功率因数表怎么校验（功率因数表怎么测试好坏）

1998年后，山东电网三相电能表最高计量标准再升级与特种电能表检定技术的探索

—《电能表应用研究60年回忆录（第1篇:第2集）》

中国现代电网量测技术平台

张春晖

2017年11月21日

第1篇 1958年，山东电网电能表计量标准传递系统建设从零起步

第2集 1998年后，山东电网三相电能表最高计量标准再升级与特种电能表检定技术的探索

1）2000年，山东省电力试验研究院进口德国EMH公司产0.01级高精度三相电能表校验系统

—电能计量标准:EMH公司0.01级ZPE KOM 3---3.02型电子式三相标准表

—全自动检定台体:EMH公司产”高精密多功能成套电能表三相校验系统”

—关键技术参考:EMH公司0.01级高精密三相电能表校验系统

· 0.01级ZPE KOM 3---3.02型三相高精度多功能标准表

a1 工作原理:

电流与电压测量分别通过A/D转换实现:.6组高分辨率、高线性度和稳定性极高的A/D转换器，将被测电流和电压转变成数字量，并由数字信号处理器进行数字实时处理。

a2 主要技术指标

标准表的电能测量和功率测量的准确度相同:

有功功率P:测量误差小于或等于 /-0.01%（相对视在功率）

无功功率Q:测量误差小于或等于 /-0.02%（相对视在功率）

视在功率S:测量误差小于或等于 /-0.01%

功率因数测量（PF=P/S）:误差小于或等于 /-0.01%（相对量程终点值）

温度系数:0.0015%/°C

·高稳定性程控谐波功率源:SPE 120.3

全电子式三相程控精密功率源，采用EMH公司研制的精密数字合成技术、可调节脉宽调制放大技术，以及输出数字调节技术，高稳定和高效率的输出，由配备的PC机进行控制。

稳定度:

优于0.005%/5分钟（测量时间基准10秒）

优于0.005%/小时（测量时间基准150秒）

谐波生成:电压回路和电流回路，至20次。

·校验设备总体的主要要求:

a1 辅助电源接线方式:三相五线制:A、B、C和零线，以及地线。零线和地线之间的电阻不大于4欧姆。

a2 校验设备的综合重复性测量:

对于0.01级校验设备，该标准偏差不大于0.002%（功率因数为1时），和不大于0.003%（功率因数为0.5L时）

A3 校验设备的综合测量准确度（对线性负载:纯电阻至纯电感）

功率因数等于1:优于0.01%

功率因数等于0.5L:优于0.02%

功率因数等于0.5C:优于0.03%

2）2008年后，山东省电力试验研究院引进的三相电能表最高计量标准

—德国EMH公司产0.01级三相高准确度多功能电能比较仪，配套应用郑州三辉公司产三相精密程控稳压源、三相检定操作系统

关键技术参考:0.01级K2006型三相高准确度电能比较仪

· K2006以模数转换（ADC）为测量原理，对被测电压和电流进行采样，数字信号处理器（DSP）控制模数转换的采样，并读取其采样得出的数据。

· K2006的基本测量准确度为0.01%。其传递转换误差可以通过外部的DC----电压基准进行确认，参考电压:1/10 V, DC 。K2006可进行基波从15Hz至70Hz的三相系统各种交流量的检测，谐波测量至3500Hz。

·主要技术指标

功率/电能:50mA至160A, 测量不确定度为</=100PPM,漂移</=30PPM/年。

·补充:2004年，应本文作者的要求，EMH公司提供了K2006标准表由德国PTB的检验报告。该报告的特征是出具有功率因数为0.01（L/C）的计量校准数据，为国产三相电能表90°计量误差考核提供参考标准。

·据了解，郑州三辉公司产三相精密程控稳压源，从设计原理上保证输出电压的稳定性较好。

—德国ZERA公司产0.01级高准确度三相电能比较仪

关键技术参考:ZERA公司0.01级COM3003型高准确度三相电能比较仪

·德国ZERA公司自1920年起开发、设计、制造检验电能表的校验设备和测量仪器。1965年起，建立了ZERA的功率校验实验室，把光标仪测得的功率转换精度转换成国家标准，主要是检验ZERA生产的测试仪器精度。1999年得到德国PTB（德国物理技术研究院）的授权，ZERA的校验检定实验室根据DIN EN 45001标准作为德国的校验检定实验室。

