關(guān)于電能計(jì)量裝置誤差因素及控制措施的分析

丁玥

（四川省電力公司資陽(yáng)公司，四川 資陽(yáng) 641300）

前言

電力系統(tǒng)計(jì)量裝置是電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)的主要測(cè)量工具,計(jì)量的準(zhǔn)確性直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,電能計(jì)量的準(zhǔn)確與否是電力管理部門(mén)關(guān)心的重要問(wèn)題。電能計(jì)量故障及差錯(cuò)的發(fā)生,影響到客戶(hù)所用電量的準(zhǔn)確計(jì)算、電費(fèi)的及時(shí)回收及線(xiàn)損的準(zhǔn)確計(jì)算,因此預(yù)防和避免電能計(jì)量故障及差錯(cuò),是電能計(jì)量工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1.目前電能計(jì)量存在的問(wèn)題

1.1.高壓出線(xiàn)側(cè)不具備電能計(jì)量的條件

由于以前發(fā)電廠的供電量是按發(fā)電機(jī)出口電量減去廠用電量來(lái)考核的,目前還有部分電廠的計(jì)量點(diǎn)設(shè)在發(fā)電機(jī)出口,高壓出線(xiàn)側(cè)沒(méi)有電能計(jì)量裝置,因此不能準(zhǔn)確地計(jì)量關(guān)口電量。

1.2.目前關(guān)口電能表普遍采用國(guó)產(chǎn)三相兩元件感應(yīng)式電能表,在結(jié)構(gòu)和功能上存在缺陷。

1.3.電壓互感器二次導(dǎo)線(xiàn)壓降引起的計(jì)量誤差較大。

1.4.關(guān)口表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)方法不合理。

1.5.互感器準(zhǔn)確度不符合規(guī)程要求。

2.電能計(jì)量裝置誤差因素分析

2.1.電能表誤差

電能表的誤差可以分為3種,即電能表的負(fù)載特性誤差、生產(chǎn)誤差以及不當(dāng)使用誤差。

電能表的基本誤差隨負(fù)載電流和功率因數(shù)變化而變化的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)電能表的負(fù)載特性。圖1為常用感應(yīng)式電能表的負(fù)載特性曲線(xiàn),可以看出：在小負(fù)載范圍內(nèi)(I=5%Ib～40%Ib)電能表誤差較大,這是因?yàn)樵诘拓?fù)載時(shí)轉(zhuǎn)矩很小,只要補(bǔ)償力矩小于摩擦力矩,誤差就向負(fù)的方向變化。此情況下相位角誤差影響很小,電流自制動(dòng)力矩可視為零。cosφ=0.5時(shí)的轉(zhuǎn)矩比cosφ=1時(shí)的轉(zhuǎn)矩小1倍,摩擦力相對(duì)比較小,補(bǔ)償力矩大于摩擦力矩,所以cosφ=0.5的負(fù)載特性曲線(xiàn)有較大的正值。當(dāng)負(fù)載增加,工作轉(zhuǎn)矩增加,摩擦誤差和非線(xiàn)性誤差相對(duì)減小,加上此時(shí)的電流自制動(dòng)力矩又不很大,所以綜合誤差變小。當(dāng)負(fù)載達(dá)到標(biāo)定電流附近時(shí)(I=60%Ib～150%Ib)誤差值最小。

圖1 感應(yīng)式電能表的負(fù)載特性曲線(xiàn)圖

當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到180%標(biāo)定電流時(shí),電流自制動(dòng)力矩會(huì)增加很多,此時(shí)鐵心已飽和,工作轉(zhuǎn)矩增加,又會(huì)出現(xiàn)負(fù)的誤差;當(dāng)cosφ≠1時(shí),相位角誤差影響增加,所以cosφ=0.5的曲線(xiàn)比co-sφ=1的曲線(xiàn)下降得更多。

為適應(yīng)各種用戶(hù)的需要,要求電能表在較寬的范圍內(nèi)正常工作,誤差不超過(guò)其準(zhǔn)確等級(jí)所規(guī)定的允許值。從最小誤差角度出發(fā),實(shí)際運(yùn)用中的電能表,其所帶負(fù)載電流應(yīng)在50%Ib～180%Ib內(nèi)。

