基于互感器誤差特性的電能計量裝置整體誤差優化分析

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(1.國網四川省電力公司計量中心，四川 成都 610045; 2.國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041; 3.國網四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽 641000)

基于互感器誤差特性的電能計量裝置整體誤差優化分析

楊敏1,胡娟2,洪英1,劉剛1,陳立功3,何娜1

(1.國網四川省電力公司計量中心，四川 成都 610045; 2.國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041; 3.國網四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽 641000)

配電網電能計量裝置具有數量多、涉及面廣、影響大等特點，其良好的整體計量性能對保證電能貿易結算的公平公正具有重要意義。如何優化配電網電能計量裝置的整體誤差是計量領域的難題，這里提出了通過改變互感器二次負荷的方式實現配電網電能計量裝置整體誤差的優化方法，并應用該方法開展優化試驗，實現了對電能計量裝置整體誤差的優化，為提高電能計量裝置的計量準確性提供有意義的參考。

電能計量；整體誤差；優化

0 引 言

電能計量裝置由電能表、計量用電壓互感器、計量用電流互感器及其二次回路組成。6～35 kV配電網電能計量裝置為配電網重要設備之一，具有數量多、涉及面廣、影響大等特點，且關系到線損精益化水平的提升。隨著中國售電業務和增量配電業務改革，大量售電公司相繼成立，配電網電能計量裝置將進一步成為各方利益關注的焦點。因此，確保配電網電能計量裝置的準確計量具有重要意義。

部分人員對高壓電能計量裝置的整體誤差檢測開展了初步研究，原水利電力部頒布的SD 109-1983《電能計量裝置校驗規定》[1]中提出了通過電能計量裝置各部分誤差計算其整體誤差的方法；文獻[2]敘述了在產品標準規定的參照條件下如何對高壓電能計量器具進行室內校準或計量檢定，以實現高壓電能計量器具的量值溯源；文獻[3-4]介紹了整體計量裝置檢驗的高壓計量裝置校驗系統，并應用該校驗系統開展了電能計量裝置的整體校驗。文獻[5-6]介紹了用標準電壓互感器、標準電流互感器和標準電能表組成高壓標準電能計量裝置，來校準新型高壓電能計量裝置整體校驗臺的方法，并評定了測量結果的不確定度。還有一些文獻[7-8]開展了數字計量系統整體誤差檢測的研究。

但是檢測出電能計量裝置的整體誤差后，如何進一步優化電能計量裝置的整體誤差，促進電能計量更加準確，實現電能計量更加公平公正尚未見相關報道。下面提出了通過改變互感器二次負荷的方式來實現配電網電能計量裝置整體誤差優化的方案，并對該方案的有效性進行了試驗驗證。

1 優化方案

互感器誤差與其二次負荷(二次回路阻抗)密切相關。通常情況下，電壓互感器比差與其二次負荷的關系如圖1所示。可以看出，電壓互感器在額定負荷下的比差為負值，在下限負荷下的比差為正值，以實現下限負荷至額定負荷范圍內其誤差滿足規程規定的誤差限值要求。電流互感器比差與二次負荷也有類似的關系。因此，利用二次負荷與互感器誤差有密切關系這一特點，通過改變互感器二次回路的導線長度等方式來改變二次回路阻抗即二次負荷，可以調節互感器運行時的誤差特性，實現運行中互感器與電能表的誤差合理匹配，從而優化電能計量裝置的整體誤差。

圖1 電壓互感器比差與二次負荷的關系

2 優化試驗

以10 kV配電網電能計量裝置為例，通過改變電流互感器二次回路的阻抗來改變二次負荷，進行電能計量裝置的整體誤差優化驗證。試驗中利用在電流互感器二次回路串聯阻抗的方式實現對電流互感器二次回路阻抗的改變。

2.1試驗原理

三相三線計量裝置和三相四線計量裝置整體計量性能優化的試驗原理如圖2所示。對標準電能計量裝置和被試電能計量裝置施加同樣的一次電壓和一次電流，在同一時間段內將二者的電能量進行比

較，得到被試電能計量裝置的整體誤差。圖中的電能表可以是多個單相電能表，也可以是三相電能表。在被試計量裝置的各相電流互感器二次回路串聯阻抗(圖中Za、Zb、Zc)，然后按照圖2進行整體誤差檢測。

