電能計量誤差分析及表計故障處理策略

摘 要：電能計量是電網(wǎng)公司日常工作的重要工作內(nèi)容， 計量的準(zhǔn)確性日益受到人們的關(guān)注。引起計量誤差的原因很多，但計量裝置的誤差是計量誤差的重要原因之一。如何在減小誤差，進(jìn)行準(zhǔn)確的計量，是計量人員急需解決的重要課題。

關(guān)鍵詞：電能計量；誤差分析；處理策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.194

0 引言

電能計量是電網(wǎng)公司與發(fā)電企業(yè)之間、電網(wǎng)公司與客戶之間，以及發(fā)電企業(yè)與客戶之間進(jìn)行電能核準(zhǔn)與結(jié)算的重要依據(jù)。

由于各種原因造成的電能計量誤差，嚴(yán)重影響了電力部門與用電客戶之間的關(guān)系，造成了不好的社會影響，客戶期待計量裝置能夠科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的進(jìn)行電能計量。因此對電能計量裝置的誤差進(jìn)行分析、控制和處理顯得十分必要，盡力滿足雙方的要求。本文在分析電能計量裝置誤差形成原因的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作現(xiàn)場的實際情況，提出解決電能計量裝置誤差的技術(shù)措施。

1 電能計量準(zhǔn)確化的重要意義

隨著我國電力改革方案的順利推進(jìn)，發(fā)電公司和電網(wǎng)公司需要進(jìn)行電量結(jié)算，關(guān)口電能計量裝置的準(zhǔn)確性成為雙方關(guān)注的焦點，電能計量是否精確，將直接影響到電力企業(yè)彼此之間的經(jīng)濟(jì)效益。同時，各供電公司與用電客戶之間也必須進(jìn)行電量結(jié)算，特別是大的用電企業(yè)，電費成為了企業(yè)產(chǎn)品成本的重要組成部分，因此，提高電能計量的準(zhǔn)確性和計費的合理性，無論是對發(fā)電公司、電網(wǎng)公司、用戶都是非常重要的。各電力企業(yè)和用戶之間的電能計量和計費，不僅屬于經(jīng)濟(jì)問題，其中也涉及技術(shù)方面的問題。

2 計量裝置對電能計量的影響

2.1 電能表的誤差分析

目前，在電力系統(tǒng)使用較多的電能表有多種，根據(jù)原理不同，可分為感應(yīng)式（機(jī)械式）和電子式兩種，而這兩種電能表的計量誤差主要由電能表本身結(jié)構(gòu)和功能原因引起的誤差，以及運行環(huán)境所引起的誤差，對于電能表本身的誤差而言，感應(yīng)式電能表相對比較明顯，而且隨著時間的推移，其誤差有增大的趨勢，故電子式電能表慢慢代替了感應(yīng)式電能表。

電能表的誤差按其產(chǎn)生的原因可分為基本誤差和附加誤差?；菊`差是由于電能表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料或測量原理缺陷引起的，附加誤差的主要原因有：電壓、頻率、環(huán)境溫度的變化，電壓波形畸變的影響，運行不穩(wěn)定，相序的改變，三相電壓不對稱，負(fù)載不平衡等。

感應(yīng)式電能表的基本誤差與負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)有關(guān)，對于任何一個已經(jīng)安裝使用的電能表，一定是經(jīng)過檢驗并且合格的，它的基本誤差經(jīng)過出廠檢驗或檢定機(jī)構(gòu)調(diào)校后均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而保證電能表誤差在合理的范圍之內(nèi)。

然而，在確定電能表基本誤差時，改變的往往只是負(fù)荷電流和功率因數(shù)，而其他條件只允許在一個很小的范圍內(nèi)變化，并且這個范圍在電能表技術(shù)條件中明確規(guī)定，即確定電能表基本誤差的外部條件。事實上，電能表在實際使用中所處的外部條件通常會與技術(shù)條件規(guī)定不同。例如，城市使用的交流電頻率經(jīng)常會偏離額定頻率，電能表安裝場所的環(huán)境溫度和電網(wǎng)電壓都可能會發(fā)生變化，且變化的幅度和范圍會非常大，這些外部條件的改變會使電能表的誤差改變，則這個改變的量就叫做電能表的附加誤差。