2.1.2.電能表產(chǎn)品誤差

按國(guó)家統(tǒng)一的電能表設(shè)計(jì)要求,生產(chǎn)電能表應(yīng)采用五類(lèi)磁鋼,該類(lèi)磁鋼性能穩(wěn)定不易失磁,是保證電能表誤差穩(wěn)定的重要部件。但有的電能表制造商為了在價(jià)格戰(zhàn)中取勝,擅自修改設(shè)計(jì),選用稀土磁鋼或三類(lèi)磁鋼,生產(chǎn)成本可下降10%左右,但存在著嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。即使安裝前誤差調(diào)試合格,投入運(yùn)行后由于磁鋼的不斷失磁,致使電能表的阻尼力矩不斷減小,電能表愈走愈快。這是造成運(yùn)行中電能表出現(xiàn)正誤差超差的主要原因。

造成電能表投入運(yùn)行后愈走愈慢的因素較多。感應(yīng)式電能表是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械裝置,新表檢定完畢安裝投運(yùn)后,隨著時(shí)間的推移,軸承內(nèi)潤(rùn)滑油不斷揮發(fā),機(jī)械磨損將逐漸增加,機(jī)械加工件應(yīng)力不斷釋放,轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿同心度的誤差也將增大,這些因素都將導(dǎo)致機(jī)械摩擦力矩上升,使電能表愈走愈慢,尤其在輕負(fù)載情況下,影響更為明顯。

2.1.3.電能表不當(dāng)使用誤差

在電能計(jì)量管理中,由于電能表接線(xiàn)錯(cuò)誤,斷線(xiàn)(失壓、斷流)所引起的計(jì)量誤差較大,易被人們所發(fā)覺(jué)和重視;而由于電能表非常規(guī)接線(xiàn)或使用不當(dāng)引起的計(jì)量誤差較小,一般只在百分之幾至百分之十幾,不易被重視,但是,若其乘以倍率,則會(huì)造成很大誤差。作為交易結(jié)算的電能計(jì)量裝置,要求滿(mǎn)足公平、準(zhǔn)確、合理的原則,因此,電能表常見(jiàn)非正規(guī)接線(xiàn)引起的計(jì)量誤差同樣不可忽視。低壓有功電能表常見(jiàn)非正規(guī)接線(xiàn)引起的計(jì)量誤差主要包括以下幾方面。

2.1.3.1.單相電能表

（1）1表乘2：即用1塊單相(220V)電能表計(jì)量?jī)上?380V)用電負(fù)載時(shí),將該電能表的累計(jì)電量乘以2作為實(shí)際用電總電量。這種情況下,若電能表接于A相,計(jì)量A、B兩相負(fù)載時(shí),將造成多計(jì)電量(正誤差)；若接于B相,則造成少計(jì)電量(負(fù)誤差)。

（2）1表乘3：即用1個(gè)單相電能表計(jì)量三相三線(xiàn)或三相四線(xiàn)負(fù)載時(shí),將該電能表的累計(jì)用電量乘以3,作為三相負(fù)載總電量。這種計(jì)量方式在三相負(fù)載電流不平衡時(shí)將造成計(jì)量不準(zhǔn)確,其誤差大小視三相負(fù)載電流平衡度與負(fù)載功率因數(shù)情況而定。

2.1.3.2.三相三線(xiàn)電能表

（1）計(jì)量單相電爐：即用1塊三相三線(xiàn)電能表計(jì)量單相(220V)電爐。因電爐功率因數(shù)為1.0,其計(jì)量功率,P=UabIcCOS30°=3UфIф2造成多計(jì)電量50%。

（2）計(jì)量單相220V電焊機(jī)：用1塊三相三線(xiàn)電能表計(jì)量三相四線(xiàn)不平衡配電系統(tǒng),即當(dāng)In≠0,在 A、N 線(xiàn)間連接單相(220V)電焊機(jī),表盤(pán)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)并少計(jì)電量;在B、N線(xiàn)間連接單相(220V)電焊機(jī),表盤(pán)不轉(zhuǎn)而不計(jì)電量;在C、N線(xiàn)間連接單相(220V)電焊機(jī),表盤(pán)轉(zhuǎn)速加快而多計(jì)電量。

（3）計(jì)量三相四線(xiàn)配電系統(tǒng):三相三線(xiàn)電能表計(jì)量三相四線(xiàn)不平衡負(fù)載電流時(shí),N線(xiàn) (中性點(diǎn))產(chǎn)生零序電流,而三相三線(xiàn)電能表不能計(jì)量零序電流所消耗的功率,造成少計(jì)電量。

