三相三線電能表相位正確情況下負電流分析

國網河北省電力有限公司平鄉縣供電分公司 張彥廣

利用用電信息采集系統對異常情況展開監測，是保證電能計量裝置應用精準性的有效舉措，但在具體進行用電信息采集系統應用時，可能會因為負載性質影響，導致三相三線電能表即便在接線正確的情況下仍會出現負電流問題。如單純對電能計量裝置電流二次回路接線展開調整，可能會造成電能表計量出現失準的狀況。

1 電能表計量原理

在對三相三線電能表（簡稱電能表）進行使用過程中，會通過對液晶顯示器對接入電流狀態展開觀察，確定電流接線是否合理。如顯示器顯示為“-”號，并不代表電流互感器存在極性接線錯誤，需通過深入性分析明確負電流產生的根本原因，再展開調整方案設置。為更好地對負電流產生原因展開分析，首先需對電能表計量原理展開探討，以便更好地展開原因研究。

電能表計量原理：根據電能表基本情況，在對電能表進行使用過程中，會對需量、四個象限功以及無功電量等內容展開同時計量，會通過對測量元件的運用對電能表電量參數展開計算。設備內容計量芯片算法和二元件有功電能表計算原理基本相同，如果假定三相電壓保持對稱狀態、三相電流保持平衡，此時將三相三線兩元件電能表運用到中性點絕緣系統用戶當中，在按照相應公式展開計量分析[1]。在通過計算獲得一元件、二元件有功功率以及總有功功率和總無功功率之后，能夠根據計算公示確定兩表法計量基本原理。其中第二元件和第一元件之間功率正負和對應相電流、電壓間夾角余弦值φ 有密切關聯。

按照相量分析，電能表計量元件1電壓用Uab表示，電流用Ia表示；元件2電壓為Ucb，電流為Ic，則各計算公式如下。一元件、二元件有功功率計算：P1=UabIacos(30°+φa)，P2=UcbIccos(30°-φa)；總有功功率：P=P1+P2=UIcos(30°+φ)+UIcos(30°-φ)=一元件、二元件無功功率計算：Q1=UabIasin(30°+φa)，Q2=UcbIcsin(330°+φa)；總無功功率：Q=Q1+Q2=UIsin(30°+φ)+UI sin(330°+φ)=

2 接線正確情況下出現負電流原因分析

由于當三相三線兩元件電能表內元件有功功率出現負值狀態時，電能表會自動將元件電流判斷為負值，所以在電能表處于正確接線狀態時，也可能會出現采集系統負值或電流顯示為負值狀態的狀況。

以一元件分析為例：此時按照上述公式內容，如顯示器中一元件電流數值為負值，則一元件有功功率也呈現為負數狀態；如果顯示器中的二元件電流數值呈現為負數，則二元件有功功率處于負數狀態[2]。如果處于前一種狀態模式，一元件的夾角余弦值會處于60～90°之間，sin(30°+φa)屬于正值狀態，其無功功率在1以上。在接線正確的狀態下，一元件有功功率如果呈現為負值狀態，電能表總有功功率會處于正值的狀態，總無功功率也是如此。

根據綜合分析結果，在確定電能表接線處于正確狀態時，發現無功欠補償用戶A 相長期顯示電流多為負值，用戶變壓器存在空載及輕載等問題，沒有及時進行無功補償。在變壓器處于輕載及空載運行狀態時，可從電網處吸收到一些有功功率，能對渦流損耗及磁滯損耗進行補償，有功分量此時會處于低于無功分量的狀態，夾角余弦值會超過60°。接線正確但顯示為負電流的狀態，主要以無功過補償用戶為主，會在變壓器處于空載或輕載狀態過程中，出現沒有按照功率因素展開投切或無功補償裝置存在故障的狀況，會導致無功補償出現過補償的狀況，此時的夾角余弦值會在60°以下。但需要注意，無論是哪種情況電能表的總有功率都會超過0。

3 接線錯誤特性分析及負電流現象解決策略

在此將通過對接線錯誤時特性的分析對負電流產生可能性展開研究，以便結合正確接線下的電能表狀態，對該狀態下出現負電流問題處理的方式方法展開探討。按照三相三線電能表特性，因為三相電壓及電流均會按照相應顏色進行分色，會對線徑進行分設接線，所以一般不會出現電流或電壓相位接錯的問題，接線錯誤多會發生在電流二次回路極性方面[3]。在此，將重點對A 相極性接反特性及C相極性接反特性展開探討。

3.1 A 相極性接反特性

在對極性接反之后的特性進行分析時，需結合功率因數角具體情況，按照角度數值進行分析。如果功率因數角處于-90～60°之間，一元件以及二元件的有功功率均處于負值狀態，此時總無功功率以及總有功功率也處于負值狀態，無論是C 相還是A相都顯示為負值電流，和接線應出現電流模式并不相同。如果功率因數角數值在60～90°之間，無論是一元件二元件的有功功率還是總功率均處于正值狀態，總無功功率為負值狀態，此時兩相電流均顯示為正向電流，和應該出現的接線電流形式并不相同。

