配電網電能準確計量方法研究

杜宗林,陳明照,劉軍志

（長沙電力職業技術學院電氣工程系,湖南長沙,410131）

配電網電能準確計量方法研究

杜宗林,陳明照,劉軍志

（長沙電力職業技術學院電氣工程系,湖南長沙,410131）

電能計量是電網公司日常工作的重要組成部分, 計量的準確性關系到企業和人們的切身利益。因此，對測量結果進行進行分析，在工作中如何減少誤差，成為了擺在廣大計量人員面前的重要課題。

配電網；計量方法；研究

0 引言

電能計量是電網公司日常工作的重要組成部分。而由于各種因素導致的電能計量誤差，給電力部門和電力客戶之間的電費核算造成了不良影響，嚴重影響了電力部門的聲譽，供電企業電力客戶都期待著電能計量裝置能夠科學、準確、合理的度量電能量，因此有必要采取措施對電能計量裝置的誤差進行分析、控制和處理，盡最大努力滿足雙方的要求。因此，文章在分析了電能計量裝置的誤差及其形成的根源的基礎上，并在結合電力部門現場工作實際基礎上，提出了解決電能計量裝置誤差的控制處理策略。

1 研究電能計量的重要意義

隨著我國電力體制改革的順利推進,發電公司與電網公司之間的電能結算變得十分重要，關口電能計量裝置的準確度成為雙方都十分關心的焦點,關口電能計量裝置是否準確計量將直接影響發電和電網公司企業的經濟利益。同時，供電公司與用戶之間也必須進行電能結算，因此，提高電力系統的計量準確性以及收費的科學性，這不論是對企業還是用戶來說，都是十分重要的。電力系統在進行電能計價銷售時，與用戶之間所進行的電量交易，不僅僅是屬于經濟的問題，其中也涉及到技術問題 。

2 計量裝置在電能計量中的誤差分析

2.1 電能表的誤差

目前在電力部門使用的電能表種類較多，主要分為電能表有感應式和電子式兩種電能表，而這兩種電能表的計量誤差主要由電能表本身結構和功能原因所引起的基本誤差和由電能表運行周邊環境所引起的附加誤差兩部分組成，對于電能表本身的誤差而言，感應式電能表比較明顯，感應式電能表的誤差特性與電流及功率因數的變化有關。

由于受電能表中鐵芯非線性磁化曲線和轉動部分摩擦力矩的影響， 當負載在較小范圍內時，電能表產生的誤差值將很大，這是由于負載低時轉矩相應的比較小，這時只要補償力矩比摩擦力矩小，電能表誤差就會向負方向變化，此時相位角誤差很小，電流自制動力矩可以忽略 ；當負載增大時，力矩也會相應增大，非線性誤差和摩擦誤差相對減小,而此時電流自制動力矩不大，從而使綜合誤差減小；當電流接近標定電流時曲線趨于平緩，且達標定值時誤差值達最小。當負載電流繼續增大到標定值以上時，電流自制動力矩增大，電能表鐵芯達到飽和，轉矩不再增加，這時再次出現負向誤差。

以上為電能表的基本誤差，另外隨電能表所處環境與標定條件的不同，比如：電壓、溫度、頻率等參數的變化會引起附加誤差，基本誤差和附加誤差的代數和即為電能表的誤差。

2.2 互感器的對測量結果的影響

由于互感器本身的原因，在其使用過程中難免會出現誤差，這就得互感器二次側實際值與互感器銘牌上標示變積與一次側的真實值不相符，而且其相位也有一定的偏感器的合成誤差表示互感器的綜合誤差值， 則有 ：

式中 ： K1為電流互感器額定變比 ； Ku為電壓互感器額定變比； P1為一次側功率真實值 ；為二次側功率測量值。

對于單相線路而言， 當接有電流和電壓互感器時， 其互感器的合成誤差可以用下式表示 ：

2.3 二次回路壓降對誤差的影響

電壓互感器二次回路壓降引起的誤差， 主要是指電壓互感器二次側和電能表電壓端子之間的電壓幅值相對于實際二次側電壓的百分數比差以及兩者之間角差和相位差的總和。二次回路壓降引起的比差和角差可以等效于電壓互感器的比差和角差，但二次回路壓降引起的誤差穩定性較弱， 而電壓互感器的誤差較為穩定。另外由于安裝在電廠或變電站的互感器和安裝于控制屏上的電能表之間往往有走向復雜、距離較長的二次導線， 這會事電壓互感器二次側電壓與二次回路上電能表端子電壓不相等，從而使幅值降低和相位發生變化， 最終形成壓降誤差。

