電氣設(shè)備功耗值的測(cè)量方法

譚云佘慶薇何靜張麗萍王煜

（1.冀東油田油氣集輸公司；2.大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

?

電氣設(shè)備功耗值的測(cè)量方法

譚云1佘慶薇2何靜1張麗萍1王煜1

（1.冀東油田油氣集輸公司；2.大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

油田生產(chǎn)中，無論是石油地震勘探、石油測(cè)井生產(chǎn)、井下作業(yè)生產(chǎn)、采油生產(chǎn)、油氣集輸，以及其他輔助生產(chǎn)過程乃至油田各類實(shí)驗(yàn)室中都會(huì)用到大量的電氣設(shè)備。系統(tǒng)地闡明了油田中廣泛使用的電氣設(shè)備功耗值測(cè)量的3種方法，并以典型的電氣設(shè)備為例，詳細(xì)地介紹了3種測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)、原理、操作方法，以及在測(cè)量過程中應(yīng)注意的問題。同時(shí)給出了每種測(cè)量方法的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過對(duì)3種測(cè)量方法的比較，得出了結(jié)論性意見，進(jìn)而表明電氣設(shè)備功耗值測(cè)量對(duì)節(jié)能工作的指導(dǎo)意義。

電氣設(shè)備功耗值測(cè)量方法

電氣設(shè)備在油田生產(chǎn)中發(fā)揮作用的同時(shí)，也給油田生產(chǎn)的節(jié)能工作帶來了新的課題，電氣設(shè)備節(jié)能問題的核心就是功耗值，其功耗值的大小決定著電氣設(shè)備耗能的多少。所以，通過準(zhǔn)確測(cè)量電氣設(shè)備功耗值可為節(jié)能工作提供一個(gè)可靠的參考。

1　電氣設(shè)備功耗值

電氣設(shè)備的功耗值［1］，是電氣設(shè)備在電氣線路中消耗電能多少的一個(gè)指標(biāo)。絕大多數(shù)電氣設(shè)備在出廠時(shí)都標(biāo)明了功耗值的大小，但是這只是一個(gè)名義值，不是固定的，它要隨著電網(wǎng)電壓以及其他因素的變化而變化，為合理準(zhǔn)確地制定節(jié)能方案，有必要對(duì)電氣設(shè)備的功耗值進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

測(cè)量電氣設(shè)備的功耗值分成兩種情況：直流供電，此時(shí)使用萬用表的歐姆檔直接測(cè)量待測(cè)電氣設(shè)備電源輸入端的直流電阻Ri值，然后再用萬用表對(duì)其電源電壓值進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)得值為U，則被測(cè)電氣設(shè)備的功耗值就應(yīng)為 P=U2/Ri；交流供電，電氣設(shè)備的電源輸入端阻抗為電阻Ro、電抗XL、容抗XC三者的總阻抗，同時(shí)，測(cè)量功耗值時(shí)應(yīng)考慮其功率因數(shù)的大小。目前，電氣設(shè)備的供電電源絕大多數(shù)采用交流供電，測(cè)量交流供電狀態(tài)下電氣設(shè)備的功耗值又比較復(fù)雜，油田生產(chǎn)當(dāng)中使用的電氣設(shè)備大多數(shù)為交流電氣設(shè)備。

1.1儀表法測(cè)量

儀表法測(cè)量是指采用傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x表對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。將交流電流表、交流電壓表以及功率因數(shù)表（或者相位表）組合在一起對(duì)電氣設(shè)備的功耗值進(jìn)行測(cè)量。該方法顯著的特點(diǎn)就是接線簡(jiǎn)單、易于操作，只要量程選擇的合適，誤接線對(duì)測(cè)量?jī)x表一般不會(huì)造成損害。缺點(diǎn)是所用測(cè)量?jī)x表較多，測(cè)量時(shí)，必須將所有測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)值按照一定的數(shù)學(xué)公式運(yùn)算以后才能得到待測(cè)功率值，比較繁瑣，也增加了誤差因素，同時(shí)理論誤差和由接線方式所引入的誤差也比較突出。

1.2功率表法測(cè)量

功率表法測(cè)量是指采用單相功率表對(duì)電氣設(shè)備的功耗值進(jìn)行測(cè)量，該方法突出的特點(diǎn)就是所用儀表較少，并且還可以從測(cè)量?jī)x表上直接讀出被測(cè)電氣設(shè)備的功耗值，不需任何計(jì)算，減少了誤差因素，使測(cè)量結(jié)果更接近于實(shí)際值。但不足之處是，一旦將功率表的相線端接錯(cuò)，就會(huì)燒壞功率表?，F(xiàn)以測(cè)量實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)儀器DO30-8型智能化標(biāo)準(zhǔn)儀的功耗值為例，簡(jiǎn)述采用單相功率表法的測(cè)量方法，其線路原理見圖1。