·该公司生产COM303型三相比较仪系列产品，在0.1A---10A电流下，计量误差<50PPM。RMM303型三相参考多功能表系列产品，在有效范围极限下，计量误差<0.01%。还生产电能表高精度试验系统。

—美国Radian公司产0.01级RD33型三相标准电能表

关键技术参考:

· RD33的准确度技术指标为0.01%。技术指标包括各种稳定性，温度、功率因数、溯源不确定度和测试系统误差。

· RD33利用了Radian公司新的Dytronik测量技术，包括Radian公司自行设计的A/D积分转换器，RD33的Dytronik转换器结合Radian公司著名的电压、电流电子补偿互感器和密封式的参考标准，才使得便携式三相标准电能表在准确度、稳定性和功能方面具有最高的水准。

·RD33是一个三相四象限的仪表，可以对有功、无功、视在功率和电能（包括正反向）同时进行测量。电压、电流和辅助电源的输入都是自动量程的。自动量程技术一直是Radian公司所倡导的。Radian的钳形电流夹在用户负载端进行测试。

· RAadian公司的Dytronik A/D转换器是特别设计和优化的，对于功率和电能的测试最优化。这独特的设计使RD33对于准确测量非正弦波的波形信号，可以最高到200次谐波，测量参数包括谐波的相位、幅值和总的谐波失真一样。测量畸变波形高准确度结合可选择的功率分析能力，清析显示出RD33作为一个权威的便携式三相电能标准表，可以完全满足表的测试和电能质量的应用。

·技术条件

a1 准确度: /- 0.01%

a2 对于谐波值，不同的谐波次数RD33有不同的谐波测量准确度:

1---23次谐波， /- 0.01%

2---64次谐波， /- 0.075%

偶次和奇次谐波影响:RD33不论谐波是奇次还是偶次，这误差从0.01%的基础上，线性增加到64次谐波的0.075%。

a3 功率因数1.0到0.5（0°至--60°）:引起误差改变 /- 0.01%

功率因数小于0.5（--60°至--90°）:引起的误差改变，最大不超过 /--（0.005%/PF）

a4 温度对准确度影响:最大为 /- 0.001%/°C

3）数字化三相电能表检定装置技术的应用与系统开发

目前，山东全省数字化变电站安装的数字化三相电能表，都集中在山东省电科院计量中心进行检定，采用深圳星龙公司产的0.05级三相数字化电能表检定装置。

—关键技术参考之一:数字化三相电能表

本部分内容摘录于宗建华等编著:《智能电能表》，编排时略有改动。

·数字化电能表在数字化变电站电能计量系统中的地位

数字化变电站电能计量系统由电子式电流互感器（

ECT）、电子式电压互感器（EVT）、GPS同步时钟、合并单元、数字化电能表、站内主站组成。其中，数字化电能表将来自合并单元的数字信号（按IEC61850标准要求的信息传输格式）进行解调，完成功率计算、电能量累计、信息存储与管理，还和站内主站系统连接，对计量数据、信息进行处理。

在数字化变电站中，电能计量的误差源主要是电子式互感器的比差、角差、传输线路的信号延迟引入的时间差、合并单元关联信号的非同步引入的信号延迟、采样不同步，以及表计乘法器的原理性误差等。

·数字化电能表的结构

数字化电能表采用数字信号处理器与中央微处理器相结合的架构。由100M Base---FX接口（符合IEC61850--9协议要求）、协议处理芯片、数字信号处理器、中央微处理器（CPU）、液晶显示、时钟/电池、功率脉冲输出、控制信号输出、通信接口（RS485/远、近红外）、历史数据存储器、按键和两路工作电源等组成。其中，数字信号处理器完成如电压、电流、功率等电参量的计算。CPU完成电量累加及多种输出功能。工作电源取自站内的辅助电源。

—关键技术参考之二:功率乘法器的数字算法

国网电科院:《基于IEC61850--9--1的电能数字算法研究》:

·”数字电能表不适合使用频域计量算法进行有功功率和电能的计算。使用时域积分算法不存在电能脉冲时间间隔问题，只要积分值达到一个电能脉冲对应的电能值，就可以发出脉冲”。

