三相電子式電能表故障相失壓累計電量功能研究

吳敏

（廣東電網公司揭陽供電局）

1 前言

隨著電力逐步走向市場化，用電營銷對電能計量工作提出了更高的要求，電能計量表要承擔的功能也就越來越多，在微電子技術與單片機應用技術的發展和普及的有利條件下，全電子式多功能電能表得到了飛速的發展[1,2]。近幾年，全電子式多功能電能表技術日趨完善和成熟，其具有精度高、多參數測量、功耗低、顯示直觀等多種計量信息以及智能化功能拓展的優點，在計量準確性及防治竊電方面為供電部門提供了多種技術手段，故目前廣泛應用于電力系統[3]。因此，合理運用該表的各項功能，在提高用電營銷管理水平和打擊竊電的實踐中有著重要的意義。

2 三相全電子式多功能電能表簡介

凡是由測量單元和數據處理單元等組成，除計量有功（無功）電能外，還具有分時計量、測量等兩種以上功能，并能顯示、儲存和輸出數據的電能表，都可稱為多功能電能表。多功能電能表可分為機電式和電子式兩種。目前應用較廣的是全電子式三相多功能電能表，因其用電子電路、計量芯片代替了感應式電能表中的測量機構，并且該表能實時檢測計量狀態，包括失流、失壓、相序、時鐘、需量、功率、表號等項目，使得以往常用在感應式電能表上的那些竊電手段得以杜絕。只要根據多功能電能表顯示的信息及各種電網參數記錄，輔助以適當的方法，就能快速判斷電能表的接線是否正確，及時發現電能表運行異常及竊電行為，獲得退補電量時需要的多種技術數據，提高了用電營銷管理水平和防治竊電的力度。但多功能電能表并非“萬能電能表”，不能過于樂觀的依賴多功能電能表的某些功能。比如有些品牌的多功能電能表，在其失壓記錄里提供了故障相失壓累計電量，由于某些電能計量工作人員對該電能表的失壓記錄功能定義認識不足，主觀上直接采用其故障相失壓累計電量進行有功電量追補，造成所追補電量與實際漏計電量出現較大的估算誤差。其實該失壓累計電量，不一定就是失壓時該表所漏計的實際電量，它存在著一定的不確定因素。

3 多功能電能表的失壓記錄功能定義

失壓記錄功能是指在不停電時，由于故障或竊電造成電能表電壓回路掉電或電壓幅值失真時，進行相應的追補記錄。應當注意，多功能電能表反映失壓時，所測量到的電壓值不一定是為零，而是低于某個整定值。

當三相電壓中任意一相（兩相）低于電能表額定電壓的78%±2V，且對應相電流I≥0.5%Ib時，電能表判斷為故障失壓，并報警顯示故障相別；該相失壓累計時間（單位為小時）連續超過一分鐘，啟動內部失壓記錄程序，記錄本次失壓的相別、累計時間和累積次數及故障期間失壓相的安培小時數與電能表額定電壓乘積所得電量，單位以kVAh表示（兩相失壓時，為此兩相失壓累計電量之和）。當失壓電壓恢復≥電能表額定電壓的85%±2V時，電能表停止報警并記錄電壓恢復時間。

當電能表額定電壓的 50%±2V≤三相電壓≤電能表額定電壓的78%±2V，電能表有電流信號且I≥10%Ib時，判斷為三相故障失壓，進行報警顯示故障相別，啟動內部失壓記錄程序，記錄本次失壓的相別、累計時間和累積次數及故障期間失壓相的安培小時數與電能表額定電壓乘積所得電量，單位以kVAh表示（各相失壓累計電量之和）。當三相失壓電壓恢復≥電能表額定電壓的85%±2V時，電能表自動停止報警并記錄電壓恢復時間。

