現(xiàn)行三相電能表計(jì)量缺陷及案例分析

陶勇，劉金友，趙楓，喬惠

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司合肥供電公司， 合肥 230001)

0 引 言

電能表是電能計(jì)量的法定器具，電能表的計(jì)量準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)合理性直接影響貿(mào)易結(jié)算的公平、公正[1-3]。近年來，隨著電力市場(chǎng)、電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出和建設(shè)[4-6]，電能計(jì)量需求也在發(fā)生變化，如分布式電源在配網(wǎng)中的大量投用，對(duì)現(xiàn)行三相電能表計(jì)量規(guī)則和合理性提出挑戰(zhàn)，同樣，錯(cuò)接線或竊電行為引起的反向電量的準(zhǔn)確計(jì)量也存在類似問題，同時(shí)也給安全運(yùn)行帶來隱患。

1 三相電能表計(jì)量原理

根據(jù)工作原理，現(xiàn)行電能表可分為電磁式電能表和電子式電能表兩大類。電磁式電能表工作原理是被測(cè)電路的電壓和電流在轉(zhuǎn)盤內(nèi)產(chǎn)生交變磁通和感應(yīng)電流，交變磁通和感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，力矩作用于轉(zhuǎn)軸上驅(qū)動(dòng)電能表走字。由圖1所示，三相四線電能表三組電磁元件分別作用在各自的轉(zhuǎn)盤上，但所有轉(zhuǎn)盤同軸，所以作用在轉(zhuǎn)動(dòng)元件上的驅(qū)動(dòng)力矩決定于多組電磁元件產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩的代數(shù)和。故電磁式電能表從硬件上決定了功率值必須為代數(shù)和。

圖1 電磁式三相四線電能表結(jié)構(gòu)示意圖

計(jì)算公式如下：

(1)

電子式電能表一般由采樣電路、計(jì)量專用集成電路、微處理器和各種顯示裝置、接口組成，已不再受電磁式電能表只有一個(gè)轉(zhuǎn)軸的機(jī)構(gòu)限制(見圖2)，每相都有單獨(dú)的采樣元件。但目前使用的電能表仍延續(xù)電磁式電能表計(jì)量規(guī)則，三相電路中的視在功率為各單相視在功率的代數(shù)和[7]，即三相功率代數(shù)相加如為正，則計(jì)入正向總，三相代數(shù)相加如為負(fù)，則計(jì)入反向總。

圖2 電子式三相四線電能表結(jié)構(gòu)示意圖

2 現(xiàn)行三相電能表計(jì)量缺陷及案例分析

文章發(fā)現(xiàn)，三相電能表采取代數(shù)和的計(jì)量方式存在缺陷，三相中一旦有潮流不同方向的情況，必然會(huì)出現(xiàn)正負(fù)相抵。但歷年來，用戶是受電方，用電潮流是一個(gè)方向，不考慮“非正?！钡姆聪蚯闆r，如果有也是接線錯(cuò)誤造成，所以“代數(shù)和”計(jì)算的方式一直沿用至今。圖3所示為2019年生產(chǎn)，執(zhí)行GB/T 17215.321-2008及DL/T 698.45-2017規(guī)范的三相四線電能表，其仍然采用“代數(shù)和”方式(0.1991≈-0.1730+0.1894+0.1834(截圖時(shí)間略有差異))。

圖3 現(xiàn)行三相四線電能表功率計(jì)量實(shí)物圖

但隨著社會(huì)的發(fā)展和需求的變化，用電環(huán)境的多樣性已使反向這個(gè)“非正?！钡那闆r“合理化”，“代數(shù)和”已不能適用當(dāng)前的計(jì)量需求，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

2.1 分布式電源(光伏)的計(jì)量及結(jié)算錯(cuò)誤

“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，發(fā)電關(guān)口計(jì)量點(diǎn)設(shè)置在發(fā)電側(cè)，電能表正向指數(shù)記錄用戶發(fā)電量。上網(wǎng)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)和用網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)應(yīng)合并設(shè)置，并共用一套計(jì)量裝置分別計(jì)量上網(wǎng)電量和用網(wǎng)電量，其中電能表反向指數(shù)記錄上網(wǎng)電量，正向指數(shù)記錄用網(wǎng)電量”[8-9]，這就產(chǎn)生了“合理”的反向。以自發(fā)自用余電上網(wǎng)的一用戶為例，電能表配置見圖4。

