電能表現場校驗用三相模擬負載器的設計與應用

張旭隆，李大鵬

（1.徐州工程學院 信電工程學院，江蘇 徐州 221018；2.國家電網濟寧供電公司，山東 濟寧 272100）

0 引言

實際應用中，采用電能計量裝置現場校驗儀進行電能計量二次回路的接線檢查和判斷，需在線路帶有負荷的情況下方可進行。而對于新建變電站的送電線路，送電當天無法實現帶負荷運行，需等到線路帶有負荷后，才能進行電能計量二次回路接線檢查。如果線路送電前未能及時通過接線檢查發現錯誤，出現安全事故或經濟事故，造成的后果將不堪設想[1-3]。為確保電網的安全運行和計量的準確可靠，進行線路帶負荷前電能表接線檢查是非常必要的[4,5]。

根據電能表現場檢驗儀的測量原理可知，無論三相三線電能表還是三相四線電能表，若要利用電能計量裝置現場校驗儀進行電能表接線檢查，電能表所計量的線路必須帶有一定負荷，考慮到新建變電站送電后的空載運行情況，僅采用電能計量裝置現場校驗儀無法完成無負荷線路電能表接線檢查。針對這一問題，本文提出了一種三相模擬負載，將其串入計量二次回路，使電能表所計量的無負荷線路帶有一定的虛擬負載，進而可產生一定的虛擬負載電流，并可根據實際線路的不同適當的虛擬負載的大小，為電能計量二次回路的現場校驗提供了條件。

圖1 三相三線電能表測量原理圖Fig.1 Three-phase three-wire watt-hour meter measurement

1 電能表現場校驗儀測量原理

1.1 三相三線電能表測量原理

三相三線電能表使用兩個功率元件實現對三相線路的測量，通過在電路中分別接入兩只電流表（串聯在A、C兩相）、兩只電壓表（分別并聯在AB間和CB間）和兩只功率表（電流線圈串聯在A、C相，電壓線圈并聯在AB和CB間），其接線圖如圖1所示。

1.2 三相四線電能表測量原理

三相四線電能表使用3個功率元件實現對三相線路的測量，通過在電路中分別接入3只電流表（分別串聯在A、B、C三相）、3只電壓表（分別并聯在A、B、C各相對N相之間）和3只功率表（電流線圈分別串聯在A、B、C相，電壓線圈分別并聯在A、B、C對N之間），其接線圖如圖2所示。

1.3 電能表現場校驗儀的使用范圍

由電能表現場檢驗儀的測量原理可知，無論三相三線電能表還是三相四線電能表，若要利用現場校驗儀進行電能表接線檢查，電能表所計量的線路必須帶有一定負荷，考慮到新建變電站送電后的空載運行情況，僅僅采用電能表現場校驗儀是無法完成無負荷線路電能表接線檢查的。

2 三相模擬負載器的設計

2.1 三相模擬負載器電氣原理圖

電能計量裝置現場校驗用三相模擬負載器，其三相模擬負載為3組電感線圈L1、L2和L3，每組電感線圈纏繞在一個空心的圓柱鐵芯上；開關K1、K2和K3用于切換三相模擬負載，共有3個檔次：零負載、半載和全載，開關分別串接于三相模擬負載和三相電源之間；指示燈HL1、HL2和HL3用以指示模擬負載大小。三相模擬負載器電氣原理圖如圖3所示。其中電感線圈L=0.154H，感抗大小為：

圖2 三相四線電能表測量原理圖Fig.2 Three-phase four-wire watt-hour meter measurement

圖3 三相模擬負載器電氣原理圖Fig.3 Electrical schematic diagram of three-phase analog load

2.2 三相模擬負載器接線圖

圖4所示為三相四線模擬負載器接線圖。三相模擬負載器的A、B、C相電流引線分別連接電能表A、B、C相電流端口；三相模擬負載器的A、B、C相電壓引線分別連接電能表A、B、C相電壓端口；三相模擬負載器的N相引線連接電能表N相端口。

三相四線電能表接線方式下電壓輸入為U=220V，全載情況下，三相模擬負載器的輸入電流為：

其額定功率為：

圖4 三相三線模擬負載器接線圖Fig.4 Three-phase three-wire analog load wiring diagram

圖5 三相四線模擬負載器接線圖Fig.5 Three-phase four-wire analog load wiring diagram

圖6 空載線路向量圖Fig.6 No load line vector diagram

圖7 三相四線模擬負載器向量圖Fig.7 Vector diagram of three-phase four-wire analog loaders

圖8 三相三線模擬負載器向量圖Fig.8 Vector diagram of three-phase three-wire analog loaders

圖5所示為三相四線模擬負載器接線圖。只需接入A、C兩相電流和電壓線，三相四線電能表接線方式下電壓輸入為Uab=110V，全載情況下，三相模擬負載器的相電流為：

其功率可表示為：

3 實際應用

針對三相四線無負荷的線路，在不采用三相模擬負載器的情況下，利用電能表現場校驗儀進行接線檢查，因無三相電流，六角圖繪制不完整，無法檢查接線正確性，如圖6所示。

按照上述三相四線模擬負載器接線方式，接入三相模擬負載器，在滿載的情況下，產生感性電流，電流平均大小為2.1A，總功率約為3kW，與理論計算值相符，能夠實現電能表現場接線檢查，如圖7所示。

對三相三線無負荷的線路接入三相模擬負載器，在滿載的情況下，產生感性電流，電流平均大小為2.1A，總功率約為380W，與理論計算值相符，能夠實現電能表現場接線檢查，如圖8所示。

4 結束語

本文分析了電能表現場校驗儀的測量原理，給出了三相模擬負載器設計原理和接線圖，提出了在線路帶負荷運行前利用三相模擬負載器提前檢查電能表三相電流錯接、反接及斷路問題，有效避免了線路投入負荷后造成的電網運行風險和電能計量錯誤，提高了設備安全水平，降低了人力和物力投入成本。