關于電能計量裝置誤差因素及控制措施的分析

丁玥

（四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 641300）

前言

電力系統(tǒng)計量裝置是電力企業(yè)經營的主要測量工具,計量的準確性直接影響到企業(yè)的經濟效益和社會效益,電能計量的準確與否是電力管理部門關心的重要問題。電能計量故障及差錯的發(fā)生,影響到客戶所用電量的準確計算、電費的及時回收及線損的準確計算,因此預防和避免電能計量故障及差錯,是電能計量工作的一項重要內容。

1.目前電能計量存在的問題

1.1.高壓出線側不具備電能計量的條件

由于以前發(fā)電廠的供電量是按發(fā)電機出口電量減去廠用電量來考核的,目前還有部分電廠的計量點設在發(fā)電機出口,高壓出線側沒有電能計量裝置,因此不能準確地計量關口電量。

1.2.目前關口電能表普遍采用國產三相兩元件感應式電能表,在結構和功能上存在缺陷。

1.3.電壓互感器二次導線壓降引起的計量誤差較大。

1.4.關口表現(xiàn)場校驗方法不合理。

1.5.互感器準確度不符合規(guī)程要求。

2.電能計量裝置誤差因素分析

2.1.電能表誤差

電能表的誤差可以分為3種,即電能表的負載特性誤差、生產誤差以及不當使用誤差。

電能表的基本誤差隨負載電流和功率因數(shù)變化而變化的關系曲線稱電能表的負載特性。圖1為常用感應式電能表的負載特性曲線,可以看出：在小負載范圍內(I=5%Ib～40%Ib)電能表誤差較大,這是因為在低負載時轉矩很小,只要補償力矩小于摩擦力矩,誤差就向負的方向變化。此情況下相位角誤差影響很小,電流自制動力矩可視為零。cosφ=0.5時的轉矩比cosφ=1時的轉矩小1倍,摩擦力相對比較小,補償力矩大于摩擦力矩,所以cosφ=0.5的負載特性曲線有較大的正值。當負載增加,工作轉矩增加,摩擦誤差和非線性誤差相對減小,加上此時的電流自制動力矩又不很大,所以綜合誤差變小。當負載達到標定電流附近時(I=60%Ib～150%Ib)誤差值最小。

圖1 感應式電能表的負載特性曲線圖

當負載電流達到180%標定電流時,電流自制動力矩會增加很多,此時鐵心已飽和,工作轉矩增加,又會出現(xiàn)負的誤差;當cosφ≠1時,相位角誤差影響增加,所以cosφ=0.5的曲線比co-sφ=1的曲線下降得更多。

為適應各種用戶的需要,要求電能表在較寬的范圍內正常工作,誤差不超過其準確等級所規(guī)定的允許值。從最小誤差角度出發(fā),實際運用中的電能表,其所帶負載電流應在50%Ib～180%Ib內。

2.1.2.電能表產品誤差

按國家統(tǒng)一的電能表設計要求,生產電能表應采用五類磁鋼,該類磁鋼性能穩(wěn)定不易失磁,是保證電能表誤差穩(wěn)定的重要部件。但有的電能表制造商為了在價格戰(zhàn)中取勝,擅自修改設計,選用稀土磁鋼或三類磁鋼,生產成本可下降10%左右,但存在著嚴重的質量隱患。即使安裝前誤差調試合格,投入運行后由于磁鋼的不斷失磁,致使電能表的阻尼力矩不斷減小,電能表愈走愈快。這是造成運行中電能表出現(xiàn)正誤差超差的主要原因。

造成電能表投入運行后愈走愈慢的因素較多。感應式電能表是一個轉動機械裝置,新表檢定完畢安裝投運后,隨著時間的推移,軸承內潤滑油不斷揮發(fā),機械磨損將逐漸增加,機械加工件應力不斷釋放,轉動軸桿同心度的誤差也將增大,這些因素都將導致機械摩擦力矩上升,使電能表愈走愈慢,尤其在輕負載情況下,影響更為明顯。

