正確接線情況下三相三線電能表負(fù)電流現(xiàn)象原因分析

(國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

電能計(jì)量是電力生產(chǎn)、營銷以及電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。電能計(jì)量的準(zhǔn)確與否將影響電能貿(mào)易結(jié)算的公平、公正，關(guān)系到電力企業(yè)、廣大電力客戶和老百姓的經(jīng)濟(jì)利益。電力用戶用電信息采集系統(tǒng)是對日常計(jì)量采集運(yùn)維工作進(jìn)行異常監(jiān)測、消缺反饋的重要途徑。

異常計(jì)量模塊電流失流數(shù)據(jù)中常會出現(xiàn)電能表負(fù)電流現(xiàn)象，在排除了裝表人員接線錯誤或電能表故障的情況，也就是說現(xiàn)場接線正確、表計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的時候，電能表負(fù)電流現(xiàn)象一般由負(fù)荷性質(zhì)導(dǎo)致。

下面將通過“兩表法”計(jì)量基本原理和相量圖，從功率因數(shù)的角度分析出正確接線情況下三相三線電能表出現(xiàn)負(fù)電流的原因。

1 兩表法計(jì)量基本原理及接線相量圖

圖1是三相三線電能表接線示意圖，電能表內(nèi)部由兩只單相功率電能表組成，分別稱作第一元件、第二元件。第一元件的流入電流為Ia，兩端的電壓為Uab；第二元件的流入電流為Ic，兩端的電壓為Ucb，則兩功率元件的功率表達(dá)式為

(1)

(2)

另一方面，三相三線電能表的功率表達(dá)式為

=PⅠ+PⅡ

(3)

這就是兩表法計(jì)量的基本原理，可以看到第一元件與第二元件的功率正負(fù)取決于線電壓和對應(yīng)相電流之間夾角的余弦值。需要注意的是，單一元件的功率正負(fù)僅僅是數(shù)學(xué)表達(dá)，并不具備物理意義。兩元件的功率之和才能反映三相三線電能表的總功率。

圖2是與圖1對應(yīng)的接線向量圖，φa、φc為A、C相的功率因數(shù)角，即對應(yīng)相電流滯后相電壓的角度。考慮到一般專變客戶負(fù)荷為阻感性，cosφa、cosφc的值約為0.8～0.9。此時式(3)可以簡化為

P=UabIacos (30°+φa)+UcbIccos(30°-φc)

(4)

式中：(30°+φa)為第一元件的功率夾角；(30°-φc)為第二元件的功率夾角。

圖1 三相三線電能表接線

圖2 典型三相三線電能表電壓-電流向量

2 負(fù)電流現(xiàn)象及原因解釋

根據(jù)DL/T 645-2007《多功能電能表通信協(xié)議》，標(biāo)準(zhǔn)的三相三線制智能電表在正確接線情況下會由于負(fù)載的性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)電流。三相智能電表顯示的某相電流的正負(fù)取決于該相電流與對應(yīng)電壓的功率夾角，也就是說負(fù)電流是電能表功率元件反映負(fù)功率的直接表現(xiàn)。當(dāng)(30°+φa)或(30°-φc)大于90°時，該相功率即為負(fù)功率，在電能表上顯示的為負(fù)電流?？紤]到符合現(xiàn)實(shí)中的一般情況以及用戶無功補(bǔ)償裝置投切過程中的極端情況，認(rèn)為負(fù)荷為阻感性(含純電感)或阻容性負(fù)載(含純電容)。

2.1 A相負(fù)電流

圖3為A相負(fù)電流的向量圖。如圖所示，當(dāng)A相功率因數(shù)較低的時候，φa∈(60°，90°)，第一元件的功率夾角(φa+30°)∈(90°，120°)，此時A相為負(fù)功率，電能表顯示A相電流為負(fù)。

圖3 A相負(fù)電流向量

2.2 C相負(fù)電流

圖4為C相負(fù)電流的向量圖，如圖所示，當(dāng)C相過補(bǔ)償、負(fù)荷為容性且電流相位超前電壓時，第二元件的功率夾角(30°-φc)∈(90°，120°)，此時C相為負(fù)功率，電能表顯示C相電流為負(fù)。

