多功能電能表的無(wú)功計(jì)量

高懷平

(南京供電公司，江蘇南京210019)

目前現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的多功能電能表、智能電能表和進(jìn)口多功能表的故障采用傳統(tǒng)方法計(jì)算退補(bǔ)電量,會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)果。利用無(wú)功計(jì)量象限可以判斷故障性質(zhì)，依據(jù)電能表內(nèi)部供電結(jié)構(gòu)計(jì)算能正確退補(bǔ)電量。文中介紹了國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口多功能電能表無(wú)功計(jì)量原理，提出了多功能電能表缺相故障情況下無(wú)功退補(bǔ)的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)室模擬多功能電能表運(yùn)行在各種功率因數(shù)下缺相故障無(wú)功計(jì)量進(jìn)行了測(cè)試，積累了大量測(cè)試數(shù)據(jù)。

1 多功能電能表無(wú)功計(jì)量

1.1 四象限無(wú)功定義

不同國(guó)家對(duì)四象限無(wú)功的定義不一樣。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T645—1997[1]，電能測(cè)量四象限的定義如圖1所示。

圖1 四象限無(wú)功應(yīng)用示意圖

Ⅰ象限：輸入有功功率P（阻感性負(fù)荷），輸入無(wú)功功率Q；Ⅱ象限：輸出有功功率P（負(fù)荷相當(dāng)于1臺(tái)欠勵(lì)磁發(fā)電機(jī)），輸入無(wú)功功率Q；Ⅲ象限：輸出有功功率P（負(fù)荷相當(dāng)于1臺(tái)過(guò)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)）；Ⅳ象限：輸入有功功率（阻容性負(fù)荷），輸出無(wú)功功率。

2 多功能電能表無(wú)功計(jì)量原理

2.1 電壓移相無(wú)功原理

一般多功能電能表無(wú)功計(jì)量是將計(jì)量芯片采用移相器電壓移相90°后與電流相乘得到無(wú)功瞬時(shí)值，將無(wú)功瞬時(shí)值進(jìn)行累加并除以累加點(diǎn)數(shù)即得到無(wú)功平均值[2]（如圖2所示）。

圖2 電壓移相90度向量

令u'uv=u'wv，iu=iw，φu=φw=φ，則：

2.2 進(jìn)口多功能電能表無(wú)功計(jì)量原理

目前國(guó)內(nèi)進(jìn)口主要是蘭吉爾LG和ALPhaA1600 2種型號(hào)多功能電能表，蘭吉爾LG和國(guó)產(chǎn)多功能電能表無(wú)功計(jì)量原理相同。ALPhaA1600型號(hào)的多功能電能表采用電流逆時(shí)針移相90°，所對(duì)應(yīng)電壓余弦計(jì)算無(wú)功如圖3所示。

圖3 電流移相90度向量

令i'u=i'v，uuv=uwv，φu=φw=φ，則：

可見(jiàn)，實(shí)際上無(wú)功計(jì)量不論是移相電壓滯后90°，還是電流超前90°，無(wú)功計(jì)量原理都一樣。

3 電能表運(yùn)行在可能的功率因數(shù)區(qū)域故障分析

3.1 國(guó)產(chǎn)電能表故障

φ在0°～30°區(qū)間為25°時(shí)，斷U相電壓時(shí)校驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：國(guó)產(chǎn)多功能電能表和智能電能表誤差為-88.4%運(yùn)行在四象限限；國(guó)外進(jìn)口（蘭吉爾LG）多功能電能表誤差-50%運(yùn)行在第一相限；斷W相電壓時(shí)校驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：國(guó)產(chǎn)多功能電能表和智能電能表誤差12%運(yùn)行在第一相限；國(guó)外進(jìn)口（蘭吉爾LG）多功能電能表誤差-50%運(yùn)行在第一相限。

分析如下。國(guó)產(chǎn)電能表供電方式全部采用2個(gè)互感器給主板供電（如圖4所示），當(dāng)電能表斷U相電壓時(shí)，無(wú)功向量如圖5所示，有：

圖4 國(guó)產(chǎn)多功能電能表電源供電原理

圖5 缺U相電壓時(shí)無(wú)功計(jì)量向量

誤差為-88%，無(wú)功電量記錄在第四象限。

電能表斷W相電壓時(shí)，無(wú)功向量如圖6所示，有：

圖6 缺W相電壓時(shí)無(wú)功計(jì)量向量

誤差12%，無(wú)功電量記錄在第一象限，斷電壓和斷電流誤差記錄象限一致。

3.2 進(jìn)口（蘭吉爾LG）多功能電能表故障分析

進(jìn)口電能表供電方式采用3個(gè)互感器給主板供電（如圖7所示），當(dāng)電能表斷U相電壓時(shí)（如圖8所示），U相端子對(duì)V相有50 V。有：

圖7 進(jìn)口多功能電能表電源供電原理

圖8 缺U相電壓時(shí)無(wú)功計(jì)量向量

誤差-50%，無(wú)功電量記錄在第一象限，國(guó)產(chǎn)電能表計(jì)量無(wú)功在第四象限。

當(dāng)電能表斷U相電流時(shí)（如圖9所示），有：

圖9 缺U相電流時(shí)無(wú)功計(jì)量向量圖

誤差-88%，無(wú)功電量記錄在第四象限。

當(dāng)電能表斷W相電壓時(shí)（無(wú)功向量如圖10所示），W相端子對(duì)V相有50 V。有：

圖10 缺W相電壓時(shí)無(wú)功計(jì)量向量

誤差-50%，無(wú)功電量記錄在第一象限。

當(dāng)電能表斷W相電流時(shí)（如圖11所示），有：

圖11 W相電流時(shí)無(wú)功計(jì)量向量

誤差12%，無(wú)功電量記錄在第一象限。

綜上所述，國(guó)產(chǎn)三相三線多功能表和智能電能表，斷電流和斷電壓故障誤差一致，無(wú)功電量記錄象限一致。進(jìn)口電能表（蘭吉爾LG）斷電流和斷電壓故障誤差不同，無(wú)功電量記錄象限也不同，斷電流完全與國(guó)產(chǎn)多功能電能表斷電壓故障是一致的。

電能表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行可能遇到的功率因數(shù)區(qū)域，實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 各種多功能電能表故障實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

目前江蘇電網(wǎng)全部采用了智能電能表和進(jìn)口多功能電能表進(jìn)行計(jì)量，在發(fā)生缺相故障情況下，不能采用以往的退補(bǔ)方法進(jìn)行退補(bǔ)電量，要根據(jù)電能表的供電電源內(nèi)部接線進(jìn)行分析，合理進(jìn)行退補(bǔ)。文中介紹無(wú)功缺相故障的退補(bǔ)方法，同樣適合有功缺相故障的退補(bǔ)。

[1]DL/T 645—1997，多功能電能表通信規(guī)約[S].

[2]江蘇省電力公司主編.電能計(jì)量裝置二次接線判讀[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.