·”本文设计一种时域有功电能算法。该算法的特点是分别计算正向有功电能和反向有功电能。每kWh的电能计算误差，理论上不超过单个电能脉冲电能值的1/10”。

·”数字化变电站的电能计量，通过数字化互感器和数字电能表实现。其中，互感器合并单元通过光纤向数字化电能表传输按IEC61850---9---1协议打包的交流采样数据包。数字电能表实际上是数字电能计算器，其误差实质上只与电能数字算法有关”。因此，需要统一有功电能和无功电能的数字算法。

—关键技术参考之三:深圳星龙公司产三相数字化电能表校验台

·主要功能特点:

a1 由精密模拟三相标准功率源经过高精度A/D转换器而来。同时，也具备软件拟合能力。

a2 采用传统电能标准，如采用0.01级COM3000标准表实现量值溯源。

a3 能够支持IEC61850---9---1/IEC61850---9---2/IEC61850---9---2LE协议。

a4 能够对IEC61850各种参数，如采样点数、MAC地址、SVID、APPID等能灵活配置，并正确输出IEC61850协议功能。

a5 对于IEC61850---9---2/9--2LE能够任意设置输出的通道号及通道总数。

a6 除了能够检定电能表的基本误差（正向、反向，有功、无功）、启动、潜动外，还能够检定各种影响量（谐波/频率/不平衡）的误差及测量不确定度。

a7 支持国标《数字输入电能表特殊要求》（待发布）中4k/10k/4.8k/9.6k的采样要求。

a8 能够自由编制任意的自动校表方案，校表过程无需人工干预。

a9 能够根据用户的校表模板，自动生成各种报表。

a10 每个表位具有独立的误差显示器。在检定过程中，能够直观显示各个被检表的误差值。

a11 使用频谱泄漏补偿算法，可以实时精确测量不同频率下的电压、电流、功率、谐波等检测。

·主要技术指标

a1 数字化电能表校验装置

电压测量: 0---100V

电流测量: 200mA、1A、5A、10A

功率/电能测量:

有功功率测量准确度:

0.05% RD PF=1 （50mA---10A）

0.1% RD PF=0.5L、0.5C

无功功率测量准确度:

0.2% RD PF>/= 0.5

通信协议:IEC61850---9---1、IEC61850---9---2、IEC61850---9---2LE

a2 标准功率源

功率准确度:优于 /-0.05%

功率稳定度:优于0.01%/min

谐波输出:2---50次谐波

带容性负载能力: 0---120V, 最大负载电容值1微法。超出此值，可能会引起输出自激振荡。

—关键技术参考之四:数字化电能表基本误差试验方法与深化研究

·国标《交流电测设备特殊要求第3部分: 数字化电能表（GB/T17215、303---2013）》附录A:

A1 采用数字式信号源及数字化标准表法进行测试:

数字信号源—>符合IEC61850协议的数据流—>网络设备—>【（数字化标准表—>高频脉冲）/（被试仪表—>低频脉冲）】—>误差计算

A2 采用标准数字功率源法进行测试:

标准数字功率源—>【（符合IEC61850协议的数字流—>网络设备—>被试仪表—>低频脉冲输出）/高频脉冲输出】—>误差计算

A3 采用模拟（信号）源及模拟式标准表法进行测试:

模拟信号源—>【（高精度A/D转换设备—>协议组包设备—>网络设备—>被试仪表）/模拟标准表】—>误差计算

·说明:清华大学、四川省电科院《基于IEC61850标准的数字电能表检定技术研究进展》提出:

a1 ”由于数字电能表接收的信号是经光纤传输的包含符合IEC61850---9---1/2（LE）标准的采样值报文的以太网数字包，与接收数字量信号的电子式电能表以及接收模拟量信号的感应系电能表相比，其内部结构与工作原理均发生了质的变化，这使得传统的电能表检定方法和检定装置均无法直接用于数字电能表的检定，且至今，也还没有相应的技术标准对其各项指标及其检验方法加以规范。因此，数字电能表的检定方法和量值溯源仍属于电能计量领域新的有待深入研究的问题之一”。

a2 ”目前，国内已提出几种对数字电能表进行检定的方法和具体技术方案，它们各有特点，但大多还存在其中的部分检定设备或功能单元的准确度无法判定或判定方法较为复杂，以及电能计量标准无法进行量值溯源问题。数字电能表的检定是个很新的问题，有关技术还处于发展过程中”。