2.1.3.電能表不當使用誤差

在電能計量管理中,由于電能表接線錯誤,斷線(失壓、斷流)所引起的計量誤差較大,易被人們所發(fā)覺和重視;而由于電能表非常規(guī)接線或使用不當引起的計量誤差較小,一般只在百分之幾至百分之十幾,不易被重視,但是,若其乘以倍率,則會造成很大誤差。作為交易結算的電能計量裝置,要求滿足公平、準確、合理的原則,因此,電能表常見非正規(guī)接線引起的計量誤差同樣不可忽視。低壓有功電能表常見非正規(guī)接線引起的計量誤差主要包括以下幾方面。

2.1.3.1.單相電能表

（1）1表乘2：即用1塊單相(220V)電能表計量兩相(380V)用電負載時,將該電能表的累計電量乘以2作為實際用電總電量。這種情況下,若電能表接于A相,計量A、B兩相負載時,將造成多計電量(正誤差)；若接于B相,則造成少計電量(負誤差)。

（2）1表乘3：即用1個單相電能表計量三相三線或三相四線負載時,將該電能表的累計用電量乘以3,作為三相負載總電量。這種計量方式在三相負載電流不平衡時將造成計量不準確,其誤差大小視三相負載電流平衡度與負載功率因數(shù)情況而定。

2.1.3.2.三相三線電能表

（1）計量單相電爐：即用1塊三相三線電能表計量單相(220V)電爐。因電爐功率因數(shù)為1.0,其計量功率,P=UabIcCOS30°=3UфIф2造成多計電量50%。

（2）計量單相220V電焊機：用1塊三相三線電能表計量三相四線不平衡配電系統(tǒng),即當In≠0,在 A、N 線間連接單相(220V)電焊機,表盤出現(xiàn)反轉并少計電量;在B、N線間連接單相(220V)電焊機,表盤不轉而不計電量;在C、N線間連接單相(220V)電焊機,表盤轉速加快而多計電量。

（3）計量三相四線配電系統(tǒng):三相三線電能表計量三相四線不平衡負載電流時,N線 (中性點)產生零序電流,而三相三線電能表不能計量零序電流所消耗的功率,造成少計電量。

2.1.3.3.三相四線電能表

（1）未接N線：三相四線電能表其N線未接或N線接觸不良,若三相四線配電系統(tǒng)三相負載不對稱,產生電壓偏差,即每個元件上的電壓出現(xiàn)不平衡。當三相電壓差約5%和三相電流差約50%時,將引起±2%左右的計量誤差。

（2）反相序接線：三相四線電能表反相序接線存在一定的計量誤差。因為電能表內部第1個元件組裝都是按電源正相序排列,各元件間的力矩誤差也在最小范圍。如反相序接線,就改變了元件力矩,誤差產生改變在±(2.5%～5.0%)左右。

（3）2個互感器V形接線：即用2個電流互感器V形接線計量三相四線配電系統(tǒng)。這種接法利用A、C兩相電流互感器的合成電流代替B相電流,雖然節(jié)省1個電流互感器,但若三相負載不平衡時,中性線也出現(xiàn)不平衡電流而引起計量附加誤差約在10%～15%左右。

（4）3個互感器Y形接法：即3個電流互感器Y形與三相四線電能表連接,其電流以互感器二次一端公用連接。這種接法,若三相負載電流不平衡時,表計電流相位會改變,且每相互感器二次線圈都有另外兩相部分電流流過,即產生分流,因而引起計量誤差。其誤差大小視一次負載電流大小與不平衡電流大小而定。

2.2.互感器誤差

互感器的誤差將造成電能計量裝置失準,直接影響各相關單位的經濟利益以及線損等電網(wǎng)經濟技術指標。

2.3.計量裝置綜合誤差

由以上分析可知,電能計量裝置的綜合誤差為電能表誤差、互感器合成誤差、電壓互感器二次回路壓降引起的誤差的代數(shù)和,可以用下式表示：

式中γb—電能表的相對誤差,%；

γh—互感器合成誤差,%；

γd—電壓互感器二次回路壓降引起的誤差,%。

在實際的計量裝置中,電能表的誤差γb可以在負荷點下調至誤差最小,其他的計量裝置誤差均與實際二次回路的運行參數(shù)有關。

3.降低電能計量誤差的方法

3.1.完善計量裝置

3.1.1.選擇高精度、穩(wěn)定性好的多功能電能表

由于電子技術的發(fā)展,目前多功能電子表的技術較為穩(wěn)定,誤差基本呈線性。一只多功能電子表可同時兼有正、反向有功,正、反向無功4種電能計量和脈沖輸出、失壓記錄、追補電量等輔助功能,且過載能力強、功耗小。對Ⅰ、Ⅱ類用戶應采用全電子式電能表。

