三相供電線路的電能計量接線方式分析

覃應華

摘要:在實際電路測量中，通過二瓦法測量三相四線制電路中的零序功率會帶來誤差，可能偏大，也可能偏小。本文正是針對這一問題進行分析，判斷正負測量誤差，找出癥結所在，從而提出對策，這將對電力企業、施工單位都有著積極作用。

關鍵詞:三相四線制；二瓦法；正負測量誤差

眾所周知，二瓦法能準確測量三相三線的有功功率。但是對于三相四線的有功功率，從理論上分析可知，二瓦法因不能測量電路的零序功率，而將少測量功率。但在實際測量中，由于二瓦法不能測量電路中零序分量有功功率，也不能準確反映正序分量和負序分量，二瓦法測量的功率和電路的實際功率不相符，可能偏大，也可能偏小。

1.計量三相三線負載用電

因三相三線對稱負載相電壓只有正序和負序電壓分量，負載相電流也只有正序和負序電流分量，即三相三線負載有功功率P的表達式為:

式中:Ul、U2分別為三相不對稱電壓的各序對稱電壓分量;I1，、I2分別為三相不對稱電流的各序對稱電流分量; 、分別為同序對稱分量電壓與電流間的相位差。

當DT型電能表不接入中性線時，通過電能表負載相電流有正序和負序電流分量，其電壓線圈上相電壓只有正序和負序電壓分量，所以電能表反映有功功率P的表達式與負載功率相等，說明不接入中性線不會引起線路附加誤差。

電能表接入中性線時，流過其負載相電流也有正序和負序電流分量，其電壓線圈上相電壓有正序、負序、零序電壓分量，但電能表反映有功功率P的表達式中零序分量為0，與負載功率相等，說明接入中性線也不會引起線段附加誤差。

2計量三相四線負載用電

因三相四線制用電負載三相電流往往不對稱，相電流存在正序、負序、零序電流分量，零序電流分量在負載產生零序的電壓分量，即三相四線負載相電壓存在正序，負序、零序電壓分量，當DT型電能表不接入中性線時，通過電能表負載相電流有正序、負序、零序電流分量，零序電流分量大小為負載中性線電流IN的1/3，但其電壓線圈上相電壓只有正序和負序電壓分量，所以電能表反映有功功率P的表達式為:

（1）

與負載消耗功率不相等，說明不接入中性線會引起線路附加誤差，差值為:

（2）

式中:U0為三相不對稱電壓的各序對稱電壓分量;I0為三相不對稱電流的各序對稱電流分量; 為同序對稱分量電壓與電流間的相位差。

當電能表接入中性線時，通過其負載相電流有正序、負序、零序電流分量，其電壓線圈上相電壓有正序、負序、零序電壓分量，電能表所測定有功功率和負載消耗的有功功率P的表達式相同，所以電能表能準確計量負載消耗電能。

因此，采用DT型電能表計量三相三線負載的用電，不管是否接入中性線都是正確的，不會引起線路附加誤差，接入中性線會多用材料，多費工時，增加投資;而計量三相四線制負載時必須接入中性線才能準確計量，不會引起線路附加誤差。

3. 存在有功功率誤差理論分析

3.1測量電路及功率計算

二瓦法測量三相四線電路和三相三線電路有功功率的接線圖如圖1所示。

(a)二瓦法測量三相三線電路功率 (b)二瓦法測量三相四線電路功率

圖1：二瓦法測量三相四線和三相三線電路功率接線圖

對這兩電路圖采用向量法進行比較，在圖1(a)中:

(1) （3）

（4）

可見，采用二瓦法能正確測量三相三線電路功率的在所有運行方式下的功率。

三相四線電路一般說來很難滿足三相電流之和為零的條件，也就是說、、不能絕對平衡，而是，

因此， （5）

（6）

]

]

] （7）

可見，采用二瓦法測量三相四線電路功率時，(13)式中總功率多了，就是測量誤差產生的根源。分析在各種運行工況下的正負情況，即可得出測量誤差。

3.2引起測量誤差原因理論分析

引起線路誤差

如果只有A相負載（感性），那么

則

當時，，電壓和電流的相位差小于90°，，電能表測得電能小于負載實際消耗的電能(測量負誤差)；當時，，，電能表測得電能大于負載實際消耗的電能(測量正誤差)；當時，，，則無線路附加誤差。

如果只有A相負載（感性），那么

則

當=0~1時，90°~0°，電壓和電流的相位差大于90°，， 電能表測得電能總是大于負載實際消耗的電能。如果只有B相帶負載，電能表由于沒有電流通過它的電流線圈，根本不計電量。

4.案例分析

某電廠二次升壓線路電能的測量方式，設計院設計是三表法測量，而其他所有關口電能表都設計為二瓦法測量。對二次升壓變壓器的電能測量進行了二瓦法和三表法誤差比對。

4.1功率測量誤差比對分析

1)二瓦法：UAB=109.2 V，UCB=108.9 V，IA=0.237 A， IC=0.235 A，P1=-0.28 W， P2=21.54 W∑P =21.18 W，∑Q =39.8 var，cosφ=0.47

2)三功率表法：UA=62.7 V，UB=63.3 V，UC=62.2 V，IA=0.237 A，IB=0.251 A，IC=0.235 A，PA=7.39 W，PB=6.03 W，PC=6.49 W，∑P =19.93 W，∑Q =40.7 var，cosφ=0.44

兩表法比三表法多測量為(21.18-19.93)/19.93×100%=6.3%

4.2電能測量誤差比對分析

從開始到結束，配合設備投運時間，對二次升壓線路變壓器進行了長時間的二瓦法測量和三功率表法測量的比對，比對表使用電能表，比對結果如表1所示。

表1：二瓦法測量和三功率表法測量比對表

比對項 二瓦法 三功率表法

測定設備 二次升壓變 二次升壓變

測定日期 2010-07-31 2010-08-17

電能表表碼 46.101 43.85

比實際電能測量誤差/% +5.13 0

通過對二次升壓線路的變壓器的比對可以看出，確認二次升壓線路的變壓器的負載相同的情況下二瓦法比三功率表法(實際電量)多測量5.13%左右。

5.結束語

三相四線電路中，接三相三線電能表計量電能，只有在三相電路負載對稱，中性線無電流時，電能表的計量才是正確的。因此，在電能計量方式的選擇過程中，必須首先明確電路系統的性質，如果為中性點可靠接地的三相四線供電線路，必須配置三線四線電能表。

參考文獻

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注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。