1背景
JJG 1187—2022《直流標準電能表檢定規(guī)程》由市場監(jiān)管總局于2022年12月7日發(fā)布，并于2023年6月7日起正式實施。
傳統電網中，電能主要以交流形式輸配和使用，隨著光伏等新能源大規(guī)模接入、電動汽車等新型用電設備的快速普及，直流電能計量場景開始涌現。例如，雄安新區(qū)已試點部署375伏和48伏直流配電網，在直流配電網中使用直流電能表進行計量；鐵塔基站采用直流供能，河南等省已開展鐵塔基站直流電能計量；電動汽車非車載充電機計量電動汽車直流充電電能，截至2023年第一季度我國在運電動汽車非車載充電機超過82萬臺[1]。同時，直流電能技術標準體系正在日趨完善。對于工作計量器具，已發(fā)布GB/T 33708—2017《靜止式直流電能表》、GB/T 29318—2012《電動汽車非車載充電機電能計量》、DL/T 1484—2015《直流電能表技術規(guī)范》；對于計量標準裝置，直流標準電能表的行業(yè)標準、直流電能表檢定裝置的國家標準和行業(yè)標準正在制定。
為適應直流電能計量快速發(fā)展的形勢，近年來直流電能計量體系也在加速構建。JJG 842—2017《電子式直流電能表檢定規(guī)程》、JJG 1149—2022《電動汽車非車載充電機檢定規(guī)程》、JJG 1186—2022《直流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》均已發(fā)布，直流電能計量器具檢定系統表正在制定。JJG 1187—2022是直流電能計量體系的重要組成部分，規(guī)范了直流標準電能表最重要的計量技術要求和檢定方法，打通了直流電能從國家量值源頭向工作計量器具量值傳遞的技術路徑。
2主要內容及重點解讀
規(guī)程編制中，主要參考了JJG 1085—2013《標準電能表檢定規(guī)程》的相關內容，以及JJG 842—2017、JJG 1149—2022、GB/T 33708—2017的技術指標需求，并與JJG 1186—2022編制組保持密切溝通，確保直流電能計量體系術語、技術指標的一致性。
2.1 規(guī)程主要內容
JJG 1187—2022正文主要分為6個部分。第一部分范圍，明確規(guī)程適用于直流標準電能表的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。第二部分術語，定義了紋波和紋波系數。第三部分概述，簡述直流標準電能表的結構、功能及輸入輸出方式等。第四部分計量性能要求，規(guī)定了直流標準電能表的電能最大允許基本誤差限，以及對輸入、輸出、顯示、控制、起動、停止以及測量重復性的技術指標。第五部分通用技術要求，規(guī)定了直流標準電能表的外觀、絕緣及熱穩(wěn)定性應滿足的技術要求。第六部分計量器具控制，規(guī)定了檢定環(huán)境條件、檢定裝置及主要配套設備的要求，明確了檢定的項目以及相對應的檢定方法，對各功能檢定點做了詳細規(guī)定，并給出了誤差計算公式和必要的常數換算公式，約定了數據修約的要求和檢定合格的判定及不合格的處理方法，明確了直流標準電能表檢定周期不超過1年。JJG 1187—2022附錄給出了測量數據修約的方法、檢定原始記錄格式、檢定證書/檢定結果通知書內頁格式式樣和檢定結果頁式樣。
2.2 重點解讀
2.2.1紋波衡量
JJG 1187—2022中定義紋波是“在直流電壓或電流中，疊加在直流上的交流分量”。紋波是直流電能計量中很有特色的影響量，產生的原因包括交流電源整流穩(wěn)壓、測量線路干擾耦合、線路中高頻開關切換等。
在一些標準中，用紋波峰谷值之差或之差的一半等峰值相關參數衡量直流紋波[2]。但通過調研設備廠家發(fā)現，在實際測量中，相對于紋波峰值，廠家更關注紋波有效值。同時我們認為，在直流電能測量中可能包含多種頻率的紋波，這些紋波類似于干擾測量結果的噪聲，衡量噪聲的重要指標是信噪比，在信噪比計算中使用噪聲功率，而有效值相對于峰值更適合反映噪聲功率[3]。從實際需求和理論分析兩個角度考慮，我們認為用紋波有效值衡量紋波含量更加合適。因此，在JJG 1187—2022中用有效值定義了紋波系數：輸出紋波電壓（電流）交流分量的有效值與輸出直流電壓（電流）之比。
2.2.2電流輸入方式
GB/T 33708—2017中建議，直流電能表輸入電流在100 A（含）以下時電流直接接入，100 A以上時電流間接接入[2]。電流間接接入是指將直流大電流轉化為相應的小電壓或小電流再輸入直流電能表，實現轉化的器件可以是分流器、零磁通互感器、霍爾傳感器、隧道磁阻傳感器（TMR）等[4]。實際中在運直流電能表最主要的應用場合是電動汽車非車載充電機，主要采用經分流器的電流間接接入方式。目前,直流電能表外附分流器的輸出電壓典型額定值是75 mV。分流器輸出電壓高有利于獲得更準確的測量結果，但會造成更大的功耗。隨著技術的進步和低碳綠色發(fā)展的推進，分流器輸出電壓越來越小，已出現輸出電壓額定值為50 mV、25 mV的分流器。
