淺談逆相序?qū)θ嘤泄﹄娔苡?jì)量的影響

朱 迪

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力用戶數(shù)量與用電量隨之增加，計(jì)量的準(zhǔn)確性不僅影響了電力企業(yè)的形象，而且與企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益息息相關(guān)。在電網(wǎng)運(yùn)行中，由于局部地區(qū)大面積改造、切換線路、裝表接電等，因此三相電能表接線出現(xiàn)逆相序。對(duì)于三相供電線路來(lái)說(shuō)，逆相序運(yùn)行對(duì)單相設(shè)備來(lái)說(shuō)沒(méi)有明顯的影響，但是對(duì)三相設(shè)備來(lái)說(shuō)，通過(guò)正相序接線可以提高設(shè)備運(yùn)行效率，如果是逆相序，會(huì)影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確度，應(yīng)該采取有效的措施進(jìn)行優(yōu)化和改善。

1 逆相序的定義

當(dāng)前，國(guó)家對(duì)電力行業(yè)給予了高度的重視，電網(wǎng)改造工作也不斷深入，在電能表計(jì)量管理方面也更加嚴(yán)格。在計(jì)量過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)誤差。究其原因，主要是電能表在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了故障，在電網(wǎng)改造過(guò)程中工作人員如果操作不認(rèn)真或者忽視正逆相序等，很容易因接線不當(dāng)導(dǎo)致計(jì)量誤差產(chǎn)生，出現(xiàn)逆相序。通常情況下，當(dāng)前應(yīng)用三相交流電按照電壓相位的次序可以分為A、B、C 3 種，依次用黃、綠、紅三種顏色標(biāo)記。A 相超前B 相120°，B 相超前C 相120°，C 相超前A 相120°。按照以上順序，以ABC、BCA 和CAB 3 種為正相序，以ACB、BAC 和CBA 為逆相序。在日常應(yīng)用中，可采用核相器等設(shè)備對(duì)三相間的角度進(jìn)行分析，使電源的相序得以確定[1]。

2 逆相序?qū)﹄娔鼙碛?jì)量準(zhǔn)確度的影響

當(dāng)前，計(jì)量電能表主要分為三元件和二元件2 種。根據(jù)計(jì)量原理的不同，分別對(duì)逆相序?qū)﹄娔鼙碛?jì)量準(zhǔn)確度的影響進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)三元電能表影響

在工作原理方面，三元電能表不但涉及相同類型有功電表原理，還涉及跨相90°無(wú)功電表原理。跨相90°型電表接線中，元件一為A 相電流與UBC電壓，元件二為B 相電流與UCA電壓，元件三為C 相電流與UAB電壓。某元件流過(guò)哪相電流，電壓便取剩余兩相，也就是“跨相”，且電壓中超前相接電壓線圈的首端。有功功率為三相子功率之和，而每項(xiàng)子功率的數(shù)值均為電流、電壓以及相應(yīng)cosθ 的乘積。可見(jiàn)，計(jì)算值單純與3 個(gè)電路系數(shù)相關(guān)，與三相相序之間無(wú)關(guān)聯(lián)，因此即便利用逆相序，也不會(huì)對(duì)三元件電表功率計(jì)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生不良影響。三元無(wú)功電表的連接方式為：選擇某個(gè)元件中帶有電流的一相，電壓取剩余兩相，這便是三元“跨相”。值得強(qiáng)調(diào)的是，元件電壓中超前相應(yīng)與電壓線圈的前端相連；當(dāng)電表以正相序連接時(shí)，三元無(wú)功功率便是任意一相電壓和與之相關(guān)的cos（90°-θ）的乘積；當(dāng)電表以逆相序連接時(shí)，三元無(wú)功功率便是一相電壓和與之相關(guān)的cos（90°+θ）的乘積?？傊谌獰o(wú)功計(jì)算時(shí)，正相與逆相的計(jì)算結(jié)果相同，只在方向上有所區(qū)別而已，可見(jiàn)三元電表計(jì)量準(zhǔn)確性不會(huì)因?yàn)槟嫦嘈蚨艿接绊?。在?shí)際測(cè)量中，電力企業(yè)可將正相與逆相絕對(duì)值相加，便可計(jì)算出用戶當(dāng)月的用電功率[2]。

