三相三線接線方式的編碼及優(yōu)化識(shí)別

黃世回

(深圳普祿科智能檢測(cè)設(shè)備有限公司，深圳 518067)

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三相三線接線方式的編碼及優(yōu)化識(shí)別

黃世回

(深圳普祿科智能檢測(cè)設(shè)備有限公司，深圳 518067)

針對(duì)三相三線兩元件電能表的接線識(shí)別問(wèn)題，詳細(xì)介紹了不同接線方式的編碼方法，根據(jù)矢量圖，提出了采用線電壓線電流矢量間的逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)角作為判斷量，提高識(shí)別效率，優(yōu)化了接線的三層識(shí)別算法。同時(shí)給出所能識(shí)別的不同接線方式的功率補(bǔ)償系數(shù)。該算法適用于便攜式用電檢查儀的三相三線電能表接線的快速識(shí)別。

三相三線；接線方式；編碼；接線識(shí)別；功率補(bǔ)償系數(shù)；用電檢查

0 引言

電力計(jì)量系統(tǒng)中，受有意或者無(wú)意的錯(cuò)誤接線，使電能表的計(jì)量出現(xiàn)異常，造成用電計(jì)價(jià)損失，給正常用電秩序帶來(lái)麻煩。準(zhǔn)確方便的接線判斷和錯(cuò)誤接線后的功率補(bǔ)償校正是電力稽查人員所期望的，也是相關(guān)儀器研發(fā)人員研究的課題。算法研究和工程實(shí)踐表明，三相三線的接線識(shí)別反而較三相四線的復(fù)雜得多，純粹的向量圖法，受到部分使用者空間思維能力的限制，顯得不是很方便[1-2]。本文給出三相三線兩元件制式的電能表經(jīng)常出現(xiàn)接線方式的總結(jié)[3-5]，并研究出對(duì)應(yīng)編碼和基于順時(shí)針相量角的三步驟接線識(shí)別優(yōu)化算法，減少了中間判斷次數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別優(yōu)化，也較容易程序?qū)崿F(xiàn)。本算法可以應(yīng)用于便攜式電能表接線校驗(yàn)儀器或作為相關(guān)電力工程人員參考。

1 三相三線的可能接線方式

三相三線用電檢查儀的接線端子有UA，UB，UC電壓端子和電流互感器端子IA，IC。其中IA，IC各有兩端子表示電流互感器的電流進(jìn)出方向的(“+”為流入，“-”為流出)。這里規(guī)定,不論實(shí)際接入是哪一相電壓電流，端子UA，UB之間，UC，UB之間采樣線電壓用UAB，UCB表示，電流端子上的采樣電流用IA，IC表示。對(duì)應(yīng)三相三線電能表第一元件接入U(xiǎn)AB，IA，第二元件接入U(xiǎn)CB，IC。實(shí)際相電壓和電流用Uab，Ucb，Ia，Ic表示。對(duì)應(yīng)用電檢查儀端子接線示意圖如圖1所示。

三相電壓相序排列組合，分別為ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA共六種。其中ABC、BCA、CAB為正相序，另外三種為負(fù)序。電流端接入電流的組合考慮到方向，共有8種組合，分別是(Ia，Ic)、(Ia，-Ic)、(-Ia，Ic)、(-Ia，-Ic)、(Ic，Ia)、(Ic，-Ia)、(-Ic，Ia)、(-Ic，-Ia)。這里負(fù)號(hào)表示電流反向。按照乘法原理，6種電壓相序?qū)?yīng)8種電流接入方式總共48種接線方式。其中規(guī)定正序(ABC，Ia，Ic)是正確接法，即實(shí)際相電壓和電流為Uab，Ucb，Ia，Ic。

