感應式電能表現場校驗誤差分析

摘要：電能表計量準確與否直接關系著電力系統各項經濟技術指標的實現，但運行中的電能表由于各種原因時常出現誤差超過正常范圍的現象，成為電能計量不可忽視的一個重要問題。本文對感應式電能表各種負載下的誤差進行分析，并提出一些處理措施。

關鍵詞：電能表 現場校驗 誤差分析

0 引言

電能是我國經濟建設和人民生活的一種重要能源，電能表作為電能計量與經濟結算的主要工具，其計量的準確性直接關系著電力系統各項經濟技術指標的實現，直接關系著國家與人民的利益，因此必須保證電能表計量的準確。但運行中的電能表由于各種原因時常出現誤差超過正常范圍的現象，對電能表進行校驗顯得十分重要。現場校驗不需要拆卸電能表，不需要中斷電能表的計量，能在不中斷用電的情況下完成校驗，可以真實地記錄電能表實際工況下的故障情況，近年來成為測試電能表計量誤差的常用方法。

下面，本文以感應式電能表為例，針對電能表現場校驗方法，就電能表計量誤差進行分析，并提出一些有效的處理措施。

1 感應式電能表工作原理及誤差特性

1.1 感應式電能表工作原理

對于感應式電能表來說，其轉盤是一個導體，在交變磁通的作用下產生感應電流，此時轉盤成為載流導體，載流導體在磁場中受到電磁力的作用，因電磁力力矩作用而使得轉盤發生轉動。穿過電能表轉盤的磁通，包括電壓磁通和電流磁通，而在電能表工作過程中，實際上在其轉盤的不同位置一共有三個磁通穿過。磁通最大值在一個周期內移動，經過三個磁極時，磁場不斷重復移動形成旋轉磁場，最終由感應電流與電壓工作磁通相互作用產生電磁力，形成驅動力矩，使轉盤根據負載大小轉動。但要使轉盤在恒定的負載下做等速旋轉，則必須對轉盤施加一個同驅動力矩大小相等方向相反的反作用力矩，也就是制動力矩，制動力矩與轉盤的轉速成正比變化，以阻止轉盤加速轉動，在感應式電能表中，制動力矩由永磁鐵來實現。

1.2 感應式電能表誤差特性

感應式電能表依靠驅動力矩來驅使轉盤轉動，依靠制動力矩來阻止轉盤加速轉動，最終實現對負載的計量。但在實際工作中，電能表除了受到驅動力矩和制動力矩兩個基本力矩的作用外，還會受到抑制力矩、摩擦力矩、補償力矩等附加力矩的作用，這些附加力矩會破壞轉盤的轉速和負載功率，造成電能表計量誤差。電能表的計量誤差分為基本誤差和附加誤差兩大類，基本誤差是在規定的電壓、頻率、溫度條件下所測得的相對誤差，附加誤差則是電能表運行過程中由于電壓、頻率、溫度等的變化所引起的誤差。通常情況下，電能表工作電壓的變化，會由于工作磁通與電壓的非正比變化而破壞電壓抑制力矩、補償力矩和驅動力矩間的比例關系，從而使電能表產生電壓附加誤差，也就是電壓誤差。當電網頻率同電能表額定頻率不同時，會使電流、電壓工作磁通以及其相位角發生改變，使電能表產生頻率附加誤差。而溫度的變化會使制動磁通發生變化，此時電流、電壓工作磁通大小以及相位角都會發生改變，造成計量誤差，也就是溫度誤差。電壓誤差、頻率誤差、溫度誤差是電能表計量中最常見的誤差。

2 滿載誤差分析及處理

在滿載狀態下，電能表的誤差主要由制動力矩造成，其影響因素包括制動力矩、摩擦力矩、電流、電壓抑制力矩等。造成電能表滿載誤差的原因，主要有永磁鐵失磁、永磁鐵間隙過大、電壓與電流磁芯間隙過小、電壓線圈匝間短路等。滿載誤差可以利用滿載調整裝置，也就是制動力矩調整裝置來調整，其主要原理是通過改變電能表永久磁鐵的制動力矩來改變轉盤的轉速。在調整電能表滿載誤差故障時，需要使電能表在額定電壓、額定功率、100%Ib和功率因數COSφ=1.0的情況下進行，最終使電能表滿載時的誤差達到標準數值。

在滿載誤差調整時，有改變制動力矩的制動力臂和制動力矩的制動磁通兩種方法。改變制動力矩的制動力臂，能使永磁鐵沿轉盤半徑方向進行平移，最終改變轉盤的轉速，永磁鐵向軸心移動時制動力矩越小轉盤轉速越快。在采用這種方式時，永磁鐵平移過程一定要緩慢平穩，以免使轉盤與永磁鐵間的氣隙發生改變，在調整完畢后，要用平衡螺釘重新固定。一般情況下，需要將滿載誤差調整到基本誤差限的五分之一以內，以保證標定電流和額定電流下的誤差需要。改變制動磁通來調整滿載誤差更容易控制，這種方法主要通過改變永磁鐵跨于圓盤的有效部分來調整有效磁通量，最終改變轉盤的轉速。

