1背景
JJG 1187—2022《直流標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定規(guī)程》由市場(chǎng)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(shí)施。
傳統(tǒng)電網(wǎng)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(dòng)汽車等新型用電設(shè)備的快速普及，直流電能計(jì)量場(chǎng)景開始涌現(xiàn)。例如，雄安新區(qū)已試點(diǎn)部署375伏和48伏直流配電網(wǎng)，在直流配電網(wǎng)中使用直流電能表進(jìn)行計(jì)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(jì)量；電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)計(jì)量電動(dòng)汽車直流充電電能，截至2023年第一季度我國(guó)在運(yùn)電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)超過82萬臺(tái)[1]。同時(shí)，直流電能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系正在日趨完善。對(duì)于工作計(jì)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(dòng)汽車非車載充電機(jī)電能計(jì)量》、DL/T 1484—2015《直流電能表技術(shù)規(guī)范》；對(duì)于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、直流電能表檢定裝置的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在制定。
為適應(yīng)直流電能計(jì)量快速發(fā)展的形勢(shì)，近年來直流電能計(jì)量體系也在加速構(gòu)建。JJG 842—2017《電子式直流電能表檢定規(guī)程》、JJG 1149—2022《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)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(jì)量器具檢定系統(tǒng)表正在制定。JJG 1187—2022是直流電能計(jì)量體系的重要組成部分，規(guī)范了直流標(biāo)準(zhǔn)電能表最重要的計(jì)量技術(shù)要求和檢定方法，打通了直流電能從國(guó)家量值源頭向工作計(jì)量器具量值傳遞的技術(shù)路徑。
2主要內(nèi)容及重點(diǎn)解讀
規(guī)程編制中，主要參考了JJG 1085—2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定規(guī)程》的相關(guān)內(nèi)容，以及JJG 842—2017、JJG 1149—2022、GB/T 33708—2017的技術(shù)指標(biāo)需求，并與JJG 1186—2022編制組保持密切溝通，確保直流電能計(jì)量體系術(shù)語、技術(shù)指標(biāo)的一致性。
2.1 規(guī)程主要內(nèi)容
JJG 1187—2022正文主要分為6個(gè)部分。第一部分范圍，明確規(guī)程適用于直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。第二部分術(shù)語，定義了紋波和紋波系數(shù)。第三部分概述，簡(jiǎn)述直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的結(jié)構(gòu)、功能及輸入輸出方式等。第四部分計(jì)量性能要求，規(guī)定了直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能最大允許基本誤差限，以及對(duì)輸入、輸出、顯示、控制、起動(dòng)、停止以及測(cè)量重復(fù)性的技術(shù)指標(biāo)。第五部分通用技術(shù)要求，規(guī)定了直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的外觀、絕緣及熱穩(wěn)定性應(yīng)滿足的技術(shù)要求。第六部分計(jì)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(shè)備的要求，明確了檢定的項(xiàng)目以及相對(duì)應(yīng)的檢定方法，對(duì)各功能檢定點(diǎn)做了詳細(xì)規(guī)定，并給出了誤差計(jì)算公式和必要的常數(shù)換算公式，約定了數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)電能表檢定周期不超過1年。JJG 1187—2022附錄給出了測(cè)量數(shù)據(jù)修約的方法、檢定原始記錄格式、檢定證書/檢定結(jié)果通知書內(nèi)頁格式式樣和檢定結(jié)果頁式樣。
2.2 重點(diǎn)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(jì)量中很有特色的影響量，產(chǎn)生的原因包括交流電源整流穩(wěn)壓、測(cè)量線路干擾耦合、線路中高頻開關(guān)切換等。
在一些標(biāo)準(zhǔn)中，用紋波峰谷值之差或之差的一半等峰值相關(guān)參數(shù)衡量直流紋波[2]。但通過調(diào)研設(shè)備廠家發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際測(cè)量中，相對(duì)于紋波峰值，廠家更關(guān)注紋波有效值。同時(shí)我們認(rèn)為，在直流電能測(cè)量中可能包含多種頻率的紋波，這些紋波類似于干擾測(cè)量結(jié)果的噪聲，衡量噪聲的重要指標(biāo)是信噪比，在信噪比計(jì)算中使用噪聲功率，而有效值相對(duì)于峰值更適合反映噪聲功率[3]。從實(shí)際需求和理論分析兩個(gè)角度考慮，我們認(rèn)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(shù)：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(shí)電流直接接入，100 A以上時(shí)電流間接接入[2]。電流間接接入是指將直流大電流轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的小電壓或小電流再輸入直流電能表，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(shí)際中在運(yùn)直流電能表最主要的應(yīng)用場(chǎng)合是電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)，主要采用經(jīng)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(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，但會(huì)造成更大的功耗。隨著技術(shù)的進(jìn)步和低碳綠色發(fā)展的推進(jìn)，分流器輸出電壓越來越小，已出現(xiàn)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(chǎng)上的直流標(biāo)準(zhǔn)電能表通常均設(shè)計(jì)了電流直接輸入方式和小信號(hào)電壓輸入方式。因此，JJG 1187—2022中對(duì)這兩種輸入方式的溯源方法、技術(shù)參數(shù)均做出了規(guī)定，并要求直流標(biāo)準(zhǔn)電能表應(yīng)分別標(biāo)注電流直接輸入方式與小信號(hào)電壓輸入方式的準(zhǔn)確度等級(jí)，如統(tǒng)一標(biāo)注，則表示兩種輸入方式的準(zhǔn)確度等級(jí)相同。
