正確接線情況下三相三線電能表負電流現(xiàn)象原因分析

(國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

電能計量是電力生產(chǎn)、營銷以及電網(wǎng)安全運行的重要環(huán)節(jié)。電能計量的準確與否將影響電能貿(mào)易結(jié)算的公平、公正，關(guān)系到電力企業(yè)、廣大電力客戶和老百姓的經(jīng)濟利益。電力用戶用電信息采集系統(tǒng)是對日常計量采集運維工作進行異常監(jiān)測、消缺反饋的重要途徑。

異常計量模塊電流失流數(shù)據(jù)中常會出現(xiàn)電能表負電流現(xiàn)象，在排除了裝表人員接線錯誤或電能表故障的情況，也就是說現(xiàn)場接線正確、表計準確計量的時候，電能表負電流現(xiàn)象一般由負荷性質(zhì)導致。

下面將通過“兩表法”計量基本原理和相量圖，從功率因數(shù)的角度分析出正確接線情況下三相三線電能表出現(xiàn)負電流的原因。

1 兩表法計量基本原理及接線相量圖

圖1是三相三線電能表接線示意圖，電能表內(nèi)部由兩只單相功率電能表組成，分別稱作第一元件、第二元件。第一元件的流入電流為Ia，兩端的電壓為Uab；第二元件的流入電流為Ic，兩端的電壓為Ucb，則兩功率元件的功率表達式為

(1)

(2)

另一方面，三相三線電能表的功率表達式為

=PⅠ+PⅡ

(3)

這就是兩表法計量的基本原理，可以看到第一元件與第二元件的功率正負取決于線電壓和對應相電流之間夾角的余弦值。需要注意的是，單一元件的功率正負僅僅是數(shù)學表達，并不具備物理意義。兩元件的功率之和才能反映三相三線電能表的總功率。

圖2是與圖1對應的接線向量圖，φa、φc為A、C相的功率因數(shù)角，即對應相電流滯后相電壓的角度。考慮到一般專變客戶負荷為阻感性，cosφa、cosφc的值約為0.8～0.9。此時式(3)可以簡化為

P=UabIacos (30°+φa)+UcbIccos(30°-φc)

(4)

式中：(30°+φa)為第一元件的功率夾角；(30°-φc)為第二元件的功率夾角。

圖1 三相三線電能表接線

圖2 典型三相三線電能表電壓-電流向量

2 負電流現(xiàn)象及原因解釋

根據(jù)DL/T 645-2007《多功能電能表通信協(xié)議》，標準的三相三線制智能電表在正確接線情況下會由于負載的性質(zhì)產(chǎn)生負電流。三相智能電表顯示的某相電流的正負取決于該相電流與對應電壓的功率夾角，也就是說負電流是電能表功率元件反映負功率的直接表現(xiàn)。當(30°+φa)或(30°-φc)大于90°時，該相功率即為負功率，在電能表上顯示的為負電流。考慮到符合現(xiàn)實中的一般情況以及用戶無功補償裝置投切過程中的極端情況，認為負荷為阻感性(含純電感)或阻容性負載(含純電容)。

2.1 A相負電流

圖3為A相負電流的向量圖。如圖所示，當A相功率因數(shù)較低的時候，φa∈(60°，90°)，第一元件的功率夾角(φa+30°)∈(90°，120°)，此時A相為負功率，電能表顯示A相電流為負。

圖3 A相負電流向量

2.2 C相負電流

圖4為C相負電流的向量圖，如圖所示，當C相過補償、負荷為容性且電流相位超前電壓時，第二元件的功率夾角(30°-φc)∈(90°，120°)，此時C相為負功率，電能表顯示C相電流為負。

圖4 C相負電流向量

在工作現(xiàn)場，專變客戶普遍在總配電柜處對設備采取集中式無功補償方案，以滿足功率因數(shù)達到國家規(guī)定的標準值，故在正確接線的情況下，A、C相電流不會同時出現(xiàn)負值。當A相出現(xiàn)負電流時，一般是由于負荷功率因數(shù)偏低，且客戶未投入無功補償導致；C相出現(xiàn)負電流一般是由于過補償導致。關(guān)于這兩種情況的研判，還可通過電費發(fā)票中的力調(diào)電費項加之輔助判斷。

3 實例驗證

實例1：某食品加工企業(yè)變壓器容量為400 kVA，采用高供高計計量方式、三相三線電能表計量，電流互感器變比為30/5，電壓互感器變比為10 000/100。表計A相出現(xiàn)負電流，通過用電信息采集系統(tǒng)召測電能表數(shù)據(jù)如表1所示，圖5是一天內(nèi)該表計的電流變化曲線圖。

通過營銷業(yè)務系統(tǒng)查看該戶發(fā)票，發(fā)現(xiàn)每月力調(diào)電費均為正，判定該用戶每月功率因數(shù)均未達到考核值，同時經(jīng)現(xiàn)場勘查，該用戶未裝設無功補償裝置。故電能表A相出現(xiàn)負電流的原因是由于該用戶功率因數(shù)偏低導致。

實例2：某建材制造公司變壓器容量為315 kVA，采用高供高計計量方式、三相三線電能表計量，電流互感器變比為20/5，電壓互感器變比為10 000/100。表計C相出現(xiàn)負電流，通過用電信息采集系統(tǒng)召測該電能表數(shù)據(jù)如表2所示，圖6是一天內(nèi)該表計的三相電流變化曲線圖。

通過營銷業(yè)務系統(tǒng)查看該戶發(fā)票，發(fā)現(xiàn)每月力調(diào)電費均為負，判定該用戶每月功率因數(shù)超過考核值，予以獎勵。同時經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查了解，該用戶凌晨僅有部分生產(chǎn)保安負荷，變壓器幾乎空載運行，且該用戶集中式無功補償裝置自動投切裝置故障，只能轉(zhuǎn)換至手動投切。該用戶全天候投入無功補償裝置，故判斷電能表C相出現(xiàn)負電流的原因是輕負荷下電容過補償導致的電流負值。

4 結(jié) 語

三相三線電能表在正常接線的情況下,表計顯示或者用電采集系統(tǒng)會出現(xiàn)負電流。具體來說，A相電流為負是因為功率因數(shù)過低、無功補償不足導致，C相電流為負是因為無功補償裝置過補償造成的。對于此類現(xiàn)象，采集運維人員要利用用電信息采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)認真分析，畫出向量圖并結(jié)合現(xiàn)場實際判斷準確原因。

表1 實例1用電信息采集系統(tǒng)隨機采集數(shù)據(jù)-A相負電流

圖5 實例1電流曲線變化圖-A相負電流

表2 實例2用電信息采集系統(tǒng)隨機采集數(shù)據(jù)-C相負電流

圖6 實例2電流曲線變化圖-C相負電流