2.2 互感器的綜合誤差

由于互感器本身結(jié)構(gòu)的原因，在其正常工作過程中往往會出現(xiàn)偏差，這就可能出現(xiàn)互感器二次側(cè)實際值與互感器銘牌上標(biāo)示變比一次側(cè)的真實值不一致，而且其相位也有一定的偏移，多種誤差合在一起用表示，即互感器的綜合誤差值，

則有 ：

（1）

式中 ： K1為電流互感器額定變比； Ku為電壓互感器額定變比； P1為一次側(cè)功率真實值 ；P2為二次側(cè)功率測量值。

對于單相線路而言， 當(dāng)接有電流和電壓互感器時，其互感器的合成誤差可以用下式表示 ：

（2）

（2）式中 ：為電壓互感器比差； 為電流互感器比差；為電流互感器角差；為電壓互感器角差； 為功率因數(shù)角。

2.3 二次回路因為壓降的原因引起的誤差

一般說來，二次回路壓降引起的比差和角差可以看成電壓互感器的比差和角差， 但二次回路壓降引起的誤差穩(wěn)定性比電壓互感器的誤差穩(wěn)定性要低。另外由于安裝在變電站或者電廠的互感器和安裝在控制屏上的電能表之間的二次導(dǎo)線往往有走向復(fù)雜、距離較長的特點，這會導(dǎo)致電壓互感器的二次側(cè)電壓與二次回路上電能表端子之間的電壓有誤差，從而使電壓幅值降低和相位發(fā)生變化，最終形成壓降誤差，也就是因為壓降的原因引起的誤差。

3 諧波對電能計量帶來的誤差

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種非線性負(fù)荷的電力電子設(shè)備被廣泛地應(yīng)用到了電力系統(tǒng)中，如各種UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等，由此也導(dǎo)致了系統(tǒng)中大量諧波的出現(xiàn)。這些諧波會影響電能表的準(zhǔn)確性，致使用戶的功率因數(shù)降低，而且對其它設(shè)備元件也產(chǎn)生了危害。諧波是電力系統(tǒng)中的一種能量污染，會導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱而產(chǎn)生故障、電力保護(hù)誤動作、電腦通訊設(shè)備受干擾等等，其危害很大。

3.1 諧波產(chǎn)生的主要原因

諧波產(chǎn)生的原因多，過去電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)使用較少，變壓器是是諧波產(chǎn)生的主要原因，諧波源的量值較小。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其他各類電力電子設(shè)備逐漸替代了變壓器成為了諧波產(chǎn)生的主要原因。由于電力電子技術(shù)通常是以整流二極管作為其整流器件，實現(xiàn)交流電和直流電之間的轉(zhuǎn)換，所以，電子電力技術(shù)中使用最廣泛的轉(zhuǎn)化形式就是 AC/DC轉(zhuǎn)換。在通常情況下，在選擇電力電子設(shè)備時，通常優(yōu)先選擇大電容器和橋式整流器濾波作為AC/DC 轉(zhuǎn)換器。通過實驗得知，大容量濾波電容器對二極管導(dǎo)通角的影響較小，當(dāng)交流電壓達(dá)到正弦波的波峰時，二極管能夠開始導(dǎo)通，這就電流波形發(fā)生了變形的根本原因，有些情況下三次諧波會超過基波，并表現(xiàn)為窄尖峰脈沖形式， 因而線路功率因素通常會比較低。

3.2 電能計量受電力系統(tǒng)諧波的影響

（1）如果是全電子式的電能表，如現(xiàn)在廣泛使用的智能表，表計在工作時， 其中央處理器能夠?qū)⒉杉降碾妷弘娏餍盘柕乃矔r值進(jìn)行計算。從理論分析的角度來看，CPU的這種處理方式對記錄的電量、電力系統(tǒng)諧波總的平均功率耗用值和負(fù)載基波記錄是準(zhǔn)確的，但在真實的環(huán)境下，由于受到諧波電流的干擾，當(dāng)該電流從負(fù)載流向電網(wǎng)時，此時全電子式電能表需要加總諧波有功電能和基波有功兩部分電能，那么此時記錄的電能值將會小于負(fù)載實際消耗的基波電能，從而造成誤差，這也是全電子式電能表在受諧波影響時的最大缺陷。不僅如此，全電子式電能表也會會受到其他因素的影響而出現(xiàn)計量上的誤差，包括計量電能的計算方法、電流電壓變換組件的影響等因素，以及系統(tǒng)頻率、電壓電流、溫度等外界因素，都會對高次諧波產(chǎn)生直接的影響，從而影響計量的準(zhǔn)確性。