2.1.3.3.三相四線(xiàn)電能表

（1）未接N線(xiàn)：三相四線(xiàn)電能表其N(xiāo)線(xiàn)未接或N線(xiàn)接觸不良,若三相四線(xiàn)配電系統(tǒng)三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng),產(chǎn)生電壓偏差,即每個(gè)元件上的電壓出現(xiàn)不平衡。當(dāng)三相電壓差約5%和三相電流差約50%時(shí),將引起±2%左右的計(jì)量誤差。

（2）反相序接線(xiàn)：三相四線(xiàn)電能表反相序接線(xiàn)存在一定的計(jì)量誤差。因?yàn)殡娔鼙韮?nèi)部第1個(gè)元件組裝都是按電源正相序排列,各元件間的力矩誤差也在最小范圍。如反相序接線(xiàn),就改變了元件力矩,誤差產(chǎn)生改變?cè)凇?2.5%～5.0%)左右。

（3）2個(gè)互感器V形接線(xiàn)：即用2個(gè)電流互感器V形接線(xiàn)計(jì)量三相四線(xiàn)配電系統(tǒng)。這種接法利用A、C兩相電流互感器的合成電流代替B相電流,雖然節(jié)省1個(gè)電流互感器,但若三相負(fù)載不平衡時(shí),中性線(xiàn)也出現(xiàn)不平衡電流而引起計(jì)量附加誤差約在10%～15%左右。

（4）3個(gè)互感器Y形接法：即3個(gè)電流互感器Y形與三相四線(xiàn)電能表連接,其電流以互感器二次一端公用連接。這種接法,若三相負(fù)載電流不平衡時(shí),表計(jì)電流相位會(huì)改變,且每相互感器二次線(xiàn)圈都有另外兩相部分電流流過(guò),即產(chǎn)生分流,因而引起計(jì)量誤差。其誤差大小視一次負(fù)載電流大小與不平衡電流大小而定。

2.2.互感器誤差

互感器的誤差將造成電能計(jì)量裝置失準(zhǔn),直接影響各相關(guān)單位的經(jīng)濟(jì)利益以及線(xiàn)損等電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

2.3.計(jì)量裝置綜合誤差

由以上分析可知,電能計(jì)量裝置的綜合誤差為電能表誤差、互感器合成誤差、電壓互感器二次回路壓降引起的誤差的代數(shù)和,可以用下式表示：

式中γb—電能表的相對(duì)誤差,%；

γh—互感器合成誤差,%；

γd—電壓互感器二次回路壓降引起的誤差,%。

在實(shí)際的計(jì)量裝置中,電能表的誤差γb可以在負(fù)荷點(diǎn)下調(diào)至誤差最小,其他的計(jì)量裝置誤差均與實(shí)際二次回路的運(yùn)行參數(shù)有關(guān)。

3.降低電能計(jì)量誤差的方法

3.1.完善計(jì)量裝置

3.1.1.選擇高精度、穩(wěn)定性好的多功能電能表

由于電子技術(shù)的發(fā)展,目前多功能電子表的技術(shù)較為穩(wěn)定,誤差基本呈線(xiàn)性。一只多功能電子表可同時(shí)兼有正、反向有功,正、反向無(wú)功4種電能計(jì)量和脈沖輸出、失壓記錄、追補(bǔ)電量等輔助功能,且過(guò)載能力強(qiáng)、功耗小。對(duì)Ⅰ、Ⅱ類(lèi)用戶(hù)應(yīng)采用全電子式電能表。

3.1.2.減小互感器合成誤差

盡可能配用比差及角差符號(hào)相反、大小相等的電流互感器和電壓互感器,使得互感器的合成誤差最小,以便最大限度地降低計(jì)量裝置綜合誤差。

3.1.3.電壓互感器二次導(dǎo)線(xiàn)的選擇

根據(jù)互感器二次回路的實(shí)際情況選擇二次導(dǎo)線(xiàn)的截面和長(zhǎng)度。在一定負(fù)載下,給定電纜截面面積,在規(guī)定的電壓降下,給定導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度,導(dǎo)線(xiàn)截面積不小于2.5mm2。

3.1.4.保證互感器實(shí)際二次負(fù)荷

電流互感器二次回路導(dǎo)線(xiàn)截面積最小值為4mm2,且中間不得有接頭,導(dǎo)線(xiàn)端子排轉(zhuǎn)接處應(yīng)留有足夠的長(zhǎng)度。在投產(chǎn)前,必須測(cè)量電流、電壓互感器的實(shí)際二次負(fù)荷,保證其在標(biāo)定的額定負(fù)荷范圍內(nèi)。

