三相三線電能計(jì)量裝置電壓互感器二次側(cè)極性反接案例分析

王 壯，童格格，秦立瑛

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚(yáng)州供電分公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 研究背景

電能計(jì)量作為電力企業(yè)與用戶進(jìn)行電能核算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其計(jì)量的準(zhǔn)確性關(guān)系到電力企業(yè)與用戶的利益。電能計(jì)量裝置是供電企業(yè)電能計(jì)量的核心組成部分，其自身的科學(xué)性、合理性、準(zhǔn)確性至關(guān)重要，裝置內(nèi)各元件是否正常、接線方式是否正確等都影響著計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

電能計(jì)量裝置由電能表、電壓互感器、電流互感器及二次連接導(dǎo)線構(gòu)成。電能計(jì)量裝置接線正確，是維護(hù)電能計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)條件，關(guān)乎電費(fèi)結(jié)算的公平公正。

簡單的三相三線電能計(jì)量裝置接線方式共有48 種，其中包括6 種電壓相序、2 種電流相序與4種電流極性。這些接線方式較為常見，因此被研究得比較多，其他接線方式則較少見于研究中[1]。

相比于直接接入式電能表，經(jīng)互感器接入的電能表接線復(fù)雜程度大大增加，接線異常的發(fā)生概率顯著增大，并且異常發(fā)生的位置更加多元和隱蔽，從而帶來排查難度大、異常原因難以準(zhǔn)確定位等問題[2-3]。

當(dāng)發(fā)生三相三線電能計(jì)量裝置電壓互感器二次側(cè)極性反接時(shí)，由于可能存在電能表對自身電壓接線相序判定異常，往往容易引起接線異常類型誤判（如誤判為電流互感器二次側(cè)繞組串接），進(jìn)而干擾接線更正，引起新的接線錯(cuò)誤。本文基于某典型案例，分析此類異常的表現(xiàn)特征和發(fā)生機(jī)理。

2 電流互感器二次側(cè)繞組串接特性

電流互感器二次側(cè)繞組串接同樣是常見的接線錯(cuò)誤之一，其反極性串接時(shí)的電流特性與本文研究的電壓互感器二次側(cè)極性反接類似，因此下面先介紹電流互感器二次側(cè)反極性串接時(shí)的電流電壓特性[4]。

電流互感器二次側(cè)反極性串接指的是A、C 兩相線路上的電流互感器（TA）以相反的磁通方向串聯(lián)在一起，電氣接線圖如圖1 所示。

圖1 電流互感器二次側(cè)反極性串接電氣接線圖

用Ia、Ic分別表示A、C 兩相的電流，當(dāng)三相負(fù)載平衡時(shí)，兩相電流相等，都為I，電流互感器線圈的感應(yīng)電動勢同樣相等，記為E。當(dāng)發(fā)生電流互感器二次側(cè)反極性串接時(shí)，兩相電流發(fā)生改變，變?yōu)榇笮∠嗟确较蛳喾矗碔a?Ic與Ic?Ia，感應(yīng)電動勢均變?yōu)椤上嚯娏魍瑯影l(fā)生偏轉(zhuǎn)，相對于正確接線時(shí)的電流Ia、Ic分別順時(shí)針/逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)了30°。反極性串接后相量圖如圖2 所示。

圖2 電流互感器二次側(cè)反極性串接電氣相量圖

流過電流互感器的電流不會因?yàn)橛?jì)量表計(jì)或繼電保護(hù)裝置等負(fù)荷而改變，所以可以把電流互感器當(dāng)成電阻為r的恒流源。電流互感器串接等價(jià)于2個(gè)恒流源串聯(lián)，此時(shí)電阻為2r，反極性串接后的計(jì)量電流為，即電流減小為原來的

3 電氣量分析

電力用戶用電信息采集系統(tǒng)常規(guī)采集電能計(jì)量裝置的電壓、電流、功率等電氣量曲線數(shù)據(jù)，以及電壓相序等狀態(tài)字?jǐn)?shù)據(jù)。

某專變用戶電壓等級為交流10 kV，電壓規(guī)格為3×100 V，電流規(guī)格為1.5（6）A，綜合倍率1 500。其采用三相交流供電方式，計(jì)量方式為高供高計(jì)，計(jì)量裝置接線方式為三相三線，透抄電能表電壓相序狀態(tài)字為逆相序。

該用戶的裝表日期為2021 年1 月17 日，查詢用戶的電流曲線數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)從電能表計(jì)量開始，該用戶的A、C 兩相電流長期呈現(xiàn)電流大小基本一致的現(xiàn)象，符合電流回路串接的特點(diǎn)。

進(jìn)一步對接線相量圖進(jìn)行分析，計(jì)量裝置在某一時(shí)刻的接線相量圖如圖3 所示，A、C 兩相電流夾角呈180°。進(jìn)一步以散點(diǎn)形式表征電流相量，繪制該典型日全天的接線相量圖如圖4 所示，A、C兩相電流相量基本對稱。綜上，該用戶A、C 兩相電流呈現(xiàn)大小相等、方向相反的特點(diǎn)，與電流互感器二次側(cè)繞組反極性串接的電流特性一致，疑似發(fā)生電流回路反極性串接。