在圖1中，PW為D51-W型0.5級(jí)的多量程電動(dòng)系功率表，S為電源開關(guān)。為保護(hù)功率表，接入監(jiān)視的電流表PA和電壓表PV。PA為T51-A型0.5級(jí)的多量程電磁系電流表；PV為T51-V型0.5級(jí)的多量程電磁系電壓表。具體測(cè)量時(shí)，可按如下步驟進(jìn)行：按照?qǐng)D1所示線路連接測(cè)量?jī)x表；將PV的量程開關(guān)置于300V；先將PA的量程開關(guān)置于最大電流處，然后根據(jù)被測(cè)電流的大小逐漸降低其量程，但需注意轉(zhuǎn)換PA的量程開關(guān)時(shí)，應(yīng)斷開測(cè)量電路；根據(jù)PV和PA的量程確定PW的量程；所有儀表的量程確定后，首先閉合S，PV的讀數(shù)為215.8V。將被測(cè)DO30-8的功能檔置于“交流”位置，量程開關(guān)置于“電流10A”處，打開DO30-8的總電源開關(guān)，同時(shí)接通其輸出開關(guān)，緩慢調(diào)節(jié)其輸出，并注意觀察PA的指示值，再根據(jù)其指示情況不斷變換量程。當(dāng)DO30-8的輸出在交流9A時(shí)，功率表測(cè)得的讀數(shù)為116W。

圖1　單相功率表法測(cè)量線路

圖1A適用于電源阻抗值較小的電氣設(shè)備功耗值的測(cè)量。圖1B適用于電源阻抗值較大的電氣設(shè)備，功耗值的測(cè)量應(yīng)采用功率表電壓線圈前接的形式。

功率表電流線圈中流過的電流就是流過被測(cè)電氣設(shè)備電源端的電流，而功率表電壓線圈上的電壓包含了功率表電流線圈的壓降和被測(cè)電氣設(shè)備電源端的壓降兩項(xiàng)之和。所以當(dāng)被測(cè)電氣設(shè)備電源端的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于功率表電流線圈的阻抗值時(shí)，可以認(rèn)為功率表電流線圈上的壓降相對(duì)于被測(cè)電氣設(shè)備電源端的壓降很小，可忽略不計(jì)。同樣，由于功率表電流線圈的阻抗所引起的方法誤差也可以忽略不計(jì)，從而就減少了測(cè)量誤差，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。

1.3儀器法測(cè)量

儀器法測(cè)量是采用阻抗測(cè)量?jī)x對(duì)電氣設(shè)備的功耗值進(jìn)行測(cè)量，采用儀器法測(cè)量時(shí)還需配備有測(cè)量電壓表PV和功率因數(shù)表PC（或者相位表）。該方法一個(gè)突出的特點(diǎn)是通過測(cè)量電氣設(shè)備電源輸入端的阻抗值，可以預(yù)知測(cè)量回路的電流值的大小，并可以據(jù)此直接確定測(cè)量功率因數(shù)表的電流量程，但缺點(diǎn)是操作比較繁瑣。采用阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量電氣設(shè)備功耗值的原理線路見圖2。

圖2　采用阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量線路

圖3所示測(cè)量線路中，PV和PC與圖1所用儀表一樣，S1和S2為控制開關(guān)，PZ為ZL5型0.05級(jí)的阻抗測(cè)量?jī)x。如果PZ的讀數(shù)為Z，PV的讀數(shù)為U，PC的讀數(shù)為cos?，則被測(cè)DO30-8的功耗值P為

P=（U2/Z）·cos?（1）

具體測(cè)量步驟如下：按圖3線路將所有測(cè)試儀器儀表連接好，斷開S1，閉合S2，PZ對(duì)DO30-8電源輸入端的阻抗測(cè)得阻抗值為320.1Ω；斷開S2，閉合S1，按“三表法”測(cè)量電壓值和功率因數(shù)，DO30-8在交流輸出9A時(shí)的功率因數(shù)為0.838，這時(shí)PV為215.8V，即此時(shí)電源的供電電壓為215.8V。將上述數(shù)據(jù)代式 （1），功耗值為121.9W。

此值恰好介于“三表法”測(cè)量數(shù)據(jù)和單相功率表法測(cè)量數(shù)據(jù)之間，其原因是采用阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量功耗值時(shí)，所用儀表的數(shù)量也介于上述兩種測(cè)量方法之間，所以測(cè)量結(jié)果中包含測(cè)量?jī)x表自身功耗值的大小也自然介于上述兩種測(cè)量方法之間。

采用單相功率表法測(cè)量結(jié)果更接近于實(shí)際值，其方法較直觀，所用儀表較少。同時(shí)，測(cè)量方法和測(cè)量原理所引入的誤差也較小，進(jìn)而提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。該方法將功率表?yè)Q成準(zhǔn)確度等級(jí)較高的數(shù)字功率表，其測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)進(jìn)一步提高。但是使用指示儀表測(cè)量時(shí)，一定要使其讀數(shù)值在其滿刻度量程的2/3～1，以確保其測(cè)量準(zhǔn)確度。

2　結(jié)語(yǔ)

選擇合適的測(cè)量方法準(zhǔn)確測(cè)量電氣設(shè)備的功耗值，對(duì)節(jié)能方案的制定非常重要，同時(shí)，電氣設(shè)備功耗值的測(cè)量對(duì)節(jié)能工作具有很重要的指導(dǎo)意義。

另外，油田電氣設(shè)備節(jié)能是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工作，它不僅依賴于技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用，而且還要依賴于科學(xué)化的管理，通過全員參與，宣傳節(jié)能知識(shí)，提高節(jié)能意識(shí)，確保油田節(jié)能工作達(dá)到預(yù)期的效果。

［1］李佳榮.電氣設(shè)備功耗值測(cè)量方法［J］.電世界，2002（2）：44-45.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.013

2015-06-30）

譚云，工程師，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)（電子信息工程），從事電氣設(shè)備及自動(dòng)化儀表管理工作，E-mail: tanyun158@sina.com，地址：河北省唐山市曹妃甸區(qū)新城大街冀東油田東辦公樓101收發(fā)室，063200。