影響電能計量裝置準確性的因素及解決方法

張丹晨 常皓

摘 要： 本文針對影響電能計量裝置準確性的內(nèi)部和外部因素，包括測量表計誤差、電壓互感器和電流互感器的合成誤差，電壓互感器二次回路壓降誤差及諧波影響等進行綜合分析，提出了幾種提高電能計量裝置準確性的措施，對供電企業(yè)的計量管理工作，維護發(fā)、供、用各方利益具有一定的指導意義。

關鍵詞： 電能計量裝置；準確性；因素；解決方法

1導言

電能計量裝置是電力系統(tǒng)中進行一切關于電能經(jīng)濟核算的核心裝置，其準確性關系到電力系統(tǒng)中發(fā)、輸、配、用各方面的經(jīng)濟利益，在電力系統(tǒng)中扮演著十分重要的角色[1]。影響計量準確性的因素眾多，其主要分為計量裝置內(nèi)部影響因素和外部影響因素。內(nèi)部因素包括測量表計誤差、測量互感器誤差和二次回路壓降誤差。同時很多來自計量裝置外部的因素如電力系統(tǒng)高次諧波也會對電能計量帶來一定影響。

2電能計量裝置內(nèi)部誤差分析

2.1電能表誤差分析

目前，電力系統(tǒng)中廣泛使用的電能表為電子式電能表。電子式電能表的工作原理是對負載電壓和負載電流采樣，然后相乘得到與負載功率成正比的模擬量或數(shù)字量，送給功率/頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為高頻脈沖，再經(jīng)過分頻器變?yōu)榈皖l脈沖，最后通過脈沖計數(shù)器計數(shù)，顯示所得到的電能[2]。

假設在一段時間T內(nèi)，采樣平均電壓和電流為U和I，功率因數(shù)為cosφ，則該段時間內(nèi)累計電能量為W=TUIcosφ，但在實際運行中，被測電壓、電流經(jīng)乘法器后，會引入一個相位偏移δ，此時電能計算公式為

（1）

電子式電能表的計量誤差為：

（2）

通常情況下，幅值誤差伴隨著相位偏移，假設實測電壓電流分別為U'、I'時有

（3）

誤差變?yōu)?/p>

（4）

令 ，則有

（5）

電子式電能表在經(jīng)過采樣電路、乘法器和轉(zhuǎn)換器后，電壓和電流在幅值和相位上均存在誤差r和δ。電子式電能表計量誤差εod隨著功率因數(shù)cosφ的減小而變大，隨電壓電流幅值變化的相對值r的升高而升高。

2.2 互感器誤差分析

電力系統(tǒng)中廣泛應用于電壓電流測量的是電磁式互感器其誤差是由鐵芯的結(jié)構和材料的性能決定的。其比差、角差與鐵芯導磁率及截面積、二次線圈的匝數(shù)的平方成反比，與磁路長度及二次線圈阻抗、二次負載成正比，并受二次負載功率因數(shù)角和鐵芯損耗角的影響。同時一些外界條件如一次電流、電源頻率、二次負載阻抗（包括接觸電阻）、鐵芯剩磁等也會對其誤差產(chǎn)生很大影響。

2.3 電壓互感器二次回路壓降誤差分析

電壓互感器二次回路阻抗和回路電流的乘積，即二次回路壓降，包括電流在電纜、端子排及其接觸電阻等上引起的電壓之和。目前PT二次壓降超標問題是一個比較普遍的問題，由于PT二次壓降的存在，致使電能計量裝置記錄的用電量少于實際用電量。電壓互感器二次壓降的測量方法一般采用直接測量法。在三相三線計量方式下，用壓降測試儀測出的電能表端電壓U'ab（或U'cb）相對于電壓互感器二次端電壓U'ab（或U'cb）的比差fab（或fcb）和角差δab（或δcb）。

