硬件設計
三相智能電表主要由參數測量模塊、通信模塊、數據存儲模塊和顯示模塊等部分組成（見圖1）。與電網直接相連并且最容易受到干擾引起計量不準的是測量模塊。測量模塊主要有計量芯片、采樣電阻、互感器三個部分組成，其中任何一個部分的性能下降都直接影響智能電表的計量準確性，所以在器件選型、參數設計上都是整表設計的重點。
（1）計量芯片
計量芯片是智能電表計量部分的核心，芯片的“采樣動態范圍”和“參考基準溫度系數”直接關系到智能電表抗沖擊負荷的能力和運行穩定性，不同計量芯片的參數見表1所示。
圖1 智能電表框圖
采樣動態范圍
一般的情況下，《DL/T614_2007多功能電能表》標準中要求智能電表的計量誤差范圍為1%Ib~12Ib，例如10(100)A規格的智能電表計量范圍為0.1~120A，理論上動態范圍為1200:1的計量芯片就能滿足設計要求，就能通過實驗室的測試。但在實際電網中存在用電高峰電流超量程的突發情況，也存在沖擊負荷（如沖擊鉆、電焊機等）瞬間超計量范圍的情況，而超過計量范圍的這部分電量就會丟失不計量，引起計量不準。如果在設計上選擇動態范圍為5000:1的計量芯片，同樣10（100）A的表在瞬間電流達到400A時也能保證正確計量，有效防止了沖擊負荷引起的不計量問題。
參考基準溫度系數
智能電表作為計量產品，在實驗室檢定時的溫度要求為23±2℃，在溫度變化時，《GB/T17215.322-2008靜止式有功電能表（0.2S級和0.5S級）》標準中規定0.2S級智能電表的溫度系數是0.01%/K,也就是說溫度改變50℃，誤差允許變化50×0.01%=0.5%。例如選用基準溫度系數為50ppm/℃的計量芯片在環境溫度改變50℃時，不考慮其它器件的影響，誤差改變量為：50ppm/℃×50°C=2500ppm,直接體現為0.25%的誤差改變，而10ppm/℃的溫度系數的計量芯片在同樣溫度改變的情況下誤差改變只有0.05%，遠遠小于標準要求。
（2）采樣電阻
國內智能電表的采樣電阻多數選用片狀薄膜電阻，此電阻精度一般為±1%，溫度特性25ppm。由于互感式智能電表的電流采樣通過電流互感器與電網相連，而電網環境復雜多變，拉合閘產生的脈沖群、間接雷等環境下對采樣電阻產生了較大的沖擊。為了提升表計的抗沖擊能力，建議選用柱狀貼片電阻，又稱晶圓電阻，與片狀電阻相比，柱狀貼片電阻由于有更大的表面面積使之耐電流，耐高壓的性能大大提升，不論在功能上，機械結構上，電氣特性上，或安全性上，都明顯優于片狀貼片電阻。
為了驗證兩者的差異，我們對片狀電阻和柱狀電阻從實際運行角度進行了可靠性模擬。
抗脈沖群能力試驗
模擬現場運行在強脈沖群環境后電表誤差的穩定性，為了搭建更加嚴酷的現場環境，我們人為加大互感器一二次側的分布電容，對互感器的一次回路和二次回路并一個47nF的Y電容進行群脈沖試驗（見圖2）。
在測試電壓4.4kV，頻率100k的實驗條件下片狀電阻阻值發生明顯變化，而柱狀電阻的阻值基本保持不變，具體見表2：
抗靜電沖擊能力試驗
模擬智能電表運行中受到靜電干擾，采樣電阻一端接地，一端直接打靜電（見圖3）。
試驗標準按8kV，10kV，12kV，14kV正負各打10次，片狀電阻在12kV阻值已經發生明顯變化，而柱狀電阻在14kV阻值也保持不變，具體變化如表3所示。
從以上的數據看出柱狀電阻抗靜電能力遠高于片狀電阻，適合電壓和電流采樣電阻使用，有助于提升智能電表在各種嚴酷環境下計量誤差的準確性和穩定性。
（3）互感器
互感器的作用是通過一定的變比把幅值較大的一次側電流變成幅值較小的二次側電流。在轉換過程中，互感器的角差、比差雖然能夠通過軟件補償的方式進行修正，但線性的差異還是沒有很好的解決，這個差異直接決定了智能電表誤差的線性。以下通過對互感器角差和智能電表誤差的變化關系說明角差對表計誤差影響的重要性。如表4所示，互感器在不同電流點的角差如果為5'，這兩點之間的誤差就存在0.25%的線性差異。為了提高智能電表的誤差線性，建議挑選角差在3'以內的互感器，這樣就能保證不同電流之間的計量誤差能控制在0.15%之內。另外互感器初級和次級之間存在的分布電容經常被設計人員忽視，但它的存在對小電流誤差影響很大，而且分布電容值越大，越影響誤差的線性。
軟件溫度補償
由于采樣電阻、互感器、基準電路本身存在精度誤差，常用的方法是通過單點調試的方法來滿足計量要求。對于一些誤差線性要求高，在不同溫度環境中對誤差一致性有特殊要求的用戶，軟件需要進行動態溫度補償，建議以10℃為間隔，分段修正誤差，以達到在不同的環境中誤差一致性。圖3是動態補償前后誤差數據的比對表，從表中可以看出補償后的誤差數據基本都控制在±0.05%之內，補償流程圖見圖4。
三防漆工藝
對影響計量部分器件全部采用三防漆涂覆，有效隔斷采樣器件與外界水汽的接觸，完全避免因水汽、鹽霧造成對敏感器件的影響，有效控制誤差隨外界濕度變化的影響，提高智能電表可靠性。因水汽在電阻表面形成薄膜層,薄膜層的電阻為R1，采樣電阻值初始值為R0，R0和R1為并聯關系，有水汽的采樣電阻變為R=R0/（1+R0/R1）,阻值變小引起采樣信號變小，最終導致計量負誤差，表5是在不同濕度環境下涂三防漆和未涂三防漆的誤差對比表。從表中可以看出涂三防漆后的誤差數據明顯改善。
總結
按本方案設計的智能電表抗沖擊負荷的能力大幅提高，而且在高溫、高濕等惡劣用電環境下，計量誤差的準確性做到較好的一致性，能有效降低掛網失效率，對國內智能電表的性能提升具有一定的借鑒意義。 來源：搜狐新聞
