CN113109756B - 一种电能表外部工频磁场试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能表外部工频磁场试验方法，利用现有理论计算推理，得到最不利相位，当线圈的励磁电流与输入电能表的参比电压的夹角为±90°时，此时外部工频磁场对电能表的影响最大，即为最不利相位。再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将试验平台进行±90°旋转，根据设定的多个测试点对每个测试点进行检测，得出多个测试点状态下的最不利方向的线圈角度进行比较，变差最大的一个值即为电能表的显示屏朝向某向放置时的最不利方向；利用本发明的方法，不管锰铜片如何安装，均能精准寻找出电能表的最不利相位和最不利方向，并且，本发明针对任何表计，任何安装角度的锰铜片，均能达到精准检测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及用于工业或民用的电能表工频磁场抗扰度的检测研究技术领域，尤其涉及一种电能表外部工频磁场试验方法。
背景技术
目前，在电能表现场运行过程中发现个别电力用户未用电，表计仍然有极少量电能累计；这是因为电能表受到强工频磁场影响，在缺乏有效防磁扰措施的情况下，电能表的测量回路在工频磁场环境中产生感应电势，从而导致电能表额外累积电能；为此，已经研制出一款检测设备，专利申请号为CN201922406071.2的一种电能表工频磁场抗扰度试验装置，该装置解决现有技术中的不满足新国标、人工测试效率低、设备空间大、控制精度低、测试工频磁场强度小等问题。
利用该装置进行试验操作时，需要按照JJF1245.1-2019中9.3.14的试验程序：“测量仪表在工频（f=f nom）磁场中，且处于最不利的相位和方向时的误差，与无影响时的固有误差相比较。持续磁场，磁强强度为400A/m，此时的磁感应强度为0.5mT。”
并且，JJF1245.3-2010（已废止）中9.1.2.11的试验方法：“应分别对仪表的3个正交截面进行试验，并使磁场方向垂直地通过仪表的截面，将仪表置于交流磁感应发生装置产生的磁感应强度大小为0.5mT处，改变励磁电流相对于仪表工作电压的相位值，使之为0°、90°、180°、270°时，将仪表在有、无外部磁感应影响时的误差进行比较。”
从以上材料分析，JJF1245.3-2010（已废止）评测大纲给出的试验方法比较清晰，按照要求进行检测即可；新型评测大纲（JJF1245.1-2019）给出的试验程序非常简洁，如何寻找“最不利的相位和方向”需要自行测试和分析，无疑增大了难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电能表外部工频磁场试验方法，能够通过测量电能表误差的变差来判定，最大变差即为该电能表的“最不利的相位和方向”。
本发明采用的技术方案为：
本发明采用的技术方案为：本发明首先利用现有理论计算推理，得到最不利相位，当线圈的励磁电流与输入电能表的参比电压的夹角为±90°时，此时外部工频磁场对电能表的影响最大，即为最不利相位。再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将放置了电能表的试验平台在±90°范围内旋转，结合设定的多个线圈角度对每个方向组合测试点进行检测，得出多个方向组合测试点状态下的误差的偏移量，误差最大偏移量时电能表在试验平台相对于线圈平面的方向即为电能表显示屏面某向放置时的最不利方向；利用本发明的方法，不管锰铜片如何安装，均能精准寻找出电能表的最不利相位和最不利方向。首先，本发明针对任何表计，任何安装角度的锰铜片，均能达到精准检测的目的。
附图说明
图1为本发明的全自动交变磁场抗扰度试验装置结构示意图。
具体实施方式
本发明包括以下步骤：
A：现有理论计算表明，当线圈的励磁电流与输入电能表的参比电压的夹角为±90°时，此时外部工频磁场对电能表的影响最大，即为最不利相位；
所述的现有理论计算推导过程如下：
假设输入电能表的电压、电流无相位误差，且电压、电流、功率分别为：
（1）
（2）
（3）
亥姆霍兹线圈产生均匀工频外磁场，设线圈励磁电流为：
) （4）
则线圈中心（x=0，y=0）处的磁场强度为：
（5）
式中：R—线圈半径；
n—线圈匝数。
磁感应强度在电压、电流测量回路引入的误差分别为：
（6）
（7）
式中：u Lu (t) —电压变换回路感应电势；
u Li (t) —电流变换回路感应电势；
S u —电压变换回路面积；
S i —电流变换回路面积；
R s —电流变换回路的等效电阻。
有外磁场影响时的功率：
（8）
令 ，/>，
则功率附加误差：
（9）
（10）
由式（10）可知与/>、/>、/>成线性关系，当/>取极值±1，即/>或/>时，/>取极值，即当线圈励磁电流与输入电能表的电压相位呈/>或/>时变差最大，即最不利相位。
利用此结论，能够减少试验过程中的一大步骤，有效的提高试验时间效率。
利用全自动交变磁场抗扰度试验装置1,如图1所示，首先设置线圈3的励磁电流与输入电能表的参比电压夹角为90°或-90°，然后将电能表5放置于可进行平面±90°范围内旋转的试验平台4的中心位置上，此时，电能表的显示屏面朝上放置或者显示屏面朝向侧面放置；
B：当电能表的显示屏面朝上放置时；