功率因數角處于0～60°范圍時，一元件有功功率為負、但二元件的有功功率為正，總無功功率與總有功功率與呈現為相反的狀態。所以A 相極性在出現接反狀況之后，總無功功率始終處于負值狀態，無論功率因數如何變化都不會發生改變，與正確接線所顯示的無功功率數值處于相反狀態，可利用這一點確定A 相極性連接是否準確。

3.2 C 相極性接反特性

在出現極性接反的狀況時，如功率因數角處于-90～-60°之間，一元件及二元件的有功功率處于正值狀態，總無功功率及有功功率為正向，兩項顯示電流均為正向電流，和正常接線模式出現的電流情況并不相符；在功率因數角為60～90°之間時，一元件和二元件的有功功率處于負值狀態，總無功功率為正值狀態，兩項所顯示的電流均處于負值，和具體接線所顯示的情況并不相符。綜上，在C 相極性出現接反問題時，無功功率始終處于正向狀態，并不會因功率因數的變化而出現干擾，和C 相負電流狀態時的無功功率數值正好相反，可通過對無功功率數值狀態的分析確定是否存在極相接反的問題，以便及時對接反問題進行糾正，保證接線的準確性。

通過對A 相及C 相極性接反情況的分析可發現，當兩者處于接反狀態時所表現出的情況與正確接線情況并不相符，非發電用戶的無功功率及有功功率均處于負值狀態，可按照這一特點確定是否存在接線問題，并直接找到癥結所在對問題進行處理，保證電能表的接線準確性，為后續的使用提供助力，確保正確接線下的復電流問題能夠得到合理解決。

3.3 三相四線電能表計量原理與負電流處理方案

無論是三相四線還是三相三線電表能都具有相同功能，但前者能通過對測量元件的運用對三相電量參數展開獨立計算，其內部計量芯片算法和三元件有功電能表的計算原理基本相同[4]。兩種電能表在接入方式方面并不相同，其中三相三線電能表并不需要展開B 相電流及零線的連接，會因接入方式存在差異而導致兩者計量原理并不相同。

電能表接入綜合負荷性質和三相三線電能表有功計量原理有密切關聯，會在特定負荷性質狀態下確保在正確接線狀態時不會發生負電流的狀況。而三相四線電能表有功計量原理和負荷性質間的關聯并不強，在各相的有功功率因素角處于-90～90°范圍時并不會導致負有功功率的出現。

3.4 回路改造和現場測試

在保持三相三線電能表原有回路基礎上，通過進行B 相電流及零線連接的方式，根據三相四線電能表接線方式進行接線，并在完成接線后對電能表電量底數進行抄寫。需要通過對電能表校驗裝置的應用，向兩塊電能表施加相同組電壓，加入相同的電流以及運行相位，對相同時間段內的電量走數情況進行記錄。通過進行現場測試驗證發現，將三相三線電能表轉變為三相四線電能表后，能對原有正確接線狀態下的負電流產生問題進行有效處理，不僅電表運用較為理想且計量準確度相對較高。

4 總結分析

智能表在運行過程中如出現負電流問題，表明可能是電能表內部A 相電流出現反向狀態所造成的。當通過計算得到有功功率處于負值狀態時，便可判斷A 相電流處于反向狀態，需通過對現場具體情況的分析和判斷，確定電流接線是否準確。

在電表出現功率因數超下限警告問題時，該項問題和電表出廠默認總功率因數閥值及接入設備負載性質有著密切關聯，如存在接入設備負載超過主性負載的狀況，會因接入設備總功率因數沒有達到電能表默認設置因素水平的原因，導致出現超下限警告的問題[5]。需通過對電能表功率因數下降具體產生情況的詳細分析，制定出針對性較強的應對舉措，通過合理設置參數以及提升接入設備功率因數等方式，保證警告能夠得到及時消除。

如果電能表接線處于正確狀態，但存在功率因素超限及負電流問題，可能是因接入電能表設備負載性質所造成的，所以為有效規避該項問題，需在進行電能表設備選擇過程中做好設備負載性質的挑選，通過合理分析選擇出最佳設備，以便實現對負電流問題的徹底根治。

綜上，因為負電流的形成原因相對較為復雜，所以在出現該項問題時，需做好問題產生根本原因的分析，不得直接進行調整，需按照計量原理內容、通過計算的方式確定負電流產生的具體情況，以便通過和三相四線電能表進行轉換或合理挑選設備負載性質等方式，達到對負電流問題的有效處理，保證電能表的計量準確程度。