2 三項(xiàng)三線接線方式的編碼與識(shí)別

在對(duì)稱(chēng)三相電路系統(tǒng)中，相電壓相電流的功率因素角為φ，其相位圖如圖2所示。本文總結(jié)48種接線方式和功率補(bǔ)償系數(shù)，以表格方式例舉出來(lái)，對(duì)其編碼一方面是為了用數(shù)字符號(hào)表現(xiàn)其規(guī)律性，另一方面通過(guò)將編碼換算成序號(hào)，以適合實(shí)際工程中的查表或者軟件編寫(xiě)。

圖2 三相對(duì)稱(chēng)電路矢量圖

2.1 48種接線方式的編碼

總的編碼格式：[3位電壓相序碼][4位電流碼]；電流碼可以拆分成2位順序碼和2位方向碼，總的編碼格式可以改寫(xiě)如下：

[3位電壓相序碼][2位電流順序碼 2位電流方向碼]；電壓相序編碼：ABC(000),ACB(001),BAC(010),BCA(011),CAB(100),CBA(101);電流順序碼：(Ia，Ic)為(00)，(Ic，Ia)為(01)；電流方向碼：正向?yàn)?，反向?yàn)?。4位電流碼如表1所示。

表1 8種電流編碼

例如電能表接線為(B,C,A,Ic,-Ia)時(shí)，編碼為：[011][0101]。本文把48種接線歸納一個(gè)表格，每一種都有一個(gè)十進(jìn)制序列號(hào)n(n=1,2,3, …48)，根據(jù)編碼換算成序列號(hào)按如下定義公式計(jì)算：

n=D電壓碼×8+D電流碼+1

(1)

其中，D電壓碼、D電流碼表示對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制。

上例接線順序(B,C,A,Ic,-Ia)的編碼[011][0101]對(duì)應(yīng)序號(hào)：n=3×8+5+1=30 。即第30種接線狀態(tài)。

2.2 接線的三步識(shí)別優(yōu)化算法

根據(jù)研究，至少經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟(三層)能完全確定接線方式[3]，但是，如果約束條件不同，造成每一步后，出現(xiàn)可能情況不一樣。根據(jù)對(duì)稱(chēng)三相電路的電壓電流矢量圖，相電壓相電流的功率因素角為φ，本文運(yùn)用矢量間逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)角度，比用矢量的夾角更加有區(qū)分度，減少了每一步后可能出現(xiàn)的情況。線電壓向量到電流向量之間逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)角，如表2所示。電流向量之間的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾角如表3所示。

接線識(shí)別步驟：

1)以端口UAB線電壓向量到IA電流向量之間逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)角arg(UAB/IA)為第一層判斷依據(jù)，得出可能6種角度之一。這6種角度分別是30°-φ，330°-φ，90°-φ，270°-φ，150°-φ，210°-φ。表4給出了容性或者感性情況下，以上6個(gè)角度的取值范圍。

表2 線電壓到電流的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角

表3 電流向量之間逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角

表4 容性或者感性情況下arg(UAB/IA)范圍

每個(gè)角度根據(jù)表2，可以得出可能的4種不同的電壓相序與對(duì)應(yīng)IA口接入的電流組合。對(duì)于確定了的IA，這時(shí)IC口電流只有兩種方向可能情況。

2)以電流向量間的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度arg(IC/IA)為第二層判斷依據(jù)，參照表3，確定IC口可能出現(xiàn)的接入電流情況。這時(shí)，每個(gè)角度有兩種可能接線狀態(tài)。這樣可以判斷出只有2種電壓相序和對(duì)應(yīng)電流接線組合。