2.2 對(duì)二元電能表影響

該設(shè)備的工作原理與三元較為相似，不但涉及相同類型有功電表原理，還包括內(nèi)相角60°的無(wú)功電表原理。眾所周知，正相序二元電表有功功率計(jì)量方式為電流經(jīng)過(guò)一相電流、電壓相關(guān)余弦值的乘積。逆相序接線的二元電表計(jì)量有功功率分別為一相電流值、二元電壓值、相關(guān)余弦值乘積。當(dāng)前，我國(guó)大部分地區(qū)10 kV 配電網(wǎng)能夠確保三相電路對(duì)稱，在低壓配電網(wǎng)中，二元電表的正相、逆相序有功功率均為兩相電壓相加之和，也就是電流、電壓與余弦值的乘積。可見(jiàn)，在此類有功電表中計(jì)量與相序的方向沒(méi)有較大關(guān)聯(lián)。對(duì)于內(nèi)向角60°型來(lái)說(shuō)，假設(shè)三相為ABC，其中A 相與元件一相連，電壓為Ubc，C 相與元件二相連，電壓設(shè)置為Uac。為了便于理論分析，可做出以下假設(shè)：當(dāng)無(wú)功電表為正相序，A 段電壓相位超過(guò)B 段Ub120°，B 端相位超過(guò)C 端120°；當(dāng)無(wú)功電表為逆相序時(shí)，A～C 3 端的電壓相位依次滯后120°；無(wú)論無(wú)功電表為正相還是逆相，所有相位均依次滯后60°。磁路損耗角不跟隨線路位置而改變，均為0。其中，當(dāng)電表為正相序時(shí)，元件驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算公式為：2 個(gè)無(wú)功功率驅(qū)動(dòng)力矩的和。總驅(qū)動(dòng)力矩在電路中對(duì)稱分布，當(dāng)結(jié)構(gòu)相同時(shí)，同樣是2 個(gè)無(wú)功力矩之和。當(dāng)電表利用逆相序接線時(shí)，兩元件結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，電表驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)單獨(dú)計(jì)算，也就是相關(guān)正弦值、K 值的乘積。當(dāng)元件結(jié)構(gòu)相同時(shí)，假設(shè)K 值相同，無(wú)功電表總驅(qū)動(dòng)力矩為兩元件力矩之和。

此類電能表在逆相序計(jì)量中，與正相序相比可大、可小、可相等，上述因素均與電壓、電流夾角相關(guān)。因此，在日常工作中應(yīng)對(duì)逆相序問(wèn)題給予高度重視。在局部地區(qū)電網(wǎng)中，阻感負(fù)載的指標(biāo)為0.5。據(jù)調(diào)查，當(dāng)出現(xiàn)大于0.5 的用電功率狀況時(shí)，無(wú)功電表便會(huì)加速旋轉(zhuǎn)。根據(jù)新下發(fā)的電費(fèi)征收文件可知，在實(shí)際操作中便會(huì)存儲(chǔ)更多無(wú)功電量，多收取用戶電費(fèi)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，將多收取的電費(fèi)退還給用戶。當(dāng)功率因數(shù)不超過(guò)0.5 時(shí)，電表運(yùn)轉(zhuǎn)速度變慢，根據(jù)實(shí)際電量值少收取電費(fèi)，在說(shuō)明情況后，根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)收電費(fèi)差價(jià)。根據(jù)上述分析可知，此類設(shè)備在計(jì)量過(guò)程中可能受到正逆相的影響。在無(wú)功電表計(jì)量中，逆相序接線方式可能會(huì)超過(guò)或者低于正相許的計(jì)量。因此，在日常工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)二元無(wú)功電表接線方式的重視，在收繳電費(fèi)時(shí)加強(qiáng)與用戶溝通，使用戶明確電費(fèi)的收取標(biāo)準(zhǔn)。在條件允許的情況下，還可以在征得用戶許可后，對(duì)無(wú)功電表的接線方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其變成正相序，使電表計(jì)量更加精準(zhǔn)，也為后續(xù)工作開(kāi)展提供更多便利。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)100 kVA 以上的非居民用戶，其電費(fèi)構(gòu)成主要根據(jù)功率因數(shù)對(duì)電費(fèi)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)二元電表接線為逆相序時(shí)，可結(jié)合實(shí)際情況退、補(bǔ)無(wú)功電量，并按照電費(fèi)收繳規(guī)定進(jìn)行退還或者補(bǔ)交。因此，供電企業(yè)在電網(wǎng)改造、裝表送電過(guò)程中應(yīng)注重計(jì)量設(shè)備的相序問(wèn)題，除用電設(shè)備接線進(jìn)行調(diào)整之外，還要確保計(jì)量裝置的正相序接線，使電表計(jì)量更加準(zhǔn)確[3]。

3 三相有功電能表逆相序計(jì)量誤差分析

電能表作為節(jié)能的關(guān)鍵計(jì)量器具，在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用十分廣泛。電能表能夠正確計(jì)量，不僅由自身精度決定，更關(guān)鍵的是電表校驗(yàn)、運(yùn)行方式與接線方式。該文通過(guò)案例分析的方式，闡述了三相有功電表逆相序接線的基本情況、計(jì)量誤差以及控制措施。