圖3 接線相量圖（2022-5-31 16:30）

圖4 接線相量圖（2022-5-31）

4 電氣量異常原理

4.1 計(jì)量裝置接線圖

三相三線計(jì)量裝置正確接線如圖5 所示。

圖5 三相三線電能計(jì)量裝置標(biāo)準(zhǔn)接線圖

經(jīng)計(jì)量人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，本案例中接線異常類型為計(jì)量裝置第二計(jì)量元件所在回路的電壓互感器極性反接，接線圖如圖6 所示。

圖6 案例接線圖

4.2 典型異常特征

電壓互感器接線正常的狀態(tài)下，電壓三角形為等邊三角形，如圖7 所示，三條邊為線電壓Uac、Uab、Ucb，三角形中心點(diǎn)到各頂點(diǎn)為相電壓Ua、Ub、Uc，線電壓幅值為相電壓的倍，兩者大小分別為100 V 和57.7 V。

圖7 電壓三角形

當(dāng)?shù)诙?jì)量元件所在回路的電壓互感器發(fā)生反接后，Ucb反向，此時(shí)A 相與C 相間的線電壓Uac由Ubc指向Uab，三者構(gòu)成頂角為120°的等腰三角形，Uac為原線電壓的倍，約173 V，此時(shí)電壓三角形如圖8 所示。

圖8 電壓三角形（TV 極性反接）

因此，發(fā)生電壓互感器二次側(cè)反接時(shí)，典型異常特征為Uac幅值約為173 V。若是現(xiàn)場人工檢查，可以通過測量電壓Uac的值進(jìn)行驗(yàn)證，而電能表中沒有采集電壓Uac的值，因此無法在遠(yuǎn)程進(jìn)行判斷。

4.3 TV 遠(yuǎn)程監(jiān)測結(jié)果異常原因分析

4.3.1 電能表電壓接線相序判定異常

本案例中，計(jì)量人員基于用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程透抄電能表的電壓相序，結(jié)果為順相序接法。經(jīng)現(xiàn)場檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電能表電壓實(shí)際為逆相序接法，因而引起接線相量圖繪制錯(cuò)誤及分析結(jié)果錯(cuò)誤。

經(jīng)分析，產(chǎn)生該異常的主要原因?yàn)殡娔鼙碜陨硐嘈蚺袆e規(guī)則存在不足。當(dāng)前，三相三線電能表大多采用兩相計(jì)量電壓過零點(diǎn)的時(shí)間間隔判斷相序[5]。結(jié)合圖7，在正相序時(shí)，第一元件計(jì)量電壓Uab超前第二元件計(jì)量電壓Ucb300°（如圖9），考慮電網(wǎng)頻率約為50 Hz，超前過零點(diǎn)時(shí)間約為16.67 ms。考慮電網(wǎng)頻率波動和計(jì)時(shí)誤差等影響因素，判別時(shí)間基準(zhǔn)允許存在一定的裕度 ε，因此當(dāng)?shù)谝辉妷哼^零點(diǎn)時(shí)間超前第二元件 (16.67±ε) ms 時(shí)，判定電能表狀態(tài)字記錄為電壓順相序接線，若不滿足，則記為逆相序。

圖9 正相序電壓波形圖

發(fā)生第二元件反接時(shí)，結(jié)合圖8，第一元件計(jì)量電壓Uab超前第二元件計(jì)量電壓Ubc120°（如圖10），對應(yīng)超前過零點(diǎn)時(shí)間約為6.67 ms，由于6.67 ms ?{16.67?ε,16.67+ε} ms，因此被誤判定為逆相序。

圖10 TV 極性反接電壓波形圖

此外，在本案例中，用戶負(fù)荷性質(zhì)較為特殊。該用戶為新能源汽車充電公司，提供充換電服務(wù)，在電動汽車充電時(shí)，三相負(fù)荷幅值基本一致，因此易被誤判為電流回路發(fā)生串接。

4.3.2 電壓采集信息不足

在順相序下，重新繪制接線相量圖，如圖11 所示，與C 相電流反向時(shí)的圖形特征一致，易被誤判為C 相電流反接。因此，由于缺少Uac的計(jì)量結(jié)果，實(shí)際上難以遠(yuǎn)程判定異常類型。

圖11 接線相量圖-順相序（2022-5-31 16:30）

5 結(jié)束語

在三相三線電能計(jì)量回路中，當(dāng)某個(gè)電壓互感器二次側(cè)極性反接時(shí)，可能引起電能表電壓接線相序狀態(tài)字錯(cuò)誤，進(jìn)而接線相量圖繪制錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)接線類型誤判。

此類錯(cuò)接線的典型特征為Uac幅值為常規(guī)線電壓 的倍，即 |Uac|≈173 V 。該特點(diǎn)能夠幫助計(jì)量人員精準(zhǔn)判定異常類型，支撐現(xiàn)場消缺，提高計(jì)量業(yè)務(wù)工作準(zhǔn)確度。