基于智能電能表內部數據的接線分析方法

劉正友，冷劍波，蘇慧琳，鄭 艷，高永峰

（1.云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000；2.西安雙英科技股份有限公司，陜西 西安 710075）

隨著用電客戶的不斷增加和智能電能表全覆蓋工作的完成，針對智能電能表投運驗收及裝置日常運行的接線檢查分析將是電能計量運維、用電檢查重要工作內容，也是供電企業經營發展的重要環節之一，電能表如果出現接線錯誤情況直接影響著電能表能否正確計量，對供電企業的經濟效益有著嚴重的影響，是用電量準確計量及供用電雙方公平交易的可靠保障[1]。

電能表的現場接線種類繁多，三相三線接線電能表方式就有192 種，其中感性負載下有46 種[2]；三相四線電能表接線方式有2304種；我國每年因接線錯誤等造成的經濟損失高達百億[3]；傳統接線的檢查直觀檢查法、電壓檢測法、相序測量法、向量圖測量法需要時間較長[4]，如何快速進行現場接線判別，提高工作人員的檢查效率是本文研究的方向。

傳統的用電檢查要使用萬用表、相序表、相位表等儀表進行接入，前期準備工作時間長，測量結果需要人為分析，現有技術中并沒有使用多功能電能表的內部數據來進行接線分析。而目前多功能電表中均對每相功率元件的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數以及電壓相序均有測量，可以使用485 或紅外接口讀出，利用多功能電能表內部數據，無須外接測量儀表就可以實現一種高效的接線判別方法，保證電能表的接線正確及計量工作的準確性。

1 接線分析原理及方法

1.1 三相三線兩元件電能表接線

三相三線接線中電壓互感器TV1和TV2常用方式為V/V接線，電流互感器TA1和TA2通常形成A、C兩相電流接入電能表[5]。接線方式共有192種，其中2種接線正確。具體說明如下：

TV1 和TV2 共有4 種接法，TV1 正TV2 正、TV1 正TV2 反、TV1 反TV2 正、TV1 反TV2 反 如圖1所示。

圖1 TV1和TV2的4種接法

TV 二次至電能表連線共有6 種：正相序3 種ab-c、b-c-a和c-a-b和逆相序三種a-c-b、b-a-c和c-ba，如圖2所示。

圖2 三相三線兩元件TV二次至電能表6種連線

電 流互感器TA1 和TA2 共有4 種接法：TA1 正TA2 正、 TA1 正TA2 反、 TA1 反TA2 正、 TA1 反TA2反；參考TV1和TV2接法。

TA二次至電能表連線共有2種：正相序或逆向序，如圖3所示。

圖3 TA二次至電能表2種連線

1.2 三相四線三元件電能表接線

三相四線接線的電壓互感器TV1、TV2、TV3，電流互感器TA1、TA2、TA3接線方式共有2304種，其中2種接線正確[6]。具體說明如下：

TV1、TV2 和TV3 共有8 種接法，TV1 正TV2正TV3 正、TV1 正TV2 正TV3 反、TV1 正TV2 反TV3 正、TV1 正TV2 反TV3 反，TV1 反TV2 正TV3正、TV1 反TV2 正TV3 反、TV1 反TV2 反TV3 正、TV1反TV2反TV3反，如圖4所示。

圖4 TV1、TV2、TV3的8種接法

TV 二次至電能表連線共有6 種：正相序3 種ab-c、b-c-a 和c-a-b 和逆相序3 種a-c-b、b-a-c 和c-ba，如圖5所示。

圖5 三相四線三元件TV二次至電能表6種連線

電流互感器TA1、TA2 和TA3 共有8 種接法：TA1 正TA2 正、 TA1 正TA2 反、 TA1 反TA2 正、TA1反TA2反，參考TV1、TV2、TV3接法。

TA 二次至電能表連線共有6 種：參考TV 二次至電能表接法。

2 基于智能電能表內部數據的接線分析

2.1 不同負載類型下分析原理

電網中由于不同的負載類型會引起電壓和電流之間相位不同步，感性負載時電流滯后電壓，容性負載時電流超前電壓，由于感性和容性負載不同大小會產生不同的功率因數，所對應不同相角范圍，如圖6所示說明。

圖6 基于不同負載類型接線分析原理示意圖

相角φ∈(0°,60°]，功率因數cosφ≥0.5感性；

相角φ∈[60°,90°]，功率因數cosφ＜0.5感性；

相角φ∈[-60°,0°]，功率因數cosφ≥0.5容性；

相角φ∈[-90°,-60°]，功率因數cosφ≥0.5感性。

獲取電能表的內部數據有功功率P、無功功率Q和功率因數PF，根據PF=cosφ，得到相位角：φ′=arccosPF，φ′∈[0°,180°]0°,180°。

要確定電壓電流之間相位角φ（φ∈0～360°）還要根據Q的正負來計算。

Q＞0，則φ=φ′；

Q＜0，則φ=360°-φ′；。

2.2 不同接線方式下的的接線分析方法

2.2.1 三相三線接線分析方法

抄讀到的電能表的信息，如表1所示。

由于三相三線電能表采用的是兩元件進行計量，得的功率因數角第一元件為30°+φa，第二元件為330°+φc，根據有功和無功功率的正負可以計算得到每個功率元件的相位角（相角范圍為[0°,360°]），根據電壓之間的相位關系可以得到電流的相角，依次對每一個功率元件電流輸入進行分析，具體判斷如表2所示。

表2 三相三線電能表不同負載類型下接線分析

2.2.2 三相四線接線分析方法

抄讀到的電能表的信息，如表3所示。

表3 抄讀到三相四線電能表信息

三相四線電能表采用的是三元件進行計量，得的功率因數角即為每相負載的相位角，根據有功和無功功率的正負可以計算得到每個功率元件的相位角（相角范圍為[0°，360°]），根據電壓相序可以得到電壓之間的相位關系，可以計算得到每個功率元件輸入電流的相角，依次進行分析，具體判斷如表4所示。

表4 三相四線電能表不同負載類型下接線分析

其中，對A 相定義為本相進行分析時，則C 相為前相，B 相為后相；B 相定義為本相時，則A 相為前相，C相為后相；C相定義為本相時，則B相為前相，A相為后相。

3 分析案例及結果說明

3.1 接線方式為三相三線示例分析

已知利用RS485 獲取到的智能電能表內部數據為表5所示。

表5 利用RS485獲取到的三相三線電能表數據

根據以上數據可以得出每相功率因數角為99°，針對＞0.5 感性負載查表2 后得到結果：第一功率元件電流為Ic反，第二功率元件電流為Ia正，因此接線判別結果為：A，C 相電流交叉，1TA 正、2TA反。顯示結果正確，如圖7所示。

圖7 三相三線接線示例判別結果圖示

3.2 接線方式為三相四線示例分析

已知利用485 獲取到的智能電能表內部數據為表6所示。

表6 利用RS485獲取到的三相四線電能表數據

根據以上數據可以得出A 相功率因數角為5°，B相為184°，C相為184°，針對＞0.5感性負載查表4進行接線判別結果為：A相正、B相反、C相反。結果顯示正確，如圖8所示。

圖8 三相四線接線示例判別結果圖示

4 結論

本文通過對智能電能表三相三線和三相四線接線理論分析，總結了一種利用接口直接抄讀獲取智能電能表內部數據，針對不同負載類型進行接線分析的方法，無須外接測量儀表，省去了外部接線等準備工作，提高了工作效率，可以方便進行多功能智能電表現場接線檢查，滿足現場使用，具有良好的推廣應用價值。

資訊

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來源：中國電力新聞網