

机械电能表的误差修正要依靠磁路系统的物理调整，如调整制动磁铁和电流磁铁之间的距离即可使转盘的阻尼力矩发生变化，当两者距离减小了 0． 5mm 时，电能表轻载误差即由 -2% 修正好地改善到－0． 5% ；而计度器传动比的调节方式是采用不同齿轮组来更换成组的啮合齿轮，其每一 0.1% 传动比的修正对应着每相接近于 0.3% 左右的计量误差得到补偿。电子式电能表，主要是采用数字补偿技术，通过标定采样通道增益系数来修正 ADC 量化误差；也使用 RC 滤波电路改变电压电流间的相位差来修正补偿使得功率因数 0.5 时相位误差由 3°降到 0.5^∘. 。

3.3 环境控制措施

环境参数稳定决定计量准确度，校准实验室恒温恒湿系统利用 PID 控制方法使温度波动保持在±1℃之内，湿度波动在 ±5% 以内，从而使得电子元器件不受外界因素影响，由于测量值偏大或偏小而产生漂移。对现场运行环境使用 PT100 温度传感器，温度超过 40^∘C 后由 PLC 控制器启动轴流风机降低机柜内部温度，避免因高温导致电解电容容量衰减产生的采样误差。采用双层屏蔽结构实现电磁干扰防护，即内部采用镀锌钢板屏蔽低频磁场，外部使用铜箔编织网屏蔽高频辐射，再辅以滤波器降压至 50mV 以下。

3.4 数字化校准体系

物联网技术全程覆盖计量数据生命周期的监管与管控。智能电表每隔5 分钟经 LoRa 模块上传电压、电流、功率因数等 12 个参数；边缘计算节点完成初洗数据、去掉异常值等工作后，传到云平台。大数据分析引擎使用聚类算法判断是否有计量模式异常，负载率小于 10% 或者功率因数突变大于 0.3 时，将触发现场核验流程。将校准证书、操作记录、设备状态等都上链，用哈希算法保证以上全部信息不可篡改，以满足计量器具溯源的要求。基于 LSTM 神经网络的人工智能预测模型，根据之前历史的校准数据和环境参数，预测电能表的误差随时间的变化趋势，并且提前 30 天给出预警提示，指导预防性校准，让计量故障率降低 40% 。

结束语

标准化电力计量技术通过标准校准过程、定量误差指标、采用修正技术建立电能表计量质量保证体系；根据智能电网建设中电能表功能向着多参数监测、边缘计算发展，提高校准技术要求。此外，在今后的研究工作中应该进一步提升校准设备的智能化程度及误差修正算法，促进电能计量技术向更精准、更适用的方向发展，为能源互联网建设提供精确计量服务。

参考文献

[1] 供电企业电力计量的标准化管理研究[J]. 黄鹏. 中国新通信，2020（22）

[2] 论新形势下电力计量的标准化管理与应用[J]. 宁鸿翔;刘峰.现代工业经济和信息化，2020（08）

[3] 新形势下电力计量的标准化管理与应用探讨[J]. 严绍奎;伍祥.中国新通信，2020（12）