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2017----2018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（OIML R）, 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:
•OIML R46---1 (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)
•OIML R46 ---2 (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:
Ist<= I < Imin、功率因数为1，电能表准确度等级为A/B/C/D，电能表的基本最大允许误差(%)为: /- 2.5 • Imin/I 、 /- 1.5 • Imin/ I 、 /- 1.0 • Imin/ I 、 /- 0.4 • Imin/ I 。
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): 0 - 40% I 、0 - 5% U 。
——湿度和水: 新提出H1、H2、H3 3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*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400A/m。干扰等级为1000A/m、3S。
辐射、射频和电磁场的值:影响量的值，f=80至6000MHz，场强<=10V/m。干扰等级:f=80至6000MHz、场强=30V/m、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)
