一起特殊負(fù)荷性質(zhì)引起的電能計(jì)量裝置接線異常誤判案例

王 壯，秦立瑛，童格格

（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

為保證電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確運(yùn)行，保證電量計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確無誤，維護(hù)電網(wǎng)企業(yè)和電力用戶雙方的經(jīng)濟(jì)利益[1]，電網(wǎng)企業(yè)通常定期對(duì)重要的計(jì)量裝置進(jìn)行接線檢查，結(jié)合計(jì)量裝置的接線相量圖特點(diǎn)，判斷其接線狀態(tài)是否正常。

正確接線下的電能計(jì)量裝置相量圖通常特征較為一致。如圖1 所示，三相三線計(jì)量裝置的A、C兩相電流夾角一般為240°，而三相四線計(jì)量裝置的三相電流兩兩之間的夾角大多為120°，如圖2 所示，受三相負(fù)荷不平衡影響，電流夾角可能出現(xiàn)一定偏差，但偏差一般不會(huì)超過±30°。

圖1 正確接線下的接線相量圖示例(三相三線)

圖2 正確接線下的接線相量圖示例(三相四線)

三相三線電能計(jì)量裝置接線方式包括電壓相序6 種（ABC、BCA、CAB、CBA、BAC、ACB），電壓極性4 種（正正、正負(fù)、負(fù)正、負(fù)負(fù)），電壓斷相4 種（無斷相、A 相斷、B 相斷、C 相斷）、電流相序3 種（AC、CA、AC 串接）、電流極性4種（正正、正負(fù)、負(fù)正、負(fù)負(fù)）[2-3]。各種接線方式的相量圖都有其不同的特點(diǎn)，通常計(jì)量人員可以通過畫出接線相量圖就能準(zhǔn)確找到對(duì)應(yīng)的接線方式。

不過凡事皆有例