若三相電壓＜50%±2V的電能表額定電壓值，電能表無顯示，此時電能表有電流信號且 I≥10%Ib時，電能表判斷為三相故障失壓，啟動內部失壓記錄程序，記錄本次失壓相別、失壓累計時間、失壓累積次數。當三相電壓恢復≥電能表額定電壓的85%±2V時，自動記錄電壓恢復時間。

4 故障相失壓累計電量功能在追補失壓漏計電量中應用方案

此類型的多功能電能表其故障相失壓累計電量功能，其實是該電能表失壓記錄的一個子功能，它主要是估算故障期間失壓相的安培小時數與電能表額定電壓乘積所得電量，單位以kVAh表示。在追補失壓漏計有功電量時，不能直接采用故障相失壓累計電量功能進行追補。應先掌握此類型電能表故障相失壓累計電量功能存在的不確定因素，人工優化失壓漏計有功電量追補方案，合理運用故障相失壓累計電量功能[4]。

對于多功能電能表三相失壓且故障電壓值＜50%±2V的電能表額定電壓值時，失壓記錄通常只記錄失壓的相別、累計時間、累積次數、電壓恢復時間，所以在追補失壓漏計有功電量時，一般根據電能表上記錄的失壓數據計算出三相失壓時間，然后讀取電能表電網參數記錄，按月三相平均有功功率值乘以失壓時間，進行有功電量追補，以下就不再重復論述。需要注意的是，以下方案討論時，所計量的負荷為三相對稱感性負荷；三相三線多功能電能表反映的兩相失壓，是指“B”相（中性線）開路的情況。

4.1 故障相失壓累計電量功能主要存在的不確定因素分析

① 該電能表的故障相失壓累計電量，僅能作為追補電量的參考值，并無實際的電能計量物理意義[5]。因為當其出現失壓時，電能表電壓測量回路不可能測量到故障相的實際電壓值及其實際功率因數，根據上述失壓記錄功能定義，電能表故障相失壓累計電量程序運算時，所取電壓值均約定為電能表額定電壓值，所得失壓累計電量也為約定估算值，無法進行量值溯源。

② 該電能表記錄失壓累計電量的單位為kVAh，其意義為估算故障相失壓期間的視在功率與失壓啟止時間間隔的乘積。根據有功電能計算公式W=Pt=UItcosφ=Stcosφ,當計量點的負荷功率因數不為±1時，視在功率絕對值不等于有功功率絕對值，直接采用該電能表所記錄的故障相失壓累計電量追補有功電量，存在著功率因數不確定因素。同理，當計量點實際電壓值與電能表額定電壓值不相等時，直接采用所記錄的故障相失壓累計電量追補有功電量，存在著電壓不確定因素。功率因數或電壓的不確定因素影響過大時，都會導致所追補電量與實際失壓漏計電量間的誤差增大。

③ 失壓故障有時電壓值并不為零，如果殘余電壓值仍在電能表的測量量程內，電能表同樣能計量到這部分殘余電量，此時電能表雖啟動失壓記錄功能，但所累計故障相失壓電量卻多估算了這一部分電量。

4.2 基于故障相失壓累計電量功能的優化方案

① 三相四線多功能電能表有功電量追補發生一相、兩相或三相失壓時：

② 三相三線多功能電能表有功電量追補A相失壓時：

C相失壓時：

B相開路時：

其中，W補為應補的失壓漏計有功電量；UN為多功能電能表額定電壓；U實為計量點電壓回路實際電壓，可按多功能電能表記錄的電網參數，取非故障相失壓期間的平均電壓值（或取月平均實際電壓值），因為系統電網電壓三相一般較對稱。兩元件多功能電能表取線電壓，三元件多功能電能表取相電壓。

W殘余為多功能電能表所計量到的故障相殘余有功電量。在該電能表記錄的電網參數中，讀取失壓期間故障相的殘余平均有功功率值，乘以失壓時間進行殘余有功電量計算。若故障相無殘余電壓，則殘余有功電量為0。

