電能計量裝置故障分析與差錯電量計算

萬忠兵

(廣安電業局，四川廣安 638000)

0 引言

電能計量裝置是供用雙方進行貿易結算的依據，由電能表、計量用電壓、電流互感器及其二次回路、電能計量柜等構成。電能計量裝置接線正確、裝置本身誤差合格是電能計量裝置實現準確計量的兩個必要條件。電能計量裝置本身誤差經檢定后方可投入使用，在運行過程中由誤差引起的計量差錯較少，影響電量也較小。電能計量裝置接線錯誤引起的電量差錯較大，需對故障及時分析處理，并準確退補差錯電量。下面以一例10 kV高壓三相三線計量的大客戶計量裝置錯誤接線為例，總結計量差錯分析方法，準確計算不用具體功率因數的故障期間正確電量。

1 計量差錯實例

廣安市一施工用電負荷，采用10 kV供電，安裝有兩臺500 kVA變壓器，兩臺變壓器并列方式運行，計量點分別設置在兩臺變壓器高壓側，采用三相兩元件高壓組合互感器方式計量，其接線方式與計量方式如圖1。

低壓無功是兩套無功集中自動補償，補償屏上顯示為滯后0.98 ～1.0。

2 故障分析

2.1 相量圖繪制

圖1 客戶主接線與計量點設置圖

根據測試數據分析，畫出兩個計量點的相量圖如下。

圖2 計量點1相量圖

2.2 故障接線情況分析

根據已知條件，計量點采用組合互感器計量，電壓幅值正常，電壓不存在極性接反的情況，負載性質為感性，分析兩計量點的相量圖，初步判定計量點1相量圖異常，計量點2相量圖正常。

表1 2011年4月25日現場檢測兩計量點數據

圖3 計量點2相量圖

由于該用戶采用兩臺變壓器并列運行方式，由于變壓器型號、規格、參數均相同，低壓側采用單母線的接線方式，兩臺計量裝置計量的功率應基本相同，電流、電壓的相位、幅值應基本相同。

由于負載的性質為感性，cosΦ=0.98左右，電流應滯后相電壓14°左右，計量點1的相量圖中，兩相電流均不滿足以上條件，初步分析為電流極性接反。根據以上假定，繪出兩相電流均接反的相量圖如圖4。

圖4 電流極性反接相量圖

從上圖中可以看出，I1'滯后U2約15°左右，I2'滯后U1約15°左右，滿足負載為感性約15°的條件。由于計量點采用三相兩元件的計量方式，I1'與U2為同相電流電壓，I2'與U1為同相電流電壓，U3無電流，故確定U3為V相電壓。由于已知測試的相序為正相序，U3為V相電壓，則電壓的接入順序為WUV。根據I1'與U2為同相電流電壓，可以確定第一元件為U相電流反相接入。同理，可以確定第二元件為W相電流反相接入。

根據上述分析，繪制出故障情況下對應的相量圖如圖5。

圖5 錯誤接線相量圖

2.3 相量圖分析方法小結

相量圖分析法是用現場實測的三相電壓電流相量圖中各相電壓電流的相序、相位關系，以及已知的電力負荷性質，分析判定電能表實際接線方式的方法。結合以上實例分析，三相三線電能表接線相量分析方法主要有以下步驟。

2.3.1 電能表回路參數測試

①電壓:應測試電能表的三個線電壓，判定電壓是否正常，有無失壓或反極性。

②電流:應測試電能表兩個元件的電流，判定電流是否正常，有無分流或斷相。

③相位角:應測試第一元件電壓、電流，第二元件電壓、電流的相位關系。為了確定相序，還需要測試第一元件電壓與第二元件電流(也可以選第二元件電壓對第一元件電流)的相位關系，通過同一電流對兩個元件電壓的相位差，判定電能表電壓的接入相序。當第一元件電壓與第二元件電流的相位角減去第二元件電壓與第二元件電流的相位角等于300°時為正相序，等于60°時為逆相序。