為滿足直流電能表的溯源需求，目前市場上的直流標準電能表通常均設計了電流直接輸入方式和小信號電壓輸入方式。因此，JJG 1187—2022中對這兩種輸入方式的溯源方法、技術參數均做出了規(guī)定，并要求直流標準電能表應分別標注電流直接輸入方式與小信號電壓輸入方式的準確度等級，如統一標注，則表示兩種輸入方式的準確度等級相同。
2.2.3 電能基本誤差
（1）負載電壓和負載電流范圍
JJG 1187—2022中規(guī)定直流標準電能表的電能最大允許誤差時采用了規(guī)定“測量范圍”的方式，即在最大、最小輸入電壓和最大、最小輸入電流范圍內滿足最大允許誤差要求，最大、最小輸入電壓和最大、最小輸入電流應在外觀上標識。這與一些標準中用基本電流或額定電流為參考點衡量最大允許誤差的方式不同。采用“測量范圍”方式的考慮是：第一，直流標準電能表具有多個量程，測量對象的量值范圍多種多樣，與直流電能表不同，不存在“額定電流”或“基本電流”的概念；第二，測量范圍是衡量直流標準電能表的重要指標之一，在外觀中明確測量范圍，更方便讓用戶根據使用需求選擇直流標準電能表，也更容易分辨直流標準電能表的性能優(yōu)劣；第三，在廠家、用戶關于直流標準電能表的相關交流中，也更習慣使用“表的測量范圍是多少？”這種表述方式。“測量范圍”表述方式也借鑒了電動汽車交流充電樁、非車載充電機的檢定規(guī)程[5][6]。
（2）小信號電壓輸入方式的電能最大允許誤差
JJG 1187—2022中對小信號電壓輸入方式直流電能表的準確度范圍有特殊規(guī)定，對5mV以上和以下有不同的電能最大允許誤差要求，這是根據試驗數據確定的。在電壓較小時，代表電流的電壓輸入回路信噪比低，更難獲得準確測量結果。
2.2.4顯示
JJG 1187—2022中規(guī)定，直流標準電能表應有脈沖輸出功能，可有電能值或誤差的顯示。脈沖輸出是提升直流標準電能表檢測效率及準確性的必備手段，而顯示僅作為直流標準電能表使用和檢測時的輔助參考。如有顯示，標準電能表的電能值顯示位數、誤差顯示分辨力等指標，電能顯示值清零、自動復零或自動轉換顯示等功能應滿足規(guī)程要求。
2.2.5穩(wěn)定性
（1）時間穩(wěn)定性
JJG 1187—2022中規(guī)定的直流標準電能表時間穩(wěn)定性相關指標有3個，測試方法和目的分別是：
連續(xù)工作4 h電能基本誤差改變量。測試方法是，預熱結束時，測量1次電能基本誤差，以后每隔1 h測量1次電能基本誤差，共測5次，計算誤差改變量。測試目的是，直流標準電能表每天有效工作時間在4個小時左右，在工作時間內電能基本誤差不應有太大改變。
24小時內的電能基本誤差改變量。測試方法是：直流標準電能表在確定電能基本誤差之后關機，在實驗室內放置24小時，再次測量電能基本誤差，計算誤差改變量。測試目的是，直流標準電能表每天工作時需要重新開機，開機后電能基本誤差不應有太大改變。
檢定周期內變差。測試方法是，計算上次檢定各點的基本誤差與本次對應點的基本誤差差值的絕對值。測試目的是，直流標準電能表器件老化等引起的電能基本誤差改變應在一定范圍內[7]。
（2）熱穩(wěn)定性
JJG 1187—2022中要求，制造商應給出直流標準電能表達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的預熱時間。直流標準電能表在實際使用中需要開機預熱，使內部精密電阻等元器件達到熱平衡，以保證測量數據穩(wěn)定。為使檢測時間不至過長并提升可操作性，要求0.05級及以下標準電能表所需的預熱時間一般不超過半小時，根據測試結果，目前直流標準電能表基本可達到此指標。
3 規(guī)程執(zhí)行過程中應注意的問題
3.1 對直流電能表檢定裝置的要求
JJG 1187—2022中要求，若檢定0.02級直流標準電能表，使用的0.01級直流電能表檢定裝置要加修正值。按照慣例，標準裝置要比被檢表高兩個準確度等級，但0.02級標準電能表準確度較高，在直流、交流標準電能表的檢定中均采用0.01級檢定裝置加修正值的形式完成檢定，JJG 1187—2022是對這種實踐方式加以確認和強調。
3.2 對檢定點的要求
需要注意，實際檢定中電能測量基本誤差檢定點需要覆蓋JJG 1187—2022中的兩個要求：極限值，即最大電壓、最小電壓、最大電流、最小電流的4個組合值；量程值，即應覆蓋所有電壓、電流量程。
作者：盧達 中國電力科學研究院有限公司 劉鉞 中國計量科學研究院