圖2 計量裝置整體計量性能優化的試驗原理

2.2試驗設備

2.2.1 被試設備

被測電能計量裝置主要參數如表1和表2所示。

2.2.2 標準設備

2)高壓標準電流互感器：額定電壓為10 kV；電流變比為(0～200) A/5 A；準確度等級為0.05S級。

3)標準電能表校驗儀：準確度等級為0.05級。

表2 被測計量裝置中電能表的主要技術參數

2.2.3 其他設備

升流器、升壓器、調壓器等。

3 結果與分析

3.1三相三線計量裝置整體計量性能優化

圖3 三相三線計量裝置整體計量性能優化

分別在各相電流互感器二次回路接入不同的阻抗，得到整體誤差如圖3所示。可以看出，隨著二次電流增加即一次負荷增加，該計量裝置整體誤差呈增大的趨勢。各相電流互感器二次回路不增加阻抗時，該套計量裝置整體誤差約為0.2%。當在各相電流互感器二次回路中接入阻抗后，各相電流互感器的誤差特性將發生改變，而電壓互感器、電能表等部分的誤差特性不發生變化，使得計量裝置整體誤差發生變化。從圖3中可以看出，當在各相電流互感器二次回路中接入阻抗(模擬通過增加導線長度等情況)，可以實現計量裝置整體誤差變小(加0.3 Ω的阻抗與不加阻抗相比，其整體誤差降低約0.05%)，從而改善電能計量裝置的整體計量性能。因此，通過在各相電流互感器二次回路中接入阻抗的方式，實現電能計量裝置各組成部分誤差的合理匹配，可以實現三相三線計量裝置整體計量性能的優化。

3.2三相四線計量裝置整體計量性能優化

三相四線計量裝置中的三相組合互感器主要有兩種結構形式，即三柱鐵心三相組合互感器和獨立鐵心的三相組合互感器，其中獨立鐵心的三相組合互感器與由三臺單相電壓互感器和三臺單相電流互感器組成的互感器組合具有相同的電氣結構，性能相似，不同之處是三相組合互感器將三臺電壓互感器和三臺電流互感器組合在一個密閉體內，具有更經濟和占地面積更小等特點。

圖4 三相四線(三柱鐵心)計量裝置整體誤差

圖5 三相四線(獨立鐵心)計量裝置整體誤差

三相四線計量裝置整體誤差優化試驗結果如圖4和圖5所示。從圖4可以看出，對于由三柱鐵心三相組合互感器組成的三相四線電能計量裝置，隨著二次電流增加即一次負荷增加，該計量裝置整體誤差呈增大的趨勢。各相電流互感器二次回路中不接入阻抗時，該電能計量裝置的整體誤差約為0.3%；當各相電流互感器二次回路中接入阻抗時，電流互感器的二次負荷發生改變，影響電流互感器的誤差特性，使得該電能計量裝置的整體誤差發生變化。當在各相接入0.1 Ω的阻抗時，整體誤差總體略有增加，繼續增加阻抗值，整體誤差減小，當各相接入0.3 Ω的阻抗時，整體誤差約為0.25%。可見通過優化，使該三相四線電能計量裝置的整體計量準確性最大提高了約0.05%。

從圖5可以看出，對于由獨立鐵心三相組合互感器組成的三相四線電能計量裝置，隨著二次電流增加即一次負荷增加，該計量裝置整體誤差先減小后增大。在各相電流互感器二次回路不加阻抗情況下，當電流增加到互感器額定電流的一半時，整體誤差最小，其值約為0.6%。當各相電流互感器二次回路中接入阻抗時，電流互感器的二次負荷發生改變，影響電流互感器的誤差特性，從而影響該電能計量裝置的整體誤差。隨著阻抗增大，電能計量裝置的整體誤差減小，當在各相接入0.1 Ω的阻抗時，整體誤差最小約為0.5%，當各相接入0.3 Ω的阻抗時，整體誤差最小約為0.4%。可見通過優化，使該三相四線電能計量裝置的整體計量準確性最大提高了約0.2%。

從以上分析可知，通過改變電流互感器二次負荷可以實現對電能計量裝置的整體計量性能優化。試驗中僅以改變電流互感器二次負荷阻抗為例來實現對電能計量裝置整體計量性能的優化，若同時改變電流互感器和電壓互感器的二次負荷，對電能計量裝置整體計量性能的優化效果將更好。因此，通過改變互感器二次阻抗的方式，可以實現配電網電能計量裝置整體誤差的優化，從而提高了電能計量的準確性。

4 結 語

提出了一種基于互感器誤差特性的配電網電能計量裝置整體誤差優化的方法，即通過改變互感器二次負荷的方式實現整體誤差優化，并應用所提出的優化方法開展對電能計量裝置整體誤差的優化試驗，實現了電能計量裝置整體誤差的優化，證實了優化方法的可行性，為改善電能計量裝置的整體計量性能提供了初步探索。

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There are numerous electric energy metering devices which involve in many aspects running in distribution network, and the accuracy of their integral error has a significant influence on keeping the equity and justness of electric energy trade. However, how to minimize the integral error of electric energy metering devices is a big issue in measurement domain. A method by changing the secondary load of transformers to optimize the integral error of metering devices is proposed, and optimization tests are carried out using this method. It is confirmed that the integral error of electric energy metering devices can be optimized with this method, which provides a useful reference for improving the accuracy of metering devices.

electric energy metering; integral error; optimization

TM933

：A

：1003-6954(2017)04-0070-04

2017-03-14)

楊 敏 (1959)，高級工程師，長期從事電能計量管理工作。