3)以角度arg(UA/IA)為第三層判斷依據(jù)，直接就可以從第2)步判斷出的2種結(jié)果中得出唯一的判斷結(jié)果。

以arg(UAB/IA)=30°-φ為例，介紹三層判斷流程，如圖3所示。

圖3 arg(UAB/IA)=30°-φ三層判斷流程圖

在已知負(fù)載電路是感性或者容性的情況下，根據(jù)測(cè)得arg(UAB/IA)的值對(duì)應(yīng)落在[-30°,0)∪(0,30°)感性區(qū)間或者[30°,90°)容性區(qū)間或功率因素為1時(shí)的30°。第一層判斷arg(UAB/IA)=30°-φ時(shí)有四組結(jié)果；根據(jù)第二層判斷，假如測(cè)量的arg(IA/IC)=120°，則可以確定接線順序?yàn)?ACB,Ia,Ic)或( CAB,-Ia,-Ic)兩組；根據(jù)第三層arg(UA/IA)=arg(Ua/Ia)=360°-φ，唯一確定接線順序?yàn)?ACB,Ia,Ic)的情況；arg(UA/IA)=arg(Uc/-Ia)=60°-φ，唯一確定接線順序?yàn)?CAB,-Ia,-Ic)的情況。

3 48種接線法功率補(bǔ)償系數(shù)

三相三線兩元件電能表計(jì)算有功功率公式：

(2)

錯(cuò)誤接線，造成了電能表計(jì)數(shù)出現(xiàn)異常，從而計(jì)算電費(fèi)出現(xiàn)錯(cuò)誤。這里引入功率補(bǔ)償系數(shù)，是指正確接線時(shí)的功率P與第n種接線計(jì)算的功率Pn之間比值。如下定義式[6]：

kn=P/Pn

(3)

其中，下標(biāo)n是指第n(1,2, …48)種接法，根據(jù)表2可以計(jì)算出每種接線功率。

P=UabIacos(30°+φ)+UcbIccos(30°-φ)

k1=P/P1=1；

=UabIacos(30°+φ)+UcbIccos(150°+φ)

=UIsinφ，

=UabIccos(90°-φ)+UcbIacos(90°+φ)

=2UIcos90°-sinφ=0，

這時(shí)，k5無(wú)法確定。

有這樣一個(gè)規(guī)律，接法(ABC,Ia,Ic)的功率與接法(CBA,Ic,Ia)的功率相同，補(bǔ)償系數(shù)用編碼表示為：k([000][0000])=k([101][0100])，即k1=k45=1，以此類(lèi)推知道接法為(ABC,Ia,-Ic)的k值，就可以推出接法為(CBA,-Ic,Ia)的k值，編碼表示為：k([000][0001])=k([101][0110])，即k2=k47。這里只給出前24種接法的表格，如表5所示。

表5 前24種接法功率補(bǔ)償系數(shù)

4 結(jié)束語(yǔ)

三相三線的兩元件電能表接線識(shí)別，矢量之間運(yùn)用電壓到電流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角代替標(biāo)量夾角，有效提高了接線識(shí)別效率和速度。不需要確切功率因數(shù)角度，只要知道感性或容性負(fù)載電路情況，該識(shí)別算法使用限定范圍在-60°～60°功率因數(shù)角區(qū)間。如果確切知道電路功率因素角大小，那么本方法更加具有快速性和實(shí)用性。對(duì)三相三線不同接線方法進(jìn)行編碼，一方面表現(xiàn)出接線的規(guī)律性，另一方面也給軟件的開(kāi)發(fā)提供一種方便運(yùn)算方法，同時(shí)功率補(bǔ)償系數(shù)確定，給錯(cuò)誤接線造成的計(jì)費(fèi)損失提供換算依據(jù)。

[1] 陳霄，周玉，范潔等.新型三相三線電能表錯(cuò)接線快速判別方法研究[J].電測(cè)與儀表，2014(13)

[2] 童莉.三相三線電能變錯(cuò)誤接線判斷向量圖應(yīng)用方法的改進(jìn)[J].電力與能源，2011(1)

[3] 申靜，王昊，班福厚，等. 三相三線電能表常見(jiàn)接線模式的智能化識(shí)別[J].山西電力，2008(A01)

[4] 朱嘉倫.三相三線電能表幾種典型錯(cuò)誤接線的分析及類(lèi)比[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010，37(10)

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.07