（2）對于電磁式感應(yīng)電能表，是以采集基波信號為基礎(chǔ)設(shè)計的。如果在電能表工作過程中電流電壓的基波和高次諧波分量同時存在，則電能表的功能元件旋轉(zhuǎn)圓盤阻抗和電壓線圈的阻抗會出現(xiàn)一定的變化，工作電壓磁通和電流磁通的隨之發(fā)生改變，電磁轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動力也會變化，電能表的計量誤差隨之產(chǎn)生。除此之外，由于基波與諧波的相互疊加，波形也會發(fā)生一定程度的畸變，由于電流線圈和電壓的鐵心不是線性元件，因此波形的改變無法讓磁通發(fā)生線性改變。根據(jù)電路計算的有關(guān)理論可知，平均功率是根據(jù)相同頻率的電流和電壓作為條件進(jìn)行計算的，因此，諧波對電磁感應(yīng)式電能表同樣存在影響。

4 電能準(zhǔn)確計量的典型故障處理策略

在通常的分類方法中，電能計量裝置主要由電能計量表計、互感器、二次接線等幾部分組成， 因此電能計量裝置的綜合誤差也相應(yīng)由這幾部分誤差組成。在實際工作中，綜合誤差在數(shù)值上等于互感器合成誤差和電能計量表計誤差、電壓互感器二次回路壓降引起的誤差三者之和，具體如下式 ：

（3）

式（3）中為電壓互感器二次回路壓降引起的誤差（%），為電能計量表計的相對誤差（%）， 為互感器的合成誤差（%）。

4.1 互感器配置不合理造成的影響

4.1.1 計量用電流互感器的準(zhǔn)確度等級選用不達(dá)標(biāo)

（1）選用電流互感器不滿足有關(guān)計量規(guī)程的要求。在互感器安裝使用前，應(yīng)對計量用的電流互感器嚴(yán)格按照0.2S電流互感器的誤差檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，如果誤差檢測結(jié)果滿足0.2S級誤差的計量要求， 其準(zhǔn)確度等級可以看成“同 0.2S 級 ”。

（2）在實際工作中，經(jīng)過檢驗達(dá)不到 0.2S 級誤差要求的電流互感器 ， 而且裝互感器的計量點是結(jié)算點，該線路月平均負(fù)荷比較小 （如< 20% In）， 那么建議在適當(dāng)時機(jī)對互感器進(jìn)行更換；其他互感器的只要能滿足0.2級誤差要求就可以保留，暫不進(jìn)行更換。

（3）對新建工程做供電方案的時候，設(shè)計人員要嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范的要求，準(zhǔn)確計算，嚴(yán)把設(shè)計選型關(guān)，不要出現(xiàn)誤差誤差超標(biāo)的情況。

4.2 計量用互感器未采用專用繞組的情況

（1）在現(xiàn)場，有時為了工作方便，常常有測控、保護(hù)、遠(yuǎn)動等設(shè)備與計量共用一個繞組的情況，這雖然減少了互感器的數(shù)量，但也為準(zhǔn)確計量留下了隱患，如果有這種情況建議采用如下措施：

1）設(shè)專用計量互感器，或從電壓互感器落地端子箱到電能表屏鋪設(shè)專用計量電壓回路，以盡量減少計量二次回路電流的大小，從而降低 PT 二次壓降。

2）在PT落地端子箱處加裝空氣開關(guān)，以減少計量裝置現(xiàn)場校驗對其他回路的影響。

（2） 對新建或擴(kuò)建工程，做供電方案設(shè)計時就盡量采用計量專用的的電流、電壓繞組。

4.3 互感器二次負(fù)荷偏小的情況

（1）互感器的實際負(fù)荷應(yīng)該與設(shè)計選型相符，但是實際使用中，常常發(fā)現(xiàn)互感器的額定二次負(fù)荷大于實際負(fù)荷太多。這就要求在工程設(shè)計階段， 一定要嚴(yán)格按照設(shè)計方案進(jìn)行選型，余量不能留太大。