先通过全自动交变磁场抗扰度试验装置1将试验平台4进行顺时针转动15°，此时，再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置1进行线圈角度的粗调，以10°为调整单元，在-90°~90°范围内进行粗略调整，获得最不利方向的线圈角度区间，即两个相邻最大变差对应线圈角度；
C：以步骤B确定的最不利方向的线圈角度区间为精调范围值，以1°为调整单元，对全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的精调，获得此状态下精准的最不利方向的线圈角度，记录误差最大偏移量；
D：重复步骤B和C，再将试验平台依次进行顺时针转动，以每次15°为调整单元格，依次测量顺时针方向30°、45°、60°、75°和90°测试点状态下的最不利方向的线圈角度和误差最大偏移量；
E：再将试验平台归复原位；
F：之后通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将试验平台进行逆时针转动15°，此时，再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的粗调，以10°为调整单元，在-90°~ 90°范围内进行粗略调整，获得最不利方向的线圈角度区间，即两个相邻最大变差对应线圈角度；
G：以步骤F确定的最不利方向的线圈角度区间为精调范围值，以1°为调整单元，对全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的精调，获得此状态下精准的最不利方向的线圈角度，记录误差最大偏移量；
H：重复步骤F和G，再将试验平台依次进行逆时针转动，以每次15°为调整单元格，依次测量逆时针方向30°、45°、60°、75°和90°，比较上述测试点的各自误差最大偏移量，取误差偏移量最大的数据，此时电能表在试验平台相对于线圈平面的方向即为电能表显示屏面向上放置时的最不利方向；
I：将步骤C、D、G和步骤H中得到的所有测试点：0°、+15°、+30°、+45°、+60°、+75°、+90°、-15°、-30°、-45°、-60°、-75°、-90°状态下的最不利方向的线圈角度进行比较，变差最大的一个值即为电能表的显示屏面朝上放置时的最不利方向；
G：当电能表的显示屏面朝向侧面放置时；
重复步骤B-I，得到电能表的显示屏面朝向侧面放置时的最不利方向。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明基于全自动交变磁场抗扰度试验装置，包括准确度等级为0.02级或0.05级的三相表检定装置、励磁电流源、运动控制单元、被试电能表接表座、控制计算机；运动控制单元内置有2个伺服电机，伺服电分别驱动线圈旋转机构及接表座旋转机构（相当于本发明所述的试验平台）；线圈旋转机构带动线圈绕水平X轴向±90°旋转，接表座旋转机构带动电能表试验台绕垂直Z轴±90°旋转。被试电能表接表座为一个带插座，可更换不同表型的兼容式接表座。
本发明的工作原理是利用电能表中安装的锰铜片，当锰铜片受到外界磁场干扰后，会产生一定量的感应电势，测试锰铜片未受到磁场干扰和受到外界磁场干扰后的误差影响量，找出误差影响最大位置。
正常情况下，锰铜片是竖直安装在电能表中，但是，存在人为安装加工误差，很多时候，锰铜片是具有倾斜角度的；但是，利用本发明的方法，不管锰铜片如何安装，均能精准寻找出电能表的最不利相位和最不利方向。首先，本发明针对任何表计，任何安装角度的锰铜片，均能达到精准检测的目的。
进行检测时，针对两种放置方式进行检测，首先先进行电能表的显示屏面朝上放置时的检测：
第一步：先通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将试验平台进行顺时针转动15°，此时，再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的粗调，以10°为调整单元，在-90°~ 90°范围内进行粗略调整，获得最不利方向的线圈角度区间，即两个相邻最大变差对应线圈角度；其中，以10°为调整单元属于粗调，范围值可以是5°~10°，能够取得一个角度区间即可。
第二步：以上述步骤确定的最不利方向的线圈角度区间为精调范围值，以1°~3°为调整单元，调整单元的选择根据不同仪表进行选择即可；对全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的精调，获得此状态下精准的最不利方向的线圈角度；
第三步：重复上述步骤一和二，再将试验平台依次进行顺时针转动，以每次15°为调整单元格，依次测量顺时针方向30°、45°、60°、75°和90°测试点状态下的最不利方向的线圈角度；或者每次以5°、10°或者20°作为调整单元格同样适用。
再将试验平台归复0°原位；
第四步：之后通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将试验平台进行逆时针转动15°，此时，再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的粗调，以10°为调整单元，在-90°~ 90°范围内进行粗略调整，获得最不利方向的线圈角度区间，即两个相邻最大变差对应线圈角度；
第五步：以第四步确定的最不利方向的线圈角度区间为精调范围值，以1°~3°为调整单元，对全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的精调，获得此状态下精准的最不利方向的线圈角度；
