感應式電能表電能計量誤差的分析

摘要:電能計量直接關系到電力系統各項經濟技術指標的實現，然而隨著電網用電波動的加劇，峰谷差愈來愈大，計量系統在大幅度的工況變化中工作，使其計量誤差增大，已成為電能計量不可忽視的問題。本文對感應式電能表的計量誤差進行了簡要分析。

關鍵詞:感應式 電能 誤差

1 電能計量表的工作原理

電能計量通常包括單相電路、三相三線電路和三相四線電路有功無功的計量。計量裝置主要部件是電能表，為了擴大量程需要，計量裝置需加配部件，通常由計量用電流互感器和電壓互感器以及連接互感器及電能表之間的二次回路構成。如果對象是低壓小電流的電能計量則可通過一只電能表及電壓電流回路構成計量裝置來實現計量，而對于計量對象為高壓大電流時則可采用電壓、電流互感器及二次回路構成計量裝置來實現。

眾所周知，電能是功率對時間的積分，公式為:，其中，電能和功率的意義是不同的，但其數學表達式僅僅表現在時間參數上，電力領域研究電能計量時主要是以電功率的測量為主，通過電表來完成電功率與電能之間的數量轉換，在表達電能時可以以電功率來表示。兩部制電價在我國廣為推行，主要以有功電量作為電費的收繳依據，無功電能的計量主要作用在于對用戶功率因數的考核上，一般電能計量分析均以有功計量為主。

電能計量裝置通常包括五部分:PT、CT、二次回路、電能表以及電能計量柜，電能計量的準確與否，與前四個部分的關系最為密切。實踐表明，只有電能計量裝置綜合誤差是衡量電能計量裝置準確與否的唯一指標，而對于任何一個部分的誤差，如電能表的誤差，都不能代表整套計量裝置的計量誤差。從理論上講，電能計量裝置的綜合誤差γ由三個部分組成，即電能表的相對誤差γb、互感器的合成誤差γh，PT二次壓降引起的誤差γd，它們之間有這樣的表達式:γ=γb+γh+γd。

2 感應式電能表的誤差分析

2.1 基本誤差 電能表的基本誤差會隨著負載電流和負載功率因數變化而產生變化，它們之間存在著一個關系曲線，這個曲線即誤差的特性曲線。對于任何一個合格的電能表而言，它的基本誤差經出廠檢驗或檢定機構調校后均會滿足規程規定的要求，從而保證電能表誤差特性的合理與穩定。

假定在任何負載條件下，轉盤只受到與負載功率成正比的驅動力矩和制動力矩作用，可以得出轉盤讀數和負載電能成正比，這是電能表的工作原理，但是，現實情況卻復雜的多，除了這兩個主要力矩外，還有抑制力矩、寄生力矩、摩擦力矩、電流鐵芯磁化曲線的非線性及補償力矩、另外還有轉盤位移的影響，都會使電能表即使在電壓、頻率和溫度等因素都達到規定值的情況下，轉盤轉速也不會和負載功率始終保持成線性的正比變化的關系，這種情況直接影響到了電能表的基本誤差。

通常為了保證感應式電能表的基本誤差達到要求，誤差調整裝置會被安裝在感應式電能表內部，通過對這些裝置的調整，電能表的基本誤差可基本控制在規定的正常范圍內。這些裝置:其一為滿載調整裝置，改變制動力矩的方式是通過調整制動磁鐵，使得電能表的負載特性曲線上下平移。其二為相角調整裝置，通過調節電流工作磁通與電壓工作磁通間相位角的方式，使得相位角滿足相位變化關系式，從而使電能表轉速與功率成正比。其三為輕載調整裝置，它是為了改善輕負載范圍的負載特性曲線而設置的調整裝置。其四為平衡調整裝置，它可使三線電能表中各計量單元誤差特性曲線基本一致，可改善電能表在不對稱負載時的誤差特性。