3 諧波對電能正確計量的影響

隨著我國社會經濟的飛速發展，以及科技水平的逐漸提高，各種非線性負荷的電子電力設備被越來越多地應用到了電力系統中，由此也導致了大量諧波的出現。受到電力系統諧波的影響，電力計量的準確性有所損失，并對我國的經濟發展產生了一定的阻礙作用。因此，電力管理部門和各個電力企業對于電力系統諧波危害的認識也有所加深。

3.1 諧波產生的主要原因

在出現電力電子設備之前，諧波產生的主要源頭是變壓器，屬于一種三次諧波為主要表現形式的奇次諧波，為有限的諧波源，且量值較小。現階段，因為變壓器所帶來的諧波量值較小，而逐漸退出了主要位置，其他各類電力電子設備也逐漸替代了變壓器成為了諧波產生的主要源頭，且為組合形式較為豐富的多次諧波。電力電子技術通常是以整流二極管作為其整流器件，從而將交流電轉換為直流電，所以，電子電力技術最為普遍和基本的電能形態也就是整流二極管工頻整流的 AC/DC轉換形式。

一般情況下，包括電化學工業整流、直流電力機車、變頻調速器和開關電源電子整流器等設備在內，通常優先選擇大電容器和橋式整流器濾波為其 AC/DC 轉換器，受到大容量濾波電容器的影響，二極管的導通角一般較小，只有交流電壓達到正弦波的最高值時，才能夠開始導通，這就導致交流輸入電流波形發生了較為明顯的變形，有些情況下三次諧波會超過基波，并表現為窄尖峰脈沖形式， 因而線路公路因素通常會低于 0.6。

3.2 電力系統諧波與電力計量的影響

（1） 全電子式電能表

在利用全電子式電能表計量時，CPU能夠將頻率不同依據正弦規律的變化，分別進行電流和電壓瞬時值的采集與計算。由理論角度來看，這種計算方式可以對電量、諧波的總平均功率耗用值和負載基波進行準確記錄，但是，在諧波電流流動方向的干擾下，在諧波由負載向電網流動時，因為全電子式電能表需要加總諧波有功電能和基波有功電能，則此時所記錄的電能量將會明顯小于負載實際消耗的基波電能，從而凸顯出這種電能表的最大缺陷。同時，全電子式電能表也會受到多種因素的影響而出現誤差，包括電能量的計算方法、電壓電流變換組件的分散性等內在因素，以及頻率、電壓電流、溫度等外界因素，上述各種因素的存在都會對高次諧波產生直接的影響。

（2） 電磁感應式電能表

原有的電磁感應式電能表是以基波為基礎設計的。 若使用過程中不僅僅有基波的存在， 還存在高次諧波分量電流和電壓，則電能表的旋轉圓盤阻抗和電壓線圈的阻抗都會出現一定的改變，進而引發電流磁通和工作電壓磁通的改變，以及電磁轉盤的驅動力改變，這就大大提高了電能表的計量誤差值。同時，受到基波與諧波相互疊加的影響，波形也會出現一定程度的畸變，由于電流線圈和電壓的鐵心不是線性的，因而磁通無法根據波形的改變而逐漸變發生線性變化。由電路理論可知，平均功率只有在相同頻率電流和電壓相互作用才會出現。

4 電能準確計量的典型故障處理方法

電能計量裝置主要由電能計量表計、互感器、二次接線等三個部分構成， 因此電能計量裝置的誤差也由這三部分的誤差組成， 一般將這些誤差統稱為電能計量裝置的綜合誤差， 綜合誤差在數值上等于電能計量表計誤差、互感器合成誤差和電壓互感器二次回路壓降引起的誤差三者之和， 具體如下式 ：

4.1 互感器配置不合理現象

4.1.1 計量用電流互感器的準確度等級不滿足有關規程的要求

(1) 對于上述不滿足電能計量裝置技術管理規程要求的電流互感器嚴格按照0.2S 電流互感器的誤差檢測標準進行檢測, 如果電流互感器誤差檢測結果滿足 0.2S 級誤差要求 , 其準確度等級可以視為“同 0.2S 級 ”。

(2) 對經檢測達不到 0.2S 級誤差要求的電流互感器 , 如果該計量點是結算點且該線路月平均負荷比較小 (< 20% In),建議在適當時機進行更換；其他的只要能滿足0. 2 級誤差要求就可以暫不考慮更換。