三相三線電路電壓互感器二次壓降引起的計量相對誤差為

（6）

三相四線電路電壓互感器二次壓降引起的計量相對誤差為

（7）

現(xiàn)實中電壓互感器二次壓降引起的誤差可能相當大。

3電能計量準確性的其他影響因素

3.1諧波影響

諧波對電能計量裝置的正常工作造成很大影響。尤其是當今生活中非線性負荷。使用電子式電能表計量時，被測量的含有高次諧波的電壓、電流通過非線性的輸入電路和乘法器后，會使被測電壓、電流值發(fā)生畸變，從而影響電能計量的準確性，其中乘法器是產(chǎn)生計量誤差的主要部件。在不同的諧波指標下，電子式電能表產(chǎn)生的誤差不盡相同，故對其計量的準確性影響也存在差異[3]。

4提高電能計量裝置準確性的方法

4.1 提高電子式電能表準確性

電子式電能表硬件的可靠性會影響電能表的準確性。因此需要選擇可靠性高的元器件作為電能表硬件構成。同時還需要提高電子式電能表抗干擾的能力，如看門狗等電路都能將軟件抗干擾能力提高，可讓電子式電能表一端438 接口與單片機分離，A、B 兩個接口加強保護，防止出現(xiàn)工模干擾或者差模干擾。

此外，還要在電表接收鐵殼上進行外包，將其與GND 管膠連接，從而屏蔽掉電磁干擾[4]，提高電能表的計量準確性。

4.2 采用電子式互感器

電子式互感器是采用磁光、電光變換原理或由無鐵芯線圈構成的新型互感器，它包括電流（電壓）傳感器、傳輸系統(tǒng)、二次轉(zhuǎn)換器，具有模擬量輸出或數(shù)字量輸出。相對于傳統(tǒng)的電磁式互感器，電子式互感器有明顯的優(yōu)點：1）在高電壓、大電流的測量環(huán)境中，光纖或光介質(zhì)是良好的絕緣體，它可以滿足高壓工作環(huán)境下的絕緣要求；2）沒有傳統(tǒng)電流互感器二次開路產(chǎn)生高壓的危險，以及傳統(tǒng)充油電壓、電流互感器漏油、爆炸等危險；3）不會產(chǎn)生磁飽和及鐵磁共振現(xiàn)象4） 動態(tài)范圍大，能在大的動態(tài)范圍內(nèi)產(chǎn)生高線性度的響應；5）整套測量裝置結(jié)構緊湊、重量輕、體積小。因此在電力系統(tǒng)中可采用電子式互感器來提高計量的準確性。

4.3 減小電壓互感器二次導線壓降

電壓互感器的負載電流通過二次連接導線及串接點的接觸電阻時會產(chǎn)生電壓降，因此對重要電能表裝設專用的TV 二次回路，將電能表的二次回路與其他表計、繼電保護裝置等回路分開，直接由TV 二次端子單引專用電纜線至電能表，盡量縮短二次回路的長度，加大導線截面積，降低導線電阻。如雙母線供電時，電能表的電壓線必須通過隔離開關聯(lián)鎖接點時，應采用多接點并聯(lián)，以減少接點接觸電阻，專用的二次回路如果接有熔斷器，應特別注意，要裝設接觸良好的熔斷器。

4.4 減小諧波影響

對典型諧波源用戶予以高度重視，認真宣傳貫徹落實《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》（SD126-84）的第八條、第九條、第十條、第十一條、第十二條等規(guī)定，協(xié)助用戶限制和治理諧波，抑制電力系統(tǒng)中的諧波從而提高電能計量裝置的準確性。[5]

5.結(jié)束語

綜上所述，影響電能計量準確度的因素很多，若能在工作中確保計量方式合理，切實降低二次壓降，適當采用電子式計量裝置，努力解決諧波影響，將有效提高電能計量準確度，真正做到電能計量公平合理，維護發(fā)供用各方利益。

參考文獻

[1] 李靜，楊以涵.電能計量系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，37（11）：139-134.

[2] 馬曉光.電子式電能表的誤差及其調(diào)整方法[J].電氣時代，2004（3）：124-125.

[3] 邵珊.諧波對電能計量準確性影響的分析[J].電子世界，2012（22）：56-57.

[4] 陳丹英， 方杰， 王榕模等. 電能表計量性能試驗影響量試驗裝置的實現(xiàn)[J]. 質(zhì)量技術監(jiān)督研究，2012（2）：35-39.

[5] 黃玉春.電力諧波對電能計量影響的分析與探討[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009 ，37（10）：123-124，135.