2.2 附加誤差 確定電能表基本誤差時，改變的往往只是負荷電流和功率因數，而其他條件只允許在一個很小的范圍內變化，并且這個范圍在電能表技術條件中明確規定，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條件規定不同。譬如，市電交流電頻率經常會偏離額定頻率，電能表安裝場所的環境溫度和電網電壓都可能會發生變化，且變化的幅度和范圍會非常大，這些外部條件的改變會產生電能表的誤差改變，那么這個改變的量就叫做電能表的附加誤差。

2.2.1 電壓、頻率、溫度變化對基本誤差的影響 若電能表電壓線圈所加載的電壓與額定電壓不同，那么電壓工作磁通和有關力矩隨電壓變化的比例也會不同，會使電能的讀數出現電壓的附加誤差。若市電交流電的頻率與額定頻率之間有偏差，各磁通及其相位角都會產生變化，使電能表示數顯示與cos 有關的頻率附加誤差。若環境溫度產生變化后，制動磁通和電流、電壓工作磁通及其損耗角都要改變，引起與cos 有關的溫度附加誤差。

2.2.2 波形畸變對基本誤差的影響 當前，非線性負載廣泛存在于電網中，當某電網中有非線性負載時，畸變現象就會出現在負載電流的波形中。非正弦的負載電流會在輸配電線路上引起非正弦的阻抗壓降，那么即使電源電壓為正弦波，負載端的電壓也會是非正弦的。如此，加在電能表上的電壓和電流都是畸變的波形。另外，在調試和檢定電能表的時候，調試裝置輸出的電壓、電流波形為理想的正弦波的情形往往也是很難保證的。

2.2.3 三相電壓不對稱對基本誤差的影響 三相電壓的不對稱也是三相電能表誤差產生的主要原因之一。首先，由于各驅動元件不平衡，即在相同的電壓、相同電流和功率的情況下，各元件產生的驅動力矩和電流、電壓抑制力矩不相等，當一相電壓升高而另一相電壓同樣降低時，作用在轉動元件上的總力矩發生了變化。其次，即使各驅動元件平衡，但由于磁通FU與電壓U并非線性關系，處在電壓升高和降低的元件，其驅動力矩變化的絕對值也各不相同。另外，當三相電壓不對稱時，補償力矩和電壓抑制力矩隨電壓的平方成正比變化的關系也會引起附加誤差。

2.2.4 負載不平衡和負載波動對基本誤差的影響 三相負載不平衡會引起三相電能表誤差變化。這種變化的主要原因包括各元件驅動力矩的不平衡，補償力矩的影響，電流和抑制力矩的影響以及各驅動元件的相互影響等。對劇烈和頻繁波動的負載，諸如電氣機車、軋鋼機械和電焊機等的負載計量，若負載增加時，電能表加速，制動力矩和電流、電壓抑制力矩阻礙轉盤加速，電能表少記電能;負載降低時，電能表減速，制動力矩和電流、電壓抑制力矩阻礙轉盤減速，電能表多記電能。由于轉速下降所需的時間較長，電能表在負載降低時多記的電能會比電能表在負載增加時少記的電能要多一些，引起了正的附加誤差。由此可知，轉動元件的慣性矩、穩定轉速和電流抑制力矩越小，波動負載引起的附加誤差就越小;負載波動周期越短或負載電流越小，那么這個附加誤差就越大。

2.2.5 電表位置傾斜對基本誤差的影響 在正常運行條件下，電能表也可能偏離垂直位置，從而產生傾斜誤差，其根本原因是由于轉動元件和上、下軸承的聯接不精密，特別是下軸承的聯接夠精密，使得轉動元件在軸承中發生了位移，驅動力矩和制動力矩以及轉速都隨之發生了改變。另外，電能表標準規定的容許傾斜誤差只是屬于負載電流大于50%標定電流的情況，這時驅動力矩較大，傾斜引起摩擦力矩的變化可以忽略。傾斜誤差在本質上和轉盤位移引起的誤差很相似，傾斜角越大，側壓力和傾斜誤差就越大。因此，合理地選擇驅動元件和制動磁鐵對轉盤中心的相對位置，減小轉動元件在軸承中產生的位移，是可以減小傾斜誤差的。

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