第六步：重复第四步和第五步，再将试验平台依次进行逆时针转动，以每次15°为调整单元格，依次测量逆时针方向30°、45°、60°、75°和90°测试点状态下的最不利方向的线圈角度。
将第二步、第三步、第五步和第六步骤中得到的所有测试点：0°、+15°、+30°、+45°、+60°、+75°、+90°、-15°、-30°、-45°、-60°、-75°、-90°，比较上述测试点的各自误差最大偏移量，取误差偏移量最大的数据，此时电能表在试验平台相对于线圈平面的方向即为电能表显示屏面向上放置时的最不利方向。
下面举例说明本发明的检测方法：
被检电能表：DDZY566-J，220V，5（60）A，1200imp/kWh，2级。
装置输出电参量：220V，5A，cosφ=1。
亥姆霍兹线圈轴线中心均匀区域输出：0.5mT。
试验平台顺时针旋转90°。
以下为电能表显示屏幕向上放置时的试验数据：
| 序号 | 电能表方向 | 线圈角度 | 磁场强度（mT） | 电能表误差（%） | 变差（%） |
| 1 | -90° | 0° | 0 | -0.015 | 0 |
| 2 | -90° | 90° | 0.5 | -0.018 | 0.033 |
| 3 | -90° | 80° | 0.5 | 0.026 | 0.041 |
| 4 | -90° | 70° | 0.5 | -0.053 | 0.038 |
| 5 | -90° | 60° | 0.5 | -0.055 | 0.040 |
| 6 | -90° | 50° | 0.5 | -0.057 | 0.042 |
| 7 | -90° | 40° | 0.5 | -0.059 | 0.044 |
| 8 | -90° | 30° | 0.5 | -0.092 | 0.077 |
| 9 | -90° | 20° | 0.5 | -0.097 | 0.082 |
| 10 | -90° | 10° | 0.5 | -0.135 | 0.120 |
| 11 | -90° | 0° | 0.5 | 0.121 | 0.131 |
| 12 | -90° | -10° | 0.5 | -0.157 | 0.142 |
| 13 | -90° | -20° | 0.5 | 0.125 | 0.140 |
| 14 | -90° | -30° | 0.5 | -0.151 | 0.136 |
| 15 | -90° | -40° | 0.5 | 0.084 | 0.099 |
| 16 | -90° | -50° | 0.5 | -0.103 | 0.088 |
| 17 | -90° | -60° | 0.5 | 0.071 | 0.086 |
| 18 | -90° | -70° | 0.5 | -0.068 | 0.083 |
| 19 | -90° | -80° | 0.5 | 0.069 | 0.084 |
| 20 | -90° | -90° | 0.5 | -0.102 | 0.087 |
电能表平放时，初步筛选最不利相位-10°，最大变差0.142%；分别测量线圈角度为-2°、-4°、-6°、-8°、-12°、-14°、-16°、-18°时误差的变差；
| 序号 | 电能表方向 | 线圈角度 | 磁场强度（mT） | 电能表误差（%） | 变差（%） |
| 1 | -90° | 0° | 0 | -0.015 | 0 |
| 2 | -90° | -2° | 0.5 | 0.101 | 0.116 |
| 3 | -90° | -4° | 0.5 | -0.140 | 0.125 |
| 4 | -90° | -6° | 0.5 | -0.138 | 0.123 |
| 5 | -90° | -8° | 0.5 | -0.168 | 0.153 |
| 6 | -90° | -10° | 0.5 | -0.157 | 0.142 |
| 7 | -90° | -12° | 0.5 | -0.174 | 0.159 |
| 8 | -90° | -14° | 0.5 | 0.127 | 0.142 |
| 9 | -90° | -16° | 0.5 | -0.164 | 0.149 |
| 10 | -90° | -18° | 0.5 | 0.105 | 0.120 |
精确筛选后最不利相位-12°，最大变差0.159%,因此电能表显示屏幕向上放置时最不利方向为线圈-12°。
综上所述，该电能表的最不利相位为±90°，试验平台顺时针旋转90°显示屏幕向上放置时最不利方向为-12°，最大变差为0.159%。
第二种情况是当电能表的显示屏面朝向侧面放置时；
操作方式和电能表的显示屏面朝上放置时的检测步骤一致，在此不再赘述。
强调说明的两点：一、本发明根据现有理论得出——当线圈的励磁电流与输入电能表的参比电压的夹角为±90°时，此时外部工频磁场对电能表的影响最大，即为最不利相位。通过计算判定和一定次数的试验数据得出此结论，能够使得实验人员减少大量的工作，从而有效提高试验效率；二、利用本方法，可以针对任何表计，任何安装角度的锰铜片，均能达到精准检测的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.一种电能表外部工频磁场试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
A：现有理论计算表明，当线圈的励磁电流与输入电能表的参比电压的夹角为±90°时，此时外部工频磁场对电能表的影响最大，即为最不利相位；