圖4 光伏用戶電能表配置

用電信息采集系統(tǒng)(下稱用采)透抄電能表獲取的ABC分相“正反分計(jì)”指數(shù)(目前電能表只分相存儲(chǔ)月結(jié)算日指數(shù)，屏顯、采集、結(jié)算仍按“代數(shù)和”)及按現(xiàn)行“代數(shù)和”方式計(jì)算的總指數(shù)見表1。

表1 抄表指數(shù)

表2中，正反分計(jì)電費(fèi)(232.689 721)-代數(shù)和電費(fèi)(209.527 059)=23.162 662(元)，導(dǎo)致供電公司對(duì)該光伏用戶該月實(shí)際少收電費(fèi)約23元。分析原因：當(dāng)三相電能表有某一相或兩相有反向上網(wǎng)電量，另外兩相或一相仍正向用電時(shí)，根據(jù)現(xiàn)行電能表“代數(shù)和”計(jì)算規(guī)則，電能表有功總只記錄正、反向電量相抵后的代數(shù)和，即“代數(shù)和”為正，記錄為正向電量；“代數(shù)和”為負(fù)，記錄為反向電量。存在不同相的部分電量正、反相抵，且相抵電量未計(jì)量。此時(shí)，“代數(shù)和”方式記錄的正向或者反向電量均不能準(zhǔn)確反映實(shí)際正向或反向電量，使計(jì)量的供、用、發(fā)電三方電量產(chǎn)生偏差，進(jìn)而導(dǎo)致電費(fèi)差錯(cuò)。

表2 抄表電費(fèi)表

2.2 線損計(jì)算錯(cuò)誤

由于公變臺(tái)區(qū)關(guān)口采用三相四線電能表計(jì)量，在某些光伏發(fā)電量大的臺(tái)區(qū)，會(huì)造成整個(gè)臺(tái)區(qū)存在分相“倒送電”的情況，但由于電能表采用的是“代數(shù)和”的計(jì)算方式，存在正負(fù)相抵的情況，導(dǎo)致關(guān)口正反向電量計(jì)量不準(zhǔn)確，進(jìn)而使分臺(tái)、分線、同期線損計(jì)算錯(cuò)誤，詳見下面實(shí)例。

某臺(tái)區(qū)關(guān)口計(jì)量配置參數(shù)和月電量分別見圖5和表3，該臺(tái)區(qū)光伏發(fā)電用戶達(dá)17戶，臺(tái)區(qū)存在“倒送電”的情況。

圖5 某臺(tái)區(qū)關(guān)口計(jì)量配置參數(shù)

表3 某臺(tái)區(qū)月用電量

按目前“代數(shù)和”的方式，存在正反相抵，正向有功即該臺(tái)區(qū)的月用電量為23 672 kW·h，反向即該臺(tái)區(qū)月發(fā)電量為2 460 kW·h。而按“正反分計(jì)”的方式分別是：正向有功為26 656 kW·h，反向?yàn)? 444 kW·h。由于“代數(shù)和”正反相抵的缺陷使該臺(tái)區(qū)該月用電量及發(fā)電量減少了2 984°。臺(tái)區(qū)關(guān)口的用電量及發(fā)電量是作為不同線損計(jì)算公式的分母或分子，且眾所周知a/b≠(a+x)/(b+x)且x≠0，所以“代數(shù)和”的方式導(dǎo)致線損計(jì)算錯(cuò)誤。

2.3 不利于異常用電、不安全用電的發(fā)現(xiàn)

從“代數(shù)和”的特點(diǎn)可以得出，當(dāng)反向功率小于正向功率時(shí)，總功率會(huì)一直顯示正值，從而“掩蓋”實(shí)際有反向的情況，詳見下面的實(shí)例分析。

某臺(tái)區(qū)9月份線損為18.73%(見表4)，屬于高損，一直查不到原因，后通過逐戶逐表檢查，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)區(qū)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)內(nèi)一戶低壓三相四線倍率表表屏顯示A相有反向(見圖6(a))，通過另接儀器檢測(cè)，三相均有電流且A相始終小于B相、C相之和(見圖6(b))，A相功率因數(shù)極小(見圖6(c))。