4）直流电能表检定装置技术的应用与深化研究

目前，山东全省的电动汽车充电桩直流电能表/车载直流电能表，都集中由山东省电科院计量中心进行检定。在实验室，采用长沙天恒测控公司产0.05级直流电能表检定装置。

关键技术参考:电动汽车用多类直流电能表的设计与检定技术

—电动汽车直流电能表

华立仪表集团:《车载直流电能表设计与实现》:

·两种结算方式

”为解决电动汽车用电结算问题，国网公司与普天海油新能源动力公司提出两种不同的解决方案:国网采用充电时结算，而普天海油公司采用用电后结算方式”。

·”普天海油公司的结算方式，车载直流电能表成为该结算方式的必须计量设备，即一车一表。因此，车载直流电能表具有很好的市场前景”。

·华立仪表集团车载直流电能表的设计方案:

硬件电路由电源管理、电量采集、数据处理和通信模块等组成。其中，电量采集采用高精度直流计量芯片，即ADI公司新推出的ADE 7953。它能够测量电压、电流，并计算有功、无功、视在功率，以及瞬时均方根电压和电流。该器件内置3个∑---△型ADC和1个高精度电能计量内核。第三接入通道可同时测量零线电流，支持窃电检测。

—充电桩直流电能表的设计方案:（待查询）

—直流电能表检定方法的溯源

广东电网电科院:《电动汽车充换电设施电能计量及溯源方法》:

·”由中山市乐群电动汽车充电站的同一计量点，在相同时间内，交流电能表计量电量为35220.48kWh，直流电能表计量电量比交流电能表计量电量多168.52kWh，占充电机消耗电能的0.48%。考虑充电机本身损耗电能时，直流计量的充电电量应小于交流计量方式下的充电电量。此例说明，直流电能表计量误差较大，需要研制直流电能表检定装置；建立计量溯源体系。

·此文”通过电动汽车充电站电能准确计量方法研究，提出对特定整数次谐波、基波的电流和电压进行实时分频检测的改进ip---iq算法，提高了波形畸变情况下谐波检测的实时性；提出实时FFT及准同步采样线性插值的补偿算法，解决了谐波电能计量的频谱泄漏问题；提出一种基于3级放大的宽量程冲击性负荷电能计量技术，保证了表计宽动态范围和快速响应能力；研制了便携式三相动态畸变负荷波形模拟标准源，有效解决了动态畸变负荷电能计量溯源问题；研制了0.05级量值可溯源的电动汽车用高压大电流直流电能表整体校验装置，解决了电压变化情况下直流电能表的检定溯源问题。

其中，0.05级高压大电流直流电能表整体检定装置:实现0.2级以下安装式直流电能表的整体检定。该装置包括准确度为0.05级的直流标准表和具备纹波功率和直流功率输出的标准功率源。

该装置可检定直流电能表的电流范围为0---750A,电压范围为0---500V。

5）补充计量史料:1958---1998年，山东电网三相电能表计量标准传递系统的规划与实施

山东省电力试验研究所/院负责山东电网三相标准表检定装置的设计与改进。

— 1976年，山东电网第一代三相标准表检定装置问世

第一代三相标准表检定装置采用”瓦秒”法原理设计。

·三相”瓦秒”计量标准

a1 三相功率:采用国产0.1级D4型双排光标、宽刻度的瓦特表（3只）进行测量。

a2 60/120秒时基:采用电子式频率计分频电路抽头方法，得到60秒或120秒时间标准。

·稳压电源:采用614---A型电子管式稳压器（3台），其输出由变压器（3台）按△接法供电。稳压精度为0.2%，输出正弦波，每台稳压器输出容量为1kVA。

·电工型人工操作台体:采用虚负荷电路结构，由调压器调节输出工作电压、电流。移相0°、60°、90°，采用三相变压器式移相器，相位可以细调节。

·第一代三相标准表检定装置的不确定度为0.15%，用于检定0.5级三相/单相标准表，初步实现0.5级三相标准表省内自检。