中国智能电表的缘起，发展与期望（第二部分上集

　　中国智能电表的缘起，发展与期望（第二部分：上集）
　　中国现代电网量测技术平台
　　张春晖
　　2017年8月10日
　　三，IR46标准与现行电能表国标IEC标准相比有哪些不同的特征或新概念？
　　IR46标准是IR46有功电能表国际建议的简称，是国际法制计量组织（OIML）2012年的出版物。
　　2016年9月，国网推出基于IR46理念的双芯智能电能表设计方案指出：IR46标准与我国现行的电能表标准体系存在明显差异。积极推进IR46的落地实施，（需要）修订相关电能表型式评价大纲，检定规程，国家标准，企业标准，同时研制适应IR46标准体系的产品。
　　面对20172018年国内电表市场需求大幅下跌的新情况，IR46标准的实施，将引发电能表国标，国家计量检定规程，国网智能电表系列企业标准的重大改变，影响国网新一代智能电表设计方案制定，样表开发与试用改进。这些都是目前政府计量行政部门，电表行业主管机构，电网计量部门，电表企业正在共同研究处理的计量热点。
　　鉴于IR46标准至今尚未见到中文出版物及条文解释，只有基于IR46的智能电表国标制订情况，国网双芯智能电表设计方案特征的简要报道。本文讨论的主题，是由本文作者较系统地解读IR46标准第1部分：计量和技术要求的重点内容，即有功电能表的准确度要求，计量特性保护，提炼出IR46标准与现行有功电表国标IEC标准不同的特征或新概念，并汇总IR46标准在国内的落地实施情况后提出，用以普及IR46理念和知识，供下一步需要解读基于IR46的智能电能表国标，国家计量检定规程，评估国网双芯智能电表产品及2013版系列企业标准修订版的参考。
　　1，IR46有功电能表国际建议的法制计量地位
　　1）国际建议（OIMLR），这些建议是制定特定测量仪表的要求计量特性，并规定检查这些测量仪表时使用的方法和设备的示范性法规。OIML成员国应最大程度实施这些建议。
　　2）IR46出版物的正式版本由国际法制计量委员会于2012年10月召开的第47届会议批准。
　　3）IR46有功电能表国际建议（2012版）的组成：
　　OIMLR461（2012版）第1部分计量和技术要求
　　第1章适用范围
　　第2章术语和定义
　　第3章计量要求（包括：准确度要求，计量特性保护）
　　OIMLR462（2012版）第2部分计量控制和性能试验
　　第4章型式批准
　　第5章试验程序
　　第6章型式批准的试验程序
　　第7章型式评价和批准
　　第8章检定
　　附件A参考书目
　　附件B综合误差的计估
　　附件C立法问题
　　4）OIML和某些组织（例如ISO和IEC）之间也签订了合作协议，旨在避免出现相互矛盾的要求。因此，测量仪表制造商和使用者、实验室等可同时采用OIML出版物和其它机构的出版物。
　　5）该建议所列条款仅适用于有功电能表；其他类型的电能表将在本建议的后续版本中添加。
　　2，IR46标准与现行电能表国标IEC标准不同的特征或新概念
　　IR46标准的计量要求，包括：计量单位、额定工作条件、准确度要求、间断式电能表和多费率电能表的要求、电能表标记、计量特性的保护、使用的适合性、耐久性、符合性推论。其中：准确度要求是电能表的核心技术，计量特性的安全是保证准确度的前提条件。
　　下面将从准确度要求、计量特性保护两个方面讨论IR46与现行电能表国标IEC标准不同的特征或新概念。
　　1）从电能表误差术语说起
　　传统的电能表准确度，有基本误差极限、由影响量引起的误差改变极限2项。
　　IR46标准规定的准确度，包括：最大允许误差（mpe）、基本最大允许误差、最大允许误差偏移3项。其中：
　　最大允许误差（mpe）：相对于已知参比量值的测量误差极限。该参比量值依据电能表的规范或规程。
　　最大允许误差由基本最大允许误差和最大允许误差偏移两者结合。
　　基本最大允许误差：指电流和功率因数在额定工作条件，电能表工作在参比条件下，允许的电能表示值的误差极限。
　　最大允许误差偏移：指当单个影响因子在参比条件下获得时，以及当该因子值在额定工作条件下变化时，电能表显示值的误差变化极限。
　　电能表误差具有可追溯性
　　电能表从初始固有误差、固有误差、出现异常（fault）到重大异常（fault）的数据变化过程应可以追溯。其中：
　　初始固有误差：在进行试验和耐久性评估之前确定的电能表固有误差。
　　固有误差：在参比条件下确定的电能表误差。
　　异常（fault）：指示误差与电能表固有误差之间的差异，即电能表包含或出现的意外数据变化。