3.1 基本情況

以某變電所為例，在對(duì)電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室校表臺(tái)上校驗(yàn)合格的三相三線電表存在嚴(yán)重的計(jì)量誤差，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出允許的誤差范圍。經(jīng)過(guò)深入檢驗(yàn)可知，該電源采用逆相序和連接，在正相序條件下校驗(yàn)時(shí)電表合格，卻在逆相序狀態(tài)下運(yùn)行，由此產(chǎn)生計(jì)量誤差。

3.2 誤差計(jì)算

從理論層面來(lái)看，正確的接線方式應(yīng)該以三相負(fù)載為對(duì)稱，在此條件下無(wú)論是正相或者是逆相運(yùn)行，計(jì)量結(jié)果均相同。在電路對(duì)稱狀態(tài)下，因?yàn)榕cU 相同，與I 的數(shù)值相同，所以根據(jù)圖1 內(nèi)容，可利用以下公式進(jìn)行能耗計(jì)算，正相序P 的數(shù)值為。根據(jù)圖2 中逆相序相量圖可對(duì)能耗值進(jìn)行計(jì)算，P 值為。根據(jù)正負(fù)2 種計(jì)算結(jié)果可知，三相有功電表在正相或逆相狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，計(jì)量結(jié)果均相同，電表均可正常旋轉(zhuǎn)。

事實(shí)上，三線電表在逆相序運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，受逆相序作用，會(huì)使計(jì)量誤差增加。對(duì)此，可以專門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)2 種接線方式下的電表誤差情況進(jìn)行對(duì)比。為了使試驗(yàn)更加可靠，在cosφ=1的狀態(tài)下進(jìn)行驗(yàn)證。采用DS 型號(hào)的電表，電壓值設(shè)置為3×100 V，電流值為3×5 A，儀表常數(shù)為1 800 轉(zhuǎn)/kW·h。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知：因?yàn)槿嚯姳碓谠囼?yàn)室校驗(yàn)時(shí)為正相序，因此元件之間漏磁通、轉(zhuǎn)盤(pán)渦流、附加力矩都可以通過(guò)操作者校正后，將誤差控制在合理范圍內(nèi)。如果為逆相序應(yīng)用，則以上因素的附加力度在大小、方向等方面存在變化，由于逆相序?qū)е碌挠?jì)量誤差因電表類型的不同而改變。因此，正相序檢驗(yàn)合格的電表，在逆相序應(yīng)用時(shí)，雖然表計(jì)仍為正向運(yùn)行，但是會(huì)產(chǎn)生計(jì)量誤差，且誤差值與負(fù)載電流值呈反比，這不符合規(guī)定要求，不能確保電能表的計(jì)量精準(zhǔn)可靠[4]。

3.3 正確接線法

逆相序?qū)θ嚯姳碛?jì)量誤差具有一定的影響，特別是對(duì)無(wú)功表的影響更是不容小覷，因此在電表接線過(guò)程中，應(yīng)確保接入電壓為正相，使電能計(jì)度更加精準(zhǔn)可靠，這對(duì)用戶和電力企業(yè)來(lái)說(shuō)具有直接關(guān)聯(lián)。因此，應(yīng)采用簡(jiǎn)單科學(xué)的方式，對(duì)電表接線是否正確進(jìn)行判斷，這對(duì)客觀實(shí)踐來(lái)說(shuō)具有一定的指導(dǎo)意義。以三相電能表為例，這是電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的電能計(jì)量工具。它帶有2 組驅(qū)動(dòng)元件，在接線時(shí)應(yīng)將第一元件的電流線圈與IA相電流接通，將電壓圈接入U(xiǎn)AB電壓中；第二元件的電流與IC相相連，電壓線與UCB電壓相連。電度表的正確接法只有一種，但錯(cuò)誤的接法卻多種多樣。在接線時(shí)，可從系統(tǒng)中直接獲取三相電壓，和，3 種依次排列后，還可以直接獲取6個(gè)電流，分別為±、±以及±，上述電流在2 組元件線圈中，每次用2 個(gè)排列，再將各類電壓與電流排列后共同融合在電能表中，通過(guò)數(shù)據(jù)排列組合的方式進(jìn)行計(jì)算。據(jù)調(diào)查，電表錯(cuò)誤接法可達(dá)200 余種。其中，部分錯(cuò)誤接線均可使電表正走，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)判斷難度增加。雖然有許多錯(cuò)誤接法的表格可以借鑒，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍然不夠簡(jiǎn)便，在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)中的應(yīng)用率較低。