3 相角誤差分析及處理

電能表相角誤差是由于電能表電壓工作磁通與電流工作磁通之間的相位角變化所引起的，當電能表出現相位角誤差時，需要調整電壓工作磁通與電流工作磁通的相位角，使兩者的相角差滿足φ=90°-φ要求，這樣電能表才能在不同功率因數的負載下都能夠正確計量。當電能表存在相位誤差時，一般采用調整αI、αU、αF的相位以改變磁通路徑上的有功損耗，從而改變相位。改變電流工作磁通相位角，可以通過改變αI的變化規律來實現。在負載電流與附加線圈匝數一定時，滑塊向“+”移動會造成回路電阻的增大，從而減小電流降低去磁作用，使電流工作磁通增加減小路徑上的有功損耗，增大驅動力矩提高轉盤的轉速。當調整余量不足時，則需要增加或減少短路片來進行調整，增加短路片會使轉盤轉速變慢，減少短路片則會使轉盤轉速加快。在進行相角誤差調整時，電能表必須運行在額定電壓、額定功率、100%Ib和功率因數COSφ=0.5或Sinφ=0.5的狀態下。

在進行相角誤差調整時，有可能遇到表慢調不快的現象，產生這種現象的原因可能是電壓線圈存在匝間短路，電壓線圈鐵芯銹蝕造成中柱接縫磁阻增加，相位調整失靈等。當出現表快調不慢的情況時，則可能是由于相角調整電阻短路滑片接觸不良或者氧化，短路片數量過少，電阻脫焊等原因。出現這些情況時，應當根據實際原因進行更換、打磨、焊接處理。

4 輕載誤差分析及處理

由于電流鐵芯的非線性、摩擦力矩的存在、測量機構制造和裝配的不準確等原因，當電能表在10%Ib以下輕負載運行時，并聯電路的磁通與電能表轉盤的相對位置會出現不對稱分布，使電能表產生輕載誤差，影響電能表輕負載范圍內的負載特性曲線。當電能表輕載誤差超過標準值時，可以通過輕載調整裝置來調整電能表補償力矩，以補償電能表在5%～20%Ib輕負載狀態下運行時的摩擦誤差和電流鐵芯線的非線性誤差，以及由于裝配不對稱所產生的潛動力矩。

電能表的輕載調整裝置安裝在電壓鐵芯上，通過銅片和鋁片將電壓工作磁通分成兩個部分造成電壓磁通不對稱現象來形成補償力矩，在調整時即可以移動銅片或鋁片的位置來對補償力矩進行調整。輕載誤差調整需要在額定電壓、額定頻率、10%Ib、cosφ=1或sinφ=1的狀態下進行。在調整時，當短路鐵片處于磁極中心對稱位置時，兩側框邊所加載的電壓工作磁通同樣多，此時兩側的補償力矩大小相等，方向相反，在電能表轉盤上的作用將會被完全抵消，不會形成補償力矩。當移動短路鐵片時，兩側所施加的電壓工作磁通發生變化，產生差值補償力矩，差值補償力矩的大小與短路鐵片離中心的遠近有關，方向則同遠離框邊有關。最終通過補償力矩的調整，來使電能表的輕載誤差處于許可范圍內。

5 潛動誤差分析及處理

當負荷電流為零時，電能表轉盤依然連續轉動的現象稱為潛動現象，是電能表常見的故障，造成電能表潛動故障的原因較多，主要包括電能表輕微負荷、輕載正負誤差過大、電能表接線錯誤、三相電壓不平衡、電流互感器故障幾個方面。實際上，制造、裝配、維修等過程，都有可能無意中引起電能表潛動故障，其基本原理是由于磁路的不對稱產生了潛動力矩使得轉盤潛動。在正常情況下，電能表處于80%～110%參比電壓下斷開電流回路時，其轉盤轉動不應當超過一圈。當電能表存在潛動故障時，可以利用電能表防潛動裝置，來制止電能表無負載狀態下的空轉現象。一種方法是通過改變電壓線圈鐵芯磁化鐵片同轉盤轉軸上的鐵絲或鐵片間的距離來改變防潛力矩的大小，來起到防潛動作用。另一種方法是通過調整輕載補償裝置利用補償力矩來補償潛動力矩以起防潛動作用。

6 結束語

電能表是電力系統中最基本的計量工具，關系著企業與用戶的根本利益，必須保證電能表計量的準確性。但電能表在裝配、使用、維修過程中，都有可能因為各種原因而影響電能表計量的準確性，造成電能表計量誤差，給企業和用戶帶來不良影響。在電能表現場校驗中，要注意準確把握不同誤差的產生原因和解決策略，迅速有效地利用相關裝置進行調整，使電能表計量誤差處于許可范圍內，提高電能表計量的精確度。

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