圖4 C相負(fù)電流向量

在工作現(xiàn)場，專變客戶普遍在總配電柜處對設(shè)備采取集中式無功補(bǔ)償方案，以滿足功率因數(shù)達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，故在正確接線的情況下，A、C相電流不會同時出現(xiàn)負(fù)值。當(dāng)A相出現(xiàn)負(fù)電流時，一般是由于負(fù)荷功率因數(shù)偏低，且客戶未投入無功補(bǔ)償導(dǎo)致；C相出現(xiàn)負(fù)電流一般是由于過補(bǔ)償導(dǎo)致。關(guān)于這兩種情況的研判，還可通過電費(fèi)發(fā)票中的力調(diào)電費(fèi)項(xiàng)加之輔助判斷。

3 實(shí)例驗(yàn)證

實(shí)例1：某食品加工企業(yè)變壓器容量為400 kVA，采用高供高計(jì)計(jì)量方式、三相三線電能表計(jì)量，電流互感器變比為30/5，電壓互感器變比為10 000/100。表計(jì)A相出現(xiàn)負(fù)電流，通過用電信息采集系統(tǒng)召測電能表數(shù)據(jù)如表1所示，圖5是一天內(nèi)該表計(jì)的電流變化曲線圖。

通過營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)查看該戶發(fā)票，發(fā)現(xiàn)每月力調(diào)電費(fèi)均為正，判定該用戶每月功率因數(shù)均未達(dá)到考核值，同時經(jīng)現(xiàn)場勘查，該用戶未裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。故電能表A相出現(xiàn)負(fù)電流的原因是由于該用戶功率因數(shù)偏低導(dǎo)致。

實(shí)例2：某建材制造公司變壓器容量為315 kVA，采用高供高計(jì)計(jì)量方式、三相三線電能表計(jì)量，電流互感器變比為20/5，電壓互感器變比為10 000/100。表計(jì)C相出現(xiàn)負(fù)電流，通過用電信息采集系統(tǒng)召測該電能表數(shù)據(jù)如表2所示，圖6是一天內(nèi)該表計(jì)的三相電流變化曲線圖。

通過營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)查看該戶發(fā)票，發(fā)現(xiàn)每月力調(diào)電費(fèi)均為負(fù)，判定該用戶每月功率因數(shù)超過考核值，予以獎勵。同時經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查了解，該用戶凌晨僅有部分生產(chǎn)保安負(fù)荷，變壓器幾乎空載運(yùn)行，且該用戶集中式無功補(bǔ)償裝置自動投切裝置故障，只能轉(zhuǎn)換至手動投切。該用戶全天候投入無功補(bǔ)償裝置，故判斷電能表C相出現(xiàn)負(fù)電流的原因是輕負(fù)荷下電容過補(bǔ)償導(dǎo)致的電流負(fù)值。

4 結(jié) 語

三相三線電能表在正常接線的情況下,表計(jì)顯示或者用電采集系統(tǒng)會出現(xiàn)負(fù)電流。具體來說，A相電流為負(fù)是因?yàn)楣β室驍?shù)過低、無功補(bǔ)償不足導(dǎo)致，C相電流為負(fù)是因?yàn)闊o功補(bǔ)償裝置過補(bǔ)償造成的。對于此類現(xiàn)象，采集運(yùn)維人員要利用用電信息采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)認(rèn)真分析，畫出向量圖并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際判斷準(zhǔn)確原因。

表1 實(shí)例1用電信息采集系統(tǒng)隨機(jī)采集數(shù)據(jù)-A相負(fù)電流

圖5 實(shí)例1電流曲線變化圖-A相負(fù)電流

表2 實(shí)例2用電信息采集系統(tǒng)隨機(jī)采集數(shù)據(jù)-C相負(fù)電流

圖6 實(shí)例2電流曲線變化圖-C相負(fù)電流