3.1.5.保證互感器回路完整

對(duì)35kV以上的計(jì)費(fèi)用電壓互感器二次回路,應(yīng)不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn),但可裝設(shè)熔斷器;對(duì)35kV及以下的計(jì)費(fèi)用電壓互感器二次回路,應(yīng)不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)和熔斷器。電流、電壓回路應(yīng)設(shè)專(zhuān)用二次回路,不與保護(hù)、測(cè)量同回路。

3.2.采用正確的計(jì)量方式

3.2.1.保證電能表的正確接線(xiàn)

對(duì)接入中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的電能計(jì)量裝置,應(yīng)采用三相三線(xiàn)制電能表,其2臺(tái)電流互感器二次繞組宜采用四線(xiàn)連接;對(duì)三相四線(xiàn)制的電能計(jì)量裝置,其3臺(tái)電流互感器二次繞組與電能表之間宜采用六線(xiàn)連接。如采用四線(xiàn)連接,若公共線(xiàn)斷開(kāi)或一相電流互感器極性相反,會(huì)影響計(jì)量;且進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí),采用單相法每相電流互感器二次負(fù)載電流與實(shí)際負(fù)載電流不一致,給測(cè)試工作帶來(lái)困難,造成測(cè)量誤差。

3.2.2.增設(shè)失壓計(jì)量器

對(duì)計(jì)費(fèi)用高壓電能計(jì)量裝置應(yīng)裝設(shè)失壓計(jì)量器,及時(shí)讀取失壓記錄,作為追補(bǔ)電量的依據(jù)。

3.2.3.合理選擇電流互感器變比

要求正常負(fù)荷電流在電流互感器額定電流的60%左右,對(duì)季節(jié)性用電的用戶(hù)應(yīng)采用二次繞組具有抽頭的多變比電流互感器。

3.2.4.采用電壓誤差補(bǔ)償裝置

如果電壓互感器二次回路的負(fù)荷導(dǎo)納變化范圍不大,可采用電壓誤差補(bǔ)償器,補(bǔ)償二次導(dǎo)線(xiàn)電壓引起的比差和角差。

3.2.5.開(kāi)展計(jì)量裝置綜合誤差分析

在新投運(yùn)和改造的計(jì)量裝置選型上,要求電能表、互感器都必須按負(fù)荷類(lèi)別選取適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度等級(jí),并在投產(chǎn)前做好各項(xiàng)測(cè)試工作。投產(chǎn)前電流、電壓互感器合成誤差、電壓互感器二次回路壓降誤差通過(guò)計(jì)算形成數(shù)據(jù)表,在每次的周期校驗(yàn)時(shí),都可以對(duì)照各項(xiàng)數(shù)據(jù)配合電能表進(jìn)行調(diào)整,使計(jì)量綜合誤差達(dá)到最小。同時(shí),按規(guī)程規(guī)定做好電能表、互感器等周期檢驗(yàn)和輪換工作。

3.2.6.經(jīng)常檢測(cè)電流互感器倍率和計(jì)量回路有些竊電戶(hù)為了少交電費(fèi),往往私自將原裝的電流互感器更換為較大倍率的電流互感器,甚至仍裝上原來(lái)電流互感器的銘牌。在檢查時(shí),應(yīng)注意電流互感器的實(shí)際倍率是否與銘牌相一致。檢查電流互感器的一次回路或二次回路是否短接、二次回路是否偽接或開(kāi)路、二次端子的極性或換相是否錯(cuò)接等。對(duì)電壓互感器,應(yīng)檢查其接線(xiàn)的正確與否,防止虛接、偽接與二次回路的開(kāi)斷以及換相錯(cuò)接等。

4.結(jié)語(yǔ)

電能計(jì)量裝置作為考核主網(wǎng)線(xiàn)損的重要依據(jù),是電力系統(tǒng)走向市場(chǎng)的重要保證。因此必須認(rèn)真做好電能計(jì)量工作,提高電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性,真正做到電能計(jì)量公平合理,為發(fā)供用電各方提供可靠依據(jù)。

[1]王守存,馬強(qiáng),李建平.高壓電能計(jì)量裝置失準(zhǔn)原因分析及解決措施[J].電工技術(shù)雜志，2004.