(3) 對新建工程嚴把設計選型關,避免出現電流互感器等級不滿足規程要求的類似情況。

4.2 計量用互感器不能保證專用繞組

(1) 如果測控、保護以及遠動等設備與計量共用一個繞組,應更換互感器,設專用計量繞組或建議從電壓互感器落地端子箱到電能表屏鋪設專用計量電壓回路;這樣可以最大限度地減少計量二次回路電流的大小,降低 PT 二次壓降。另外,為避免計量裝置現場檢測對其他回路的影響,計量電壓二次回路在PT落地端子箱處加裝空氣開關。

(2)對新建或擴建工程一定要從設計階段確保采用計量專用的電流、電壓專用繞組。

4.3 互感器實際二次負荷偏小

(1)造成互感器實際二次負荷偏輕的主要原因是設計、定貨時互感器的額定二次負荷選擇太大,而實際上二次負荷超過4VA的已經非常少。因此在工程設計階段, 一定要嚴格把好設計選型關,盡量避免選擇額定容量太大的計量用互感器。

(2)由于互感器實際二次負荷偏輕,造成互感器無法保證其準確度, 因此,建議對電量結算使用的電壓互感器逐步進行二次負荷改造,更換互感器、調整互感器誤差曲線、調低額定二次負荷等等。

4.4 PT 二次壓降的影響

(1)造成PT二次壓降超差的主要原因有:PT 二次回路導線長且截面積小;二次回路接入的設備太多,使得二次回路電流增大,二次壓降偏大;長期運行接觸電阻容易增大,進而造成二次壓降增大; 互感器二次回路存在多點接地, 由于各接地點電位不一致,造成電能表側中性點電位偏移,進而造成二次壓降偏大。前三個原因屬于比較常規的二次壓降超差, 通過有效增大導線截面積和減少回路阻抗通常就可以達到降低二次壓降的目的;但最后一個原因經常被眾多檢測人員所忽視,因此對PT二次壓降影響極大。建議根據檢測數據分析超差原因,制定切實可行的降低二次壓降的辦法。

(2)超差原因是由于二次電纜距離過長、導線截面積過小,電纜以構成計量電壓單獨二次回路或增大導線截面積的方式均可以有效降低其二次壓降。

(3) 屬于PT二次回路中性線多點接地,通過消除多余中性線接地點是較為有效的解決方式,但通常查找和消除接地點的工作比較困難。

(4) 將PT二次保險更換成快速空氣開關,以減小回路接觸電阻。

4.5 電能表不計量的處理辦法

當前，電能表不計量(停走)的原因很多，且檢索出來的數量也多，根據實際情況很難判斷，我們主要關心的是，電表原來是計量的，突然不再計量，它的原因在哪里。

建議采取以下策略：

（1）建立停走電表的記錄，以月為單位，分月初和月末，分別為起點和終點，如果電表整月都不走，則形成歷史月記錄。

（2）檢索當前月停走的電表，以當月1號到當前日為跨度形成當月停走電表。

（3）將當月停走電表與任何一個歷史月記錄比較，若當月停走電表也存在于歷史月記錄中，則認為正常，不顯示。若當月停走電表不在歷史月中，則認為是當月停走，屬于異常，顯示到分析結果中，這樣，分析結果的記錄將大為減少，便于實用。

（4）如果一塊電表一直未走，且沒有讀數，則可單獨顯示。

5 總結

總之，配電網電能計量裝置誤差的形成原因復雜多樣，要減少誤差對計量的影響，必須對各方面的原因進行綜合比較、分析，才能獲得具有針對性、可操作性的控制和處理措施，才能真正實現減少電能計量裝置綜合誤差的目的。通過在實踐中的積累和總結，闡述了引起電能計量誤差的多種因素，提出了若干應對計量誤差的方法和措施。當然，在工作實踐中造成計量誤差的原因遠不止這些，比如部分地區沖擊性的電能負荷，會導致了電網中的電壓不穩定，會引發電能的計量表出現計量誤差，導致測量不精確，因此真正實現電能計價的精確化，仍然需要在生產實踐中不斷總結和探索，以不斷提高計量的準確性。

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Research on the accurate measurement method of power distribution network

Du Zonglin,Chen Mingzhao,Liu Junzhi
（department of Power Engineering, Changsha Electric Vocational and Technical College,changsha ,hunan,410131, China）

Electric energy measurement is an important part of Power Grid Corp's daily work, the accuracy of measurement is related to the vital interests of enterprises and people. Therefore, the measurement results are analyzed, how to reduce the errors in the work, has become an important issue in front of the majority of the staff.

Distribution network; Metering method; Research

TP273

A

杜宗林（1976-），男，四川廣安人，研究生學歷，長沙電力職業技術學院講師，從事電力電子技術在電力系統應用方向研究

湖南省科技計劃項目，項目受理編號：S2012W2053