圖 1 正相序電源相量圖

圖2 逆相序電源相量圖

根據(jù)理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)正確快捷接線方式進(jìn)行探討，主要檢查方式為：一方面，將任意2 根電壓線對(duì)調(diào)。對(duì)于任意正轉(zhuǎn)電能表來(lái)說(shuō)，隨機(jī)對(duì)調(diào)3 次電壓進(jìn)線，每次對(duì)調(diào)2 根，此時(shí)電表均會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，如果未能暫停運(yùn)轉(zhuǎn)，則說(shuō)明原本電能表的接線不正確。因?yàn)樵倦姳斫泳€如果正確，在隨機(jī)對(duì)調(diào)2 根電壓線后，其功率值均會(huì)發(fā)生改變。經(jīng)過(guò)3 次對(duì)調(diào)后，根據(jù)電表功率公式可知，如果原線連接正確，在對(duì)調(diào)電壓線后均會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；另一方面，通過(guò)3 次對(duì)調(diào)電壓線，如果電表3 次均停止運(yùn)轉(zhuǎn)，意味著原本電表的接線可能正確，電表對(duì)調(diào)后電壓線就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這也是接線正確的必要條件，但并非充分條件。對(duì)此，還應(yīng)該進(jìn)行深入探究，具體措施為：先將B 相電壓斷開(kāi)后，電表每分鐘的轉(zhuǎn)速為原本電表轉(zhuǎn)數(shù)的1/2。究其原因，在原接線情況下，斷開(kāi)B 相電壓進(jìn)線后，電表的轉(zhuǎn)速降低了50%。將A 與C 兩相電壓線對(duì)調(diào)后，此時(shí)電表停止轉(zhuǎn)動(dòng)，再將電壓進(jìn)線斷開(kāi)，此時(shí)功率值未發(fā)生改變，但是方向相反，這意味著無(wú)論用戶功率因數(shù)是多少，在2 次斷線之后，電表的轉(zhuǎn)速要相同，但是轉(zhuǎn)向相反。通過(guò)以上分析，將電壓進(jìn)線對(duì)調(diào)、斷開(kāi)一相電壓后，對(duì)電表所處狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，并且對(duì)電表接線是否正確進(jìn)行判斷。在應(yīng)用該方法時(shí)，因上述操作只能使電壓回路發(fā)生變化，不會(huì)影響電流回路，因此不會(huì)使用戶的正常用電受影響，更不會(huì)使電流互感器回路斷開(kāi)，因此操作較為簡(jiǎn)便，可以在現(xiàn)場(chǎng)靈活應(yīng)用。

3.4 控制措施

為了提高設(shè)備計(jì)量準(zhǔn)確性，應(yīng)重視計(jì)量?jī)x表的接線方法，最大限度地減少誤差，可以通過(guò)以下控制措施來(lái)完成：1）嚴(yán)格遵循電能表接線圖要求進(jìn)行接線，盡量將電源相序進(jìn)行調(diào)整，使電表在正相序條件下運(yùn)行，且與檢驗(yàn)時(shí)的相序一致，確保將誤差降低到最小狀態(tài)。對(duì)于三相電路相序來(lái)說(shuō)，應(yīng)該與接線圖相關(guān)規(guī)定相符，使電表誤差始終控制在合理區(qū)間內(nèi)。2）對(duì)于部分相序改變難度較大的位置，務(wù)必要重裝校表。針對(duì)逆向狀態(tài)下的運(yùn)行情況，應(yīng)遵循電表在何種相序下運(yùn)行，就在何種相序下進(jìn)行調(diào)整的原則，即根據(jù)逆相序?qū)﹄姳碛?jì)量的準(zhǔn)確度重新校驗(yàn)，將誤差始終控制在合理區(qū)間。使用不受相序影響、影響度較低的三相電表進(jìn)行替換，如果存在相序補(bǔ)償裝置，經(jīng)過(guò)替換后就可以使誤差得到有效控制。隨著科技飛速的發(fā)展，各類智能電表不斷投入應(yīng)用，逐漸取代了以往的感應(yīng)式電表，但是在實(shí)際運(yùn)行中需要確保相序正確，這樣才可以提高計(jì)量精度，使計(jì)量結(jié)果更加精準(zhǔn)可靠[5]。

4 結(jié)論

綜上所述，在電能表的實(shí)際應(yīng)用中，如果接線方式不當(dāng)，很容易導(dǎo)致計(jì)量精準(zhǔn)度受到不良影響，為電費(fèi)征收帶來(lái)麻煩。因此，在電能表裝配中應(yīng)注意接線方式的正確性，避免逆相序的連接，統(tǒng)一采用正相序接線法，并派專業(yè)人員定期檢驗(yàn)和校正，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，始終將計(jì)量誤差控制在合理范圍內(nèi)，使計(jì)量結(jié)果精準(zhǔn)可靠，避免供電企業(yè)因接線問(wèn)題遭受損失。