　　重大异常（fault）：指仪表的异常超出异常极限值。下列情况属于重大异常：测量计度器因干扰出现的变化值大于本建议规定的临界变化值，或仪表功能受影响时。
　　说明：现行电能表国标IEC标准：无此项要求。
　　2）准确度等级的新概念
　　传统的电能表等级，采用0。2S级、0。5S级、1级、2级来表示，直观。但当电流和功率因数变化后，计量误差极限值需作相应的改变。
　　IR46规定的准确度等级
　　‘’满足规定计量要求的电能表准确度等级，目的是确保在规定工作条件下，电能表不确定度在规定的范围内‘’。‘’准确度等级所规定的计量要求包括对干扰的允许影响‘’。
　　‘’制造商可将电能表等级规定为A、B、C或D级‘’。‘’设计和制造的电能表应能够在额定工作条件下，使电能表误差不超过规定等级的最大允许误差范围‘’。
　　‘’设计和制造的电能表应能够在电能表承受干扰时，不会出现重大异常（fault）‘’。
　　可见，IR46规定的电能表准确度等级采用英文符号表示，其内涵较为完整，即在规定的计量要求，包括参比量、影响量、干扰量的工作条件下，电能表不确定度都要在规定范围内。首次提出准确度等级包括对干扰的允许影响。
　　3）电能表随工作电流改变的误差曲线，对整个曲线都提出准确度要求和计算方法
　　传统的电能表误差曲线，只有起动电流、基本电流或额定电流、最大电流的电流值规定。
　　IR46规定的电能表工作电流范围
　　起动电流（Ist）：制造商规定的最小电流值，记录功率因数为1时的电能。
　　最小电流（Imin）：符合准确度要求的最小电流值。
　　转折电流（Itr）：满足与电能表准确度等级对应的最大允许误差的最小电流值。
　　最大电流（Imax）：符合准确度要求的最大电流值。
　　其中：从Ist到Imin的准确度计算方法：
　　IstIImin、功率因数为1，电能表准确度等级为ABCD，电能表的基本最大允许误差（）为：2。5IminI、1。5IminI、1。0IminI、0。4IminI。
　　4）额定工作条件和基本最大误差
　　IR46新提出的额定工作条件（10项）具有以下特征：
　　额定工作条件都选用参比量或应用要求，包括：频率、电压、电流、功率因数、温度、湿度和水、连接方式、倾斜、波形失真度、负载平衡。与现行电能表标准的参比条件（11项）相比，类同项目只有5项。凡电能表的外部影响量，都未列入IR46的额定工作条件。
　　额定工作条件给出很宽的工作范围。
　　工作电流：从Ist到Imax。
　　温度：从55至70
　　波形失真度（d）：040I、05U。
　　湿度和水：新提出H1、H2、H33种要求，就是电能表处于封闭位置、介于封闭与开放位置之间、开放位置。
　　IR46规定的基本最大误差是在额定工作条件（10项）和参比条件两个条件下测定。现行电能表标准规定的基本误差，只在参比条件（11项）下测定。
　　IR46：电能表的基本最大允许误差（）：（略）
　　IR46未列入现行电能表标准规定的用户特殊要求，即功率因数为0。25L或0。5C下的基本最大允许误差要求。
　　本文作者认为：电能表在功率因数为0。25L或再扩展到0。15L，提出基本最大误差的要求，具有实用需求。
　　5）准确度要求：电能表准确度的影响因子全覆盖
　　IR46的准确度，由基本最大允许误差、影响量的允许偏差、干扰的允许影响构成。
　　额定工作条件和基本最大允许误差，前面已经叙述。这里，主要讨论影响量的允许偏差、干扰量的允许影响。
　　一是，影响量的允许偏差
　　IR46的影响量共计18项。其中：
　　IR46与现行电能表标准规定的影响量和值基本相同（6项）：温度系数、电压变化、大幅电压变化、频率变化、逆相序、一相或两相中断。
　　IR46与现行电能表标准规定的影响量的名称类同、影响量的值不同（6项）：自热、负载平衡、电压和电流线路的谐波、交流电流线路中的次谐波、外部恒定（DC）磁感应、外部磁场（交流，工频）。
　　IR46与现行电能表标准规定的影响量的名称类同，但只有IR46提出影响量的值（2项）：辐射、射频和电磁场、射频场感应的传导骚扰。
　　IR46提出的影响量和值（4项）：交流电流线路中的直流电、高次谐波、电压和电流线路的谐波（失真度d）、倾斜。
　　IR46未列入现行电能表标准中的影响量和值（6项）：辅助电压15、附件工作、快速瞬变脉冲群、阻尼振荡波、交流电流线路中的直流和偶次谐波、交流电流线路中的奇次谐波。
　　由影响量引起的误差偏移极限：（略）
　　综合来看：IR46提出的影响量和值具有的特征：