（2）如果互感器實際二次負(fù)荷偏小，會嚴(yán)重影響互感器的精度， 如果出現(xiàn)這種問題，可以對計量中使用的電壓互感器進(jìn)行二次負(fù)荷改造，如更換互感器、調(diào)整互感器誤差曲線、調(diào)低額定二次負(fù)荷等等。

4.4 電壓互感器二次壓降超差的情況分析

（1）造成電壓互感器超差的因素很多，主要有： 1）電壓互感器二次回路導(dǎo)線長且截面積小，導(dǎo)致阻抗增大；2）如果二次回路接入的設(shè)備多，則二次回路電流就會增大，二次壓降就會變大；3）長期運行二次壓降隨著接觸電阻的增大而增大；4）由于互感器二次回路存在多點接地，造成電能表側(cè)中性點電位偏移，導(dǎo)致二次壓降測量值偏大?？傊懊嫒齻€原因可以通過增大有效導(dǎo)線截面積和減少回路阻抗來解決；但中性點電位偏移常常被所忽視，但是實際測量中發(fā)現(xiàn)這一點對PT二次壓降影響極大。所以，應(yīng)根據(jù)實際情況分析互感器超差原因， 制定切實可行的措施減小誤差。

4.5 電表故障分析處理策略

當(dāng)前，電能表停止計量（停走）的原因很多，通過信息采集系統(tǒng)檢索出來的數(shù)量也多，根據(jù)實際情況很難判斷，我們主要關(guān)心的是，電表原來是計量的，突然不再計量，它的原因在哪里。由于信息采集系統(tǒng)的廣泛使用，可以借助該系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的篩查。

建議采取以下策略：

（1）建立停走電表的記錄，以月為單位，分月初和月末，分別為起點和終點，如果電表整月都不走，則形成歷史月記錄。

（2）檢索當(dāng)前月停走的電表，以當(dāng)月1號到當(dāng)前日為跨度形成當(dāng)月停走電表。

（3）將當(dāng)月停走電表與任何一個歷史月記錄比較，若當(dāng)月停走電表也存在于歷史月記錄中，則認(rèn)為正常，不顯示。若當(dāng)月停走電表不在歷史月中，則認(rèn)為是當(dāng)月停走，屬于異常，顯示到分析結(jié)果中，這樣，分析結(jié)果的記錄將大為減少，將對這部分顯示的記錄進(jìn)行重點分析。

（4）如果一塊電表一直未走，且沒有讀數(shù)，則可單獨顯示出來。

通過以上的逐步篩查，能大大縮短尋找當(dāng)月停止計量的表計的時間，通過現(xiàn)場核查，一般能順利解決該類計量故障。

5 結(jié)論

導(dǎo)致電能計量誤差的原因很多，其中諧波和電能計量裝置誤差是其主要的原因之一，因此必須對造成誤差的根源進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)分析，才能找到真實的原因。隨著信息采集技術(shù)的全面推廣，利用電能信息采集系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析是一種新的技術(shù)手段，特別是電能表停走這種現(xiàn)象，運用系統(tǒng)進(jìn)行初步篩查，縮小了故障范圍，在現(xiàn)實的工作中具有一定的實際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王榕，周華健，模淺析電能表的計量誤差及其調(diào)整[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（03）.

[2]石蓉，柯靜.電力計量裝置異常原因及監(jiān)測探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（09）.

[3]周繼松，王寶林.淺析電能計量裝置綜合誤差計算方法及措施 [J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（21）.

[4] 秦軍，潘曉君.對電能計量裝置改造的技術(shù)措施[J].電測與儀表，2007（01）.

[5]敖卓岑.電力計量裝置異常原因分析及監(jiān)測探討[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報：自然科學(xué)版，2012（09）.

[6]B.Howard.Spatial distribution of urban building energy consumption by end use.[J].Energy & Buildings，2011（45）.

2015年湖南省教育廳科學(xué)研究項目，一般項目一覽表序號：5

作者簡介：杜宗林，男，四川廣安人，研究生，講師，從事電能計量教學(xué)工作。