表4 某臺(tái)區(qū)9月份線損

圖6 某用戶電能表電氣量參數(shù)

“代數(shù)和”正負(fù)相抵后，電能表一直產(chǎn)生不了反向總電量，故用采系統(tǒng)一直判定“正常數(shù)據(jù)”(見圖7)。此戶經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)整改后，11月臺(tái)區(qū)線損為5.83%(見表5)，合格。錯(cuò)接線分析研判同樣存在類似問題，傳統(tǒng)分析方式[10]也未考慮現(xiàn)行電能表的此情況。

圖7 某用戶電能表采集數(shù)據(jù)

表5 某臺(tái)區(qū)11月份線損

該戶為典型的“代數(shù)和”掩蓋了反向的情況，在電力用戶全覆蓋全采集且用采系統(tǒng)分析為“正?！钡那闆r下，很容易忽略該戶現(xiàn)場(chǎng)有反向的異常，增加了“糾錯(cuò)”時(shí)間和成本。而采取“正反分計(jì)”日采集的方式，最遲次日系統(tǒng)即可發(fā)現(xiàn)該“非正常的反向”。另一實(shí)例如下，某臺(tái)區(qū)線損時(shí)正時(shí)負(fù)(見表6)。

表6 某臺(tái)區(qū)日線損

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，一只低壓三相倍率表雖接線正確，但確有反向情況，通過進(jìn)一步檢查,發(fā)現(xiàn)出線空氣開關(guān)斷開后，開關(guān)上下端仍都帶電(見圖8)。

圖8 某用戶空開斷開后兩側(cè)電壓

之后了解，此表為小區(qū)水泵表，水泵的雙電源切換裝置損壞，小區(qū)電工自行把水泵的雙電源直接并接使用，造成實(shí)際的倒送電。此情況對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)用電非常危險(xiǎn)，形成事實(shí)上的雙電源供電，而此臺(tái)區(qū)非光伏臺(tái)區(qū)，給檢修運(yùn)維人員帶來非常大的安全風(fēng)險(xiǎn)。且此表的開關(guān)和線路實(shí)際成為兩個(gè)臺(tái)區(qū)變壓器低壓“母聯(lián)”開關(guān)，一旦一臺(tái)變壓器檢修停用，就要承載另一個(gè)臺(tái)區(qū)的全部負(fù)荷，而開關(guān)、線路的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，運(yùn)行非常危險(xiǎn)?！按鷶?shù)和”的方式“遲滯”或“掩蓋”了該問題。

3 結(jié)束語

由此可見，三相電能表“代數(shù)和”的計(jì)算方式由于存在“相抵”的缺陷，已不能滿足日益多樣化的用電需求，直接導(dǎo)致分布式電源(光伏)計(jì)量結(jié)算錯(cuò)誤、線損計(jì)算錯(cuò)誤，增加了錯(cuò)接線、電量追補(bǔ)、不安全運(yùn)行的發(fā)現(xiàn)難度。

電磁式三相電能表受硬件結(jié)構(gòu)限制，無法按“正反分計(jì)”的方式計(jì)量。但電子式電能表，特別是智能電能表，已對(duì)每相數(shù)據(jù)單獨(dú)采樣，只是最后由計(jì)量芯片按代數(shù)和方式匯總，其每相數(shù)據(jù)已單獨(dú)計(jì)算并存儲(chǔ)，由實(shí)例電能表(表1)抄出的情況也可看出，月結(jié)算日的指數(shù)是有分相存儲(chǔ)的。這種情況下，只需修改電能表軟件就可實(shí)現(xiàn)“正反分計(jì)”。

建議三相電能表總指數(shù)計(jì)算方式應(yīng)修改為“正反分計(jì)”——每相的正向納入電能表總的正向、每相的反向納入電能表總的反向，即采用“正歸正計(jì)、反歸反計(jì)”的分開計(jì)算方式，使計(jì)量更真實(shí)、更準(zhǔn)確。同時(shí)電能表內(nèi)也應(yīng)存儲(chǔ)每相相應(yīng)的日凍結(jié)數(shù)據(jù)，用采系統(tǒng)也進(jìn)行相應(yīng)的日采集。