利用全自动交变磁场抗扰度试验装置,首先设置线圈的励磁电流与输入电能表的参比电压夹角为90°或者-90°，然后将电能表放置于可进行平面±90°范围内旋转的试验平台的中心位置上，此时，电能表的显示屏面朝上放置或者显示屏面朝向侧面放置；
B：当电能表的显示屏面朝上放置时；
先通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将试验平台进行顺时针转动15°，此时，再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的粗调，以10°为调整单元，在-90°~ 90°范围内进行粗略调整，获得最不利方向的线圈角度区间，即两个相邻最大变差对应线圈角度；
C：以步骤B确定的最不利方向的线圈角度区间为精调范围值，以1°为调整单元，对全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的精调，获得此状态下精准的最不利方向的线圈角度，记录误差最大偏移量；
D：重复步骤B和C，再将试验平台依次进行顺时针转动，以每次15°为调整单元格，依次测量顺时针方向30°、45°、60°、75°和90°测试点状态下的最不利方向的线圈角度和误差最大偏移量；
E：再将试验平台归复原位；
F：之后通过全自动交变磁场抗扰度试验装置将试验平台进行逆时针转动15°，此时，再通过全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的粗调，以10°为调整单元，在-90°~90°范围内进行粗略调整，获得最不利方向的线圈角度区间，即两个相邻最大变差对应线圈角度；
G：以步骤F确定的最不利方向的线圈角度区间为精调范围值，以1°为调整单元，对全自动交变磁场抗扰度试验装置进行线圈角度的精调，获得此状态下精准的最不利方向的线圈角度，记录误差最大偏移量；
H：重复步骤F和G，再将试验平台依次进行逆时针转动，以每次15°为调整单元格，依次测量逆时针方向30°、45°、60°、75°和90°测试点状态下的最不利方向的线圈角度和误差最大偏移量；
I：将步骤C、D、G和步骤H中得到的所有测试点：0°、+15°、+30°、+45°、+60°、+75°、+90°、-15°、-30°、-45°、-60°、-75°、-90，比较上述测试点的各自误差最大偏移量，取误差偏移量最大的数据，此时电能表在试验平台相对于线圈平面的方向即为电能表显示屏面向上放置时的最不利方向；
J：当电能表的显示屏面朝向侧面放置时；
重复步骤B-I，得到电能表的显示屏面朝向侧面放置时的最不利方向。
2.根据权利要求1所述的电能表外部工频磁场试验方法，其特征在于：所述的现有理论计算推导过程如下：
假设输入电能表的电压、电流无相位误差，且电压、电流、功率分别为：
（1）
（2）
（3）
亥姆霍兹线圈产生均匀工频外磁场，设线圈励磁电流为：
) （4）
则线圈中心（x=0，y=0）处的磁场强度为：
（5）
式中：R—线圈半径；
n—线圈匝数；
磁感应强度在电压、电流测量回路引入的误差分别为：
（6）
（7）
式中：u Lu (t) —电压变换回路感应电势；
u Li (t) —电流变换回路感应电势；
S u —电压变换回路面积；
S i —电流变换回路面积；
R s —电流变换回路的等效电阻；
有外磁场影响时的功率：
（8）
令
，则功率附加误差：
（9）
（10）
由式（10）可知与/>、/>、/>成线性关系，当/>取极值±1，即/>或时，/>取极值，即当线圈励磁电流与输入电能表的电压相位呈/>或/>时变差最大，即最不利相位。
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|---|---|---|---|---|
| CN113985329B (zh) * | 2021-09-23 | 2024-09-17 | 黑龙江大学 | 一种空间磁场发生器装置及空间磁场产生方法 |
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| JP2003050234A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Marktec Corp | 渦流探傷試験装置 |
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| 一种电能表全自动交变抗扰度试验装置的研究及讨论;于冰;;计量与测试技术(第05期);全文 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.21, Jinshui Garden Road, Zhengzhou City, Henan Province 450008 Applicant after: Henan Institute of Metrology and Testing Science Address before: No.21, Jinshui Garden Road, Zhengzhou City, Henan Province 450008 Applicant before: HENAN PROVINCE INSTITUTE OF METROLOGY |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |