一種三相四線接線編碼及優化識別算法

黃世回

摘 要：詳細介紹了三相四線三元件電能表的不同接線方式中的電壓、電流相序編碼方法，其以相電壓線電流矢量間的逆時針方向旋轉角作為判斷因子，可提高識別效率，還能給出不同接線方式的功率補償系數。該算法適用于三相電能用電檢查儀電能表接線的快速識別。

關鍵詞：三相四線；接線識別；功率補償系數；用電檢查

中圖分類號：TM932 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.011

在三相四線供電系統中，受錯誤接入電壓相序、電流順序和電流方向的影響，電能表的計量常出現錯誤，進而影響了正常的用電秩序，造成計價損失。研究表明，三相四線的接線方式比三相三線多，但其識別具有更清晰的規律性。受到部分使用者或程序員空間思維能力的影響，在程序化運行中運用純粹的向量圖法并不方便。本文總結了三相四線三元件制式電能表的接線方式，并研究了對應相序編碼和基于逆時針相量角的接線識別優化算法，實現了快速識別的優化。本算法較易實現，適應于三相電能現場檢查儀的接線識別，可為相關電力工程人員提供參考。

1 三相四線的主要接線方式

在理論方面，三相四線三計能元件的接線方式組合多于三相三線兩計能元件的電能表接線方式組合。考慮到變壓器初級、次級接線和短接、斷接等因素，本文只分析接入電能表端子時的接線情況，其具有很強的代表性。

三相四線比三相三線多了一相零線N和一個用在B相上的計能元件。無論接入哪一相電壓、電流，電能表的相電壓端子由UA，UB，UC表示，電流端子由IA，IB，IC表示。在實際相中，電壓和電流用Ua，Ub，Uc，Ia，Ib，Ic表示。接線示意圖如圖1所示。

3個電壓端被接入的電壓相序分別為ABC，ACB，BAC，BCA，CAB，CBA.如果不考慮電流方向，則共有6種電流順序組合，每一組有8種電流方向，因此，電流端接線有48種，6種電壓相序共有288種接法。其中，正確接入只有A相、B相、C相和Ia，Ib，Ic。

2 三項四線接線方式的編碼和識別

2.1 288種接線方式的編碼

對于本文中288種接線方式的編碼，一方面用數字符號體現其規律性；另一方面，換算了編碼，以適合查表應用和方便軟件編寫。

總的編碼格式為：[3位電壓相序碼][6位電流碼]。

電流碼可以拆分成3位順序碼和3為方向碼，因此，總編碼格式可改寫如下：[3位電壓相序碼][3位電流順序碼3位電流方向碼]。

電壓相序編碼：ABC（000）、ACB（001）、BAC（010）、BCA（011）、CAB（100）、CBA（101）。

電流方向碼：正向為0，反向為1.6位電流碼，如表1所示。

比如，電能表接線為B相、C相、A相和Ic，-Ia，-Ib時，其編碼為[011][100011]。與三相三線編碼類似，換算成接法序列號時按以下定義公式計算：

式（1）中：D電壓碼和D電流碼為對應的十進制。

則上述接線的編碼為[011][100011]，對應序號為180，即第180種接線狀態。

2.2 接線的三步識別優化算法

根據對稱平衡三相電路的電壓電流矢量圖，如圖2所示，相電流到相電壓的功率因素角為φ，其范圍為（-60°，60°）。

圖2 三相對稱電路矢量圖

相電壓向量到電流向量之間逆時針方向的旋轉角如表2所示。

對于對稱三相電路相電壓之間順序相差120°角的正弦信號，采用三相四線的識別方法比較簡單，步驟如下：①在用電檢查儀電壓接線的UN端口依次接入UA，UB，UC端。如果儀表對應顯示某相電壓值為0，則UN端接入電壓端的實際電壓為儀表顯示數值為0的一相。②相電壓確定后，通過檢測夾角 、 、 可確定電流的接線。

將UN端接入UA端后，如果儀表B相顯示電壓值為0，則實際接入的為Ub；將UN端接入UB端后，如果儀表C相顯示電壓值為0，則實際接入的為Uc端；將UN端接入UC端后，如果儀表C相顯示電壓值為0，則實際接入的為Ua端。

如果 = =300°-φ，則IA接入的為-Ia；如果 =

=120°-φ，則IB接入的是Ib；如果 = =300°-φ，則IC接入的是-Ic，進而可判斷接線方式為BCA，-Ia，Ib，-Ic。

3 不同接線法的功率補償系數

三相四線電能表計算功率公式為：

式（2）（3）中：n為第n種接法。

根據上文可計算每種接線的功率：

.（4）

則補償系數k1=1.

.（5）

則補償系數k2=3.

.（6）

則無法確定補償系數k9.

經分析發現，對于288種接線方式的功率，只要算出電壓相序為ABC時，則48種電流組合的功率、其余電壓相序的功率可通過變換的方法得到。比如，接法為BCA，-Ic，Ia，-Ib時，可變換為ABC，-Ib，-Ic，Ia，從而得到功率和補償系數。補償系數用編碼表示為k（[011][100101]）=k（[000][011110]），即k181=k30= .

電壓相序為ABC時，48種電流組合的功率補償系數如表3所示。

4 結束語

編碼三相四線三元件電能表接線相序時，一方面可表現出接線相序的規律性；另一方面，可為軟件開發提供一種方便的運算方法，同時，可建立對應的功率補償系數表，為彌補錯誤接線造成的計費損失提供換算依據?；谑噶繄D，限定范圍為-60°～60°的功率因數角區間，運用逆時針旋轉角有效提高了接線判別速度，實現了快速識別。如果已知電路的功率因素角，則運用本算法的計算速度會更快。

參考文獻

[1]陳霄，周玉，范潔，等.新型三相三線電能表錯接線快速判別方法研究[J].電測與儀表，2014（13）：5-8.

[2]童莉.三相三線電能變錯誤接線判斷向量圖應用方法的改進[J].電力與能源，2011（1）：768-769.

[3]朱嘉倫.三相三線電能表幾種典型錯誤接線的分析及類比[J].計量與測試技術，2010，37（10）：58-59.

[4]申靜，王昊，班福厚，等.三相三線電能表常見接線模式的智能化識別[J].山西電力，2008（146）：12-14.

[5]許宇航.三相三線有功電能表錯誤接線分析及更正[J].煤礦機械，2001（11）：65-66.

[6]張作群，劉建輝，廖勇，等.三相四線有功電能表一相副邊反極性公共回線斷線時的故障接線分析[J].計量術，2007（7）.

〔編輯：張思楠〕