2.3.2 相量圖繪制

①繪制基準電壓相量圖:根據電壓極性不反的正相序和逆相序的6種電壓接入情況，加在元件上的電壓相量始終位于兩個相電壓的相量之間，其基準電壓相量圖如下。

正相序基準電壓相量圖如圖6，無論電壓是按UVW、VWU、WUV相序接入，均可按圖6畫出準電壓相量圖。

圖6 正相序基準電壓相量圖

逆相序基準電壓相量圖如圖7，無論電壓是按UWV、VUW、WVU相序接入，均可按圖7畫出基準電壓相量圖。

圖7 正相序基準電壓相量圖

②繪制電流相位圖:根據現場實測的各元件的電流與電壓的相位關系，在正相序或逆相序基準電壓相量圖上繪制出電流、電壓的相量圖。相量圖繪制時，應以各元件的電壓為基準，順時針方向旋轉至相應的角度，并標注相應的元件編號。

2.3.3 故障情況分析

由于中性點絕緣系統采用三相兩元件的計量方式，無V相電流，根據已知的功率因數性質，電流與同相電壓應符合已知的功率因數角度的要求，由此可以確定無電流相為V相電壓。V相確定后，根據已知的相序，可以確定其他相電壓的接入情況。根據電流電壓的相位關系，即可確定電流的接入情況。

3 差錯電量計算

通過對故障情況的分析，可由誤接線時功率計算表達式和正確接線時功率計算表達式求得更正系數，通過更正數即可求出差錯電量。但更正系數中均有功率因數角相關的函數參數，用戶的功率因數是隨著負荷變化而變化，不是一個恒定值，從而使更正系數有一定的誤差，計算出的電量與實際消耗電量存在差別。

高供高計電能計量裝置能同時計量有功電能和無功電能，在計量裝置誤接線時，有功電能和無功電能同時出現計量差錯，可以根據有功電能誤接線時功率計算表達式和無功電能誤接線時功率計算表達式以及有功電能、無功電能讀數求得較準確的實際消耗電量，計量過程中約去功率因數，從而消除功率因數帶來的誤差影響。

由更正系數的定義和功率三角形可推出以下公式。

上述故障情況中，電壓接入順序為WUV，第一元件為U相電流反相接入，第二元件為W相電流反相接入。錯誤接線的功率表達式為

更正系數為

無功電能由電壓滯后90°獲得，則由相量圖可知

更正系數為

將式(1)代入式(6)得

將式(3)代入式(10)得

將式(2)代入式(9)得

將式(3)代入式(12)得

將式(11)和式(13)聯合求解得

由于錯誤接線情況下的有功電能和無功電能可以根據實際抄見電量計算，正確電量即可根據抄見有功和無功電量計算得出，消除了功率因數不恒定的影響，保證差錯電量計算的準確性。

若按計量點2記錄的加權平均功率因素0.92值代入更正系數計算故障期間的正確電量為

用上述計算出的電量反推回去計算該線路的損耗為3.79%，與全年累計線損損率3.12%相差較大。

按錯誤計量期間的實際計量的有功電量和無功電量計算故障期間的正確電量為

用上述計算出的電量反推回去計算該線路的損耗為3.20%，與全年累計線損損率3.12%非常接近，故此方法計算值更接近實際值。

4 結語

通過對10 kV高壓三相三線計量裝置現場測試電流、電壓、相位的測試數據，采用相量圖分析方法，可以確定計量裝置接線的接入情況，并可推算出故障情況下的差錯更正系數。通過更正系數的公式代換計算，采用故障期間的錯誤有功電量和無功電量計算出故障期間的正確有功電量和無功電量，減少了由于功率因素不恒定帶來的電量計算影響，電量的計算更加準確。

［1］鮑衛東.電能計量裝置接線差錯時電量計算方法探討［J］.電測與儀表，2007，44(6):26 －30，23.

［2］孟凡利，祝素云，李紅艷.運行中電能計量裝置錯誤接線檢測與分析［M］.北京:中國電力出版社，2006.