3.1.2.減小互感器合成誤差

盡可能配用比差及角差符號相反、大小相等的電流互感器和電壓互感器,使得互感器的合成誤差最小,以便最大限度地降低計量裝置綜合誤差。

3.1.3.電壓互感器二次導線的選擇

根據(jù)互感器二次回路的實際情況選擇二次導線的截面和長度。在一定負載下,給定電纜截面面積,在規(guī)定的電壓降下,給定導線長度,導線截面積不小于2.5mm2。

3.1.4.保證互感器實際二次負荷

電流互感器二次回路導線截面積最小值為4mm2,且中間不得有接頭,導線端子排轉接處應留有足夠的長度。在投產前,必須測量電流、電壓互感器的實際二次負荷,保證其在標定的額定負荷范圍內。

3.1.5.保證互感器回路完整

對35kV以上的計費用電壓互感器二次回路,應不裝設隔離開關輔助觸點,但可裝設熔斷器;對35kV及以下的計費用電壓互感器二次回路,應不裝設隔離開關輔助觸點和熔斷器。電流、電壓回路應設專用二次回路,不與保護、測量同回路。

3.2.采用正確的計量方式

3.2.1.保證電能表的正確接線

對接入中性點絕緣系統(tǒng)的電能計量裝置,應采用三相三線制電能表,其2臺電流互感器二次繞組宜采用四線連接;對三相四線制的電能計量裝置,其3臺電流互感器二次繞組與電能表之間宜采用六線連接。如采用四線連接,若公共線斷開或一相電流互感器極性相反,會影響計量;且進行現(xiàn)場檢驗時,采用單相法每相電流互感器二次負載電流與實際負載電流不一致,給測試工作帶來困難,造成測量誤差。

3.2.2.增設失壓計量器

對計費用高壓電能計量裝置應裝設失壓計量器,及時讀取失壓記錄,作為追補電量的依據(jù)。

3.2.3.合理選擇電流互感器變比

要求正常負荷電流在電流互感器額定電流的60%左右,對季節(jié)性用電的用戶應采用二次繞組具有抽頭的多變比電流互感器。

3.2.4.采用電壓誤差補償裝置

如果電壓互感器二次回路的負荷導納變化范圍不大,可采用電壓誤差補償器,補償二次導線電壓引起的比差和角差。

3.2.5.開展計量裝置綜合誤差分析

在新投運和改造的計量裝置選型上,要求電能表、互感器都必須按負荷類別選取適當?shù)臏蚀_度等級,并在投產前做好各項測試工作。投產前電流、電壓互感器合成誤差、電壓互感器二次回路壓降誤差通過計算形成數(shù)據(jù)表,在每次的周期校驗時,都可以對照各項數(shù)據(jù)配合電能表進行調整,使計量綜合誤差達到最小。同時,按規(guī)程規(guī)定做好電能表、互感器等周期檢驗和輪換工作。

3.2.6.經常檢測電流互感器倍率和計量回路有些竊電戶為了少交電費,往往私自將原裝的電流互感器更換為較大倍率的電流互感器,甚至仍裝上原來電流互感器的銘牌。在檢查時,應注意電流互感器的實際倍率是否與銘牌相一致。檢查電流互感器的一次回路或二次回路是否短接、二次回路是否偽接或開路、二次端子的極性或換相是否錯接等。對電壓互感器,應檢查其接線的正確與否,防止虛接、偽接與二次回路的開斷以及換相錯接等。

4.結語

電能計量裝置作為考核主網(wǎng)線損的重要依據(jù),是電力系統(tǒng)走向市場的重要保證。因此必須認真做好電能計量工作,提高電能計量裝置的準確性,真正做到電能計量公平合理,為發(fā)供用電各方提供可靠依據(jù)。

[1]王守存,馬強,李建平.高壓電能計量裝置失準原因分析及解決措施[J].電工技術雜志，2004.