　　新提出的影响量4项，很有实用意义。
　　全部影响量18项，都提出影响量的值，很有难度。
　　不采用现行电能表标准中的影响量6项。
　　二是，干扰的允许影响
　　干扰的定义
　　IR46提出的干扰：‘’在本建议规定条件内，但测量仪表超出额定工作条件的影响量的量值‘’。
　　注释：‘’如果没有规定该影响量的额定工作条件，则该影
　　响量为干扰‘’。
　　干扰的允许影响
　　‘’当误差偏移大于（本建议）表5规定值时，出现重大异常（fault）‘’。
　　由干扰量引起电能表的误差偏移极限：（略）
　　现行电能表国标IEC标准中，无‘’干扰的允许影响‘’的要求。但在其电气要求、机械要求、气候条件等要求中有类同的试验项目。
　　经比较：
　　IR46在电能表准确度要求中提出干扰量、干扰等级、允许影响、各等级电能表的误差偏移极限（）。由此，拓展了准确度要求覆盖的范围，首次提出允许干扰对准确度有有限值的影响。
　　IR46提出的干扰量与影响量中有的量名称相同，严
　　酷等级不同，例如：
　　外部磁场（交流、工频）的值：影响量的值为400Am。干扰等级为1000Am、3S。
　　辐射、射频和电磁场的值：影响量的值，f80至6000MHz，场强10Vm。干扰等级：f80至6000MHz、场强30Vm、调幅、无电流。
　　由IR46提出的干扰量（21项），其中有18项在现行电能表国标IEC标准中有类同的试验项目。但与干扰量类同的试验项目，其试验的值与干扰等级、允许的影响，大都有不同或有很大差异。
　　现行电能表国标IEC标准有与干扰类同的试验项目（18），主要是：电压暂降和短时中断、脉冲电压试、抗接地故障试验、静电放电抗扰度试验、射频电磁场抗扰度试验、快速脉冲群试验、浪涌抗扰度试验、阻尼振荡波抗扰度试验、冲击试验、振动试验、防尘和防水、高温试验、低温试验、交变湿热试验、阳光辐射防护、短时过电流影响试验。
　　以上现行电能表国标IEC标准与干扰类同的试验项目（18项）中，有下列4个项目提出试验后对电能表准确度要求，即误差改变量的限值：抗接地故障试验、快速瞬变脉冲群试验、阻尼振荡波抗扰度试验、短时过电流试验。
　　由此可以说明：现行电能表国标IEC标准中的准确度要求只包括基本误差、影响量的允许偏差，未将与干扰类同的试验项目及可能引起的误差偏移列入准确度要求，具有局限性。
　　6）综合误差的估计
　　综合误差的估计是IR46提出的新概念。
　　一是，为何要进行最大允许综合误差的估计？
　　‘’本建议允许基本最大误差加影响量引起的误差偏移。因此，使用时，符合电能表的实际误差可超过基本最大允许误差。有必要评估表明最大误差的整个最大允许误差。该最大允许误差可合理归于符合本建议的电能表形式。这需要估计额定工作条件下任意电能表的测量误差‘’。
　　‘’然而，因两个原因，用代数方法，将基本最大误差和所有的误差变化和相加，对测量的不确定度进行评估是不乐观的。对于影响因子的任意设置，一些误差变化小，一些将可能有异号，彼此可能抵消。此外，电能表是个积分仪，因此，在一定程度上，由此影响因子会随时间变化，所以应平均影响量引起的误差‘’。
　　二是，根据本建议的要求，由影响量引起的误差偏移极限来估计最大允许综合误差
　　假设：影响量和影响因子可被当作正态分布。因此，对于标准的不确定度，可使用最大允许误差变化一半的值。
　　其他假设：（略）
　　参与最大允许综合误差计算的影响因子（6项），包括：
　　基本最大允许误差
　　电压变化频率变化不平衡变化谐波含量温度变化允许的最大误差偏移，即由影响量引起的误差偏移极限。
　　最大允许综合误差计算公式：（略）
　　三是，基于型式试验结果和特定条件的综合误差估计
　　方法1：‘’保持正态分布的假设有效，那么用公式，从试验结果的结合中评估最大允许综合误差‘’
　　参与综合误差计算的影响因子（4项），包括：
　　在工作电流和功率因数下，试验过程中测量电能表的固有误差。
　　在工作电流和功率因数下温度电压频率各自随规定的额定工作条件的整个范围变化时，试验过程中测量的最大附加误差。
　　最大允许综合误差计算公式：（略）
　　方法2：‘’假设正态分布不再有效时，假设影响因子的影响为矩形分布‘’，‘’这样，可用公式，从试验结果的结合中估计综合最大误差‘’
　　参与综合误差计算的影响因子（6项），包括：
　　考虑型式试验的测量不确定度，基本最大误差试验中的最大误差。
　　考虑型式试验的测量不确定度，电压变化频率变化不平衡变化谐波含量变化温度变化试验中的最大误差偏移。
　　最大允许综合误差计算公式：（略）