2.2.3 電能基本誤差
（1）負(fù)載電壓和負(fù)載電流范圍
JJG 1187—2022中規(guī)定直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能最大允許誤差時(shí)采用了規(guī)定“測(cè)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(nèi)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(yīng)在外觀上標(biāo)識(shí)。這與一些標(biāo)準(zhǔn)中用基本電流或額定電流為參考點(diǎn)衡量最大允許誤差的方式不同。采用“測(cè)量范圍”方式的考慮是：第一，直流標(biāo)準(zhǔn)電能表具有多個(gè)量程，測(cè)量對(duì)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(cè)量范圍是衡量直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的重要指標(biāo)之一，在外觀中明確測(cè)量范圍，更方便讓用戶根據(jù)使用需求選擇直流標(biāo)準(zhǔn)電能表，也更容易分辨直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的性能優(yōu)劣；第三，在廠家、用戶關(guān)于直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的相關(guān)交流中，也更習(xí)慣使用“表的測(cè)量范圍是多少？”這種表述方式。“測(cè)量范圍”表述方式也借鑒了電動(dòng)汽車交流充電樁、非車載充電機(jī)的檢定規(guī)程[5][6]。
（2）小信號(hào)電壓輸入方式的電能最大允許誤差
JJG 1187—2022中對(duì)小信號(hào)電壓輸入方式直流電能表的準(zhǔn)確度范圍有特殊規(guī)定，對(duì)5mV以上和以下有不同的電能最大允許誤差要求，這是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。在電壓較小時(shí)，代表電流的電壓輸入回路信噪比低，更難獲得準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果。
2.2.4顯示
JJG 1187—2022中規(guī)定，直流標(biāo)準(zhǔn)電能表應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)電能表檢測(cè)效率及準(zhǔn)確性的必備手段，而顯示僅作為直流標(biāo)準(zhǔn)電能表使用和檢測(cè)時(shí)的輔助參考。如有顯示，標(biāo)準(zhǔn)電能表的電能值顯示位數(shù)、誤差顯示分辨力等指標(biāo)，電能顯示值清零、自動(dòng)復(fù)零或自動(dòng)轉(zhuǎn)換顯示等功能應(yīng)滿足規(guī)程要求。
2.2.5穩(wěn)定性
（1）時(shí)間穩(wěn)定性
JJG 1187—2022中規(guī)定的直流標(biāo)準(zhǔn)電能表時(shí)間穩(wěn)定性相關(guān)指標(biāo)有3個(gè)，測(cè)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(cè)試方法是，預(yù)熱結(jié)束時(shí)，測(cè)量1次電能基本誤差，以后每隔1 h測(cè)量1次電能基本誤差，共測(cè)5次，計(jì)算誤差改變量。測(cè)試目的是，直流標(biāo)準(zhǔn)電能表每天有效工作時(shí)間在4個(gè)小時(shí)左右，在工作時(shí)間內(nèi)電能基本誤差不應(yīng)有太大改變。
24小時(shí)內(nèi)的電能基本誤差改變量。測(cè)試方法是：直流標(biāo)準(zhǔn)電能表在確定電能基本誤差之后關(guān)機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置24小時(shí)，再次測(cè)量電能基本誤差，計(jì)算誤差改變量。測(cè)試目的是，直流標(biāo)準(zhǔn)電能表每天工作時(shí)需要重新開機(jī)，開機(jī)后電能基本誤差不應(yīng)有太大改變。
檢定周期內(nèi)變差。測(cè)試方法是，計(jì)算上次檢定各點(diǎn)的基本誤差與本次對(duì)應(yīng)點(diǎn)的基本誤差差值的絕對(duì)值。測(cè)試目的是，直流標(biāo)準(zhǔn)電能表器件老化等引起的電能基本誤差改變應(yīng)在一定范圍內(nèi)[7]。
（2）熱穩(wěn)定性
JJG 1187—2022中要求，制造商應(yīng)給出直流標(biāo)準(zhǔn)電能表達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的預(yù)熱時(shí)間。直流標(biāo)準(zhǔn)電能表在實(shí)際使用中需要開機(jī)預(yù)熱，使內(nèi)部精密電阻等元器件達(dá)到熱平衡，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定。為使檢測(cè)時(shí)間不至過長(zhǎng)并提升可操作性，要求0.05級(jí)及以下標(biāo)準(zhǔn)電能表所需的預(yù)熱時(shí)間一般不超過半小時(shí)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，目前直流標(biāo)準(zhǔn)電能表基本可達(dá)到此指標(biāo)。
3 規(guī)程執(zhí)行過程中應(yīng)注意的問題
3.1 對(duì)直流電能表檢定裝置的要求
JJG 1187—2022中要求，若檢定0.02級(jí)直流標(biāo)準(zhǔn)電能表，使用的0.01級(jí)直流電能表檢定裝置要加修正值。按照慣例，標(biāo)準(zhǔn)裝置要比被檢表高兩個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，但0.02級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電能表準(zhǔn)確度較高，在直流、交流標(biāo)準(zhǔn)電能表的檢定中均采用0.01級(jí)檢定裝置加修正值的形式完成檢定，JJG 1187—2022是對(duì)這種實(shí)踐方式加以確認(rèn)和強(qiáng)調(diào)。
3.2 對(duì)檢定點(diǎn)的要求
需要注意，實(shí)際檢定中電能測(cè)量基本誤差檢定點(diǎn)需要覆蓋JJG 1187—2022中的兩個(gè)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(gè)組合值；量程值，即應(yīng)覆蓋所有電壓、電流量程。
作者：盧達(dá) 中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司 劉鉞 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
