多功能電能表的無功計量

高懷平

(南京供電公司，江蘇南京210019)

目前現場運行的多功能電能表、智能電能表和進口多功能表的故障采用傳統方法計算退補電量,會出現錯誤結果。利用無功計量象限可以判斷故障性質，依據電能表內部供電結構計算能正確退補電量。文中介紹了國產和進口多功能電能表無功計量原理，提出了多功能電能表缺相故障情況下無功退補的方法，對實驗室模擬多功能電能表運行在各種功率因數下缺相故障無功計量進行了測試，積累了大量測試數據。

1 多功能電能表無功計量

1.1 四象限無功定義

不同國家對四象限無功的定義不一樣。根據電力行業標準DL/T645—1997[1]，電能測量四象限的定義如圖1所示。

圖1 四象限無功應用示意圖

Ⅰ象限：輸入有功功率P（阻感性負荷），輸入無功功率Q；Ⅱ象限：輸出有功功率P（負荷相當于1臺欠勵磁發電機），輸入無功功率Q；Ⅲ象限：輸出有功功率P（負荷相當于1臺過勵磁發電機）；Ⅳ象限：輸入有功功率（阻容性負荷），輸出無功功率。

2 多功能電能表無功計量原理

2.1 電壓移相無功原理

一般多功能電能表無功計量是將計量芯片采用移相器電壓移相90°后與電流相乘得到無功瞬時值，將無功瞬時值進行累加并除以累加點數即得到無功平均值[2]（如圖2所示）。

圖2 電壓移相90度向量

令u'uv=u'wv，iu=iw，φu=φw=φ，則：

2.2 進口多功能電能表無功計量原理

目前國內進口主要是蘭吉爾LG和ALPhaA1600 2種型號多功能電能表，蘭吉爾LG和國產多功能電能表無功計量原理相同。ALPhaA1600型號的多功能電能表采用電流逆時針移相90°，所對應電壓余弦計算無功如圖3所示。

圖3 電流移相90度向量

令i'u=i'v，uuv=uwv，φu=φw=φ，則：

可見，實際上無功計量不論是移相電壓滯后90°，還是電流超前90°，無功計量原理都一樣。

3 電能表運行在可能的功率因數區域故障分析

3.1 國產電能表故障

φ在0°～30°區間為25°時，斷U相電壓時校驗臺試驗數據：國產多功能電能表和智能電能表誤差為-88.4%運行在四象限限；國外進口（蘭吉爾LG）多功能電能表誤差-50%運行在第一相限；斷W相電壓時校驗臺試驗數據：國產多功能電能表和智能電能表誤差12%運行在第一相限；國外進口（蘭吉爾LG）多功能電能表誤差-50%運行在第一相限。

分析如下。國產電能表供電方式全部采用2個互感器給主板供電（如圖4所示），當電能表斷U相電壓時，無功向量如圖5所示，有：

圖4 國產多功能電能表電源供電原理

圖5 缺U相電壓時無功計量向量

誤差為-88%，無功電量記錄在第四象限。

電能表斷W相電壓時，無功向量如圖6所示，有：

圖6 缺W相電壓時無功計量向量

誤差12%，無功電量記錄在第一象限，斷電壓和斷電流誤差記錄象限一致。

3.2 進口（蘭吉爾LG）多功能電能表故障分析

進口電能表供電方式采用3個互感器給主板供電（如圖7所示），當電能表斷U相電壓時（如圖8所示），U相端子對V相有50 V。有：

圖7 進口多功能電能表電源供電原理

圖8 缺U相電壓時無功計量向量

誤差-50%，無功電量記錄在第一象限，國產電能表計量無功在第四象限。

當電能表斷U相電流時（如圖9所示），有：

圖9 缺U相電流時無功計量向量圖

誤差-88%，無功電量記錄在第四象限。

當電能表斷W相電壓時（無功向量如圖10所示），W相端子對V相有50 V。有：

圖10 缺W相電壓時無功計量向量

誤差-50%，無功電量記錄在第一象限。

當電能表斷W相電流時（如圖11所示），有：

圖11 W相電流時無功計量向量

誤差12%，無功電量記錄在第一象限。

綜上所述，國產三相三線多功能表和智能電能表，斷電流和斷電壓故障誤差一致，無功電量記錄象限一致。進口電能表（蘭吉爾LG）斷電流和斷電壓故障誤差不同，無功電量記錄象限也不同，斷電流完全與國產多功能電能表斷電壓故障是一致的。

電能表在現場運行可能遇到的功率因數區域，實驗室校驗臺試驗數據如表1所示。

表1 各種多功能電能表故障實驗室試驗數據

4 結束語

目前江蘇電網全部采用了智能電能表和進口多功能電能表進行計量，在發生缺相故障情況下，不能采用以往的退補方法進行退補電量，要根據電能表的供電電源內部接線進行分析，合理進行退補。文中介紹無功缺相故障的退補方法，同樣適合有功缺相故障的退補。

[1]DL/T 645—1997，多功能電能表通信規約[S].

[2]江蘇省電力公司主編.電能計量裝置二次接線判讀[M].北京：中國電力出版社，2008.