φ為平均功率因數角，按多功能電能表記錄的電網參數，取月平均實際功率因數計算其角度。

5 應用實例

將本論文研究的三相全電子式多功能電能表故障相失壓累計電量功能應用于10kV城興線中。采用電壓、電流互感器變比為10000V/100V，400A/5，主副電能表為3×100V，3×5(6)A的全電子式多功能電能表進行電能計量。2005年5月30日，主表AC兩相失壓報警，副表運行及計量正常，原因為主表B相電壓線開路。見表1和表2。其中主表抄見有功電量25.01 kW·h，副表抄見有功電量29.69 kW·h。

根據現場檢查、主表失壓記錄內容及主表電網參數運行記錄，AC相情況分析如下：

① A相出現過兩次失壓，失壓累計總時間12.5小時，A相失壓累計總電量5.488kVAh。其中：5月11日09:03，A相掉電失壓，累計時間2.5小時，失壓累計電量1.098 kVAh，5月11日11:33恢復正常。故障原因是繼保人員誤斷開二次端子排主表的 A相電壓連片。5月30日00:15，A相失壓，累計時間10小時，5月30日10:15恢復正常，故障原因為主表B相電壓線開路，A相失壓累計電量為：5.488－1.098＝4.39 kVAh。

表1 10kV城興線主表的失壓記錄內容

表2 最近5次失壓事件記錄

② C相只在5月30日00:15出現一次失壓，故障原因為主表B相電壓線開路，于5月30日10:15恢復正常。C相失壓累計電量4.38 kVAh。

方案一：考慮殘余電量、功率因數及電壓的不確定因素，運用故障相失壓累計電量功能追補失壓漏計有功電量。根據主表的電網參數記錄取：

① 由于主表A相電壓開路，所以A相失壓期間該相無計量殘余有功電量，故應補有功電量為：

② 主表B相開路時，應補有功電量為：

③ 10kV城興線實際應補失壓漏計有功電量為：

方案二，不考慮殘余電量、功率因數及電壓的不確定因素，直接采用故障相失壓累計電量功能追補有功電量。10kV城興線實際應補失壓漏計有功電量為：

由于10kV城興線主副表的電壓計量回路，在二次端子排采用獨立回路分別與電壓互感器二次計量回路并接，主副表二次端子排電壓回路出線互不影響，所以此兩次主表失壓故障并不影響其副表的正常運行和計量。故可用副表抄見有功電量進行失壓漏計有功電量的追補，即：

10kV城興線實際應補失壓漏計有功電量為：

由于主副表基本誤差的測定合格，并且它們的基本誤差很接近，故以校驗與。

方案一所追補失壓漏計有功電量的估算誤差：

方案二所追補失壓漏計有功電量的估算誤差：

由此可見，方案一所追補失壓漏計有功電量的估算誤差較小，用其追補10kV城興線實際應補失壓漏計有功電量較為合理。

6 結束語

綜上所述，在使用此類型的三相全電子式多功能電能表追補失壓漏計電量時，不能直接采用其故障相失壓累計電量功能進行追補，應仔細分析該電能表失壓報警期間，所記錄各項電網運行參數及失壓記錄數據，確認失壓故障的原因及類型，客觀地降低各種不確定因素的影響，認真推算失壓漏計電量。雖然不同類型的多功能電能表豐富了退補電量的方案，但都會存在一定的不確定因素及估算誤差，電能計量工作者應精心選取合理的退補電量方案，減小退補電量估算誤差，做到公平、公正和準確、可靠。

[1]滕紹祥.基于智能電網的高壓電能表應用研究[J].黑龍江科技信息,2011,18:16.

[2]雷文主.電能計量[M].北京:中國電力出版社,2004.

[3]陳佩瓊.電能表修校[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[4]李晉主.防治竊電技術[M].北京:中國電力出版社,2004.

[5]張敏娟.三相三線電能表失壓時故障分析[J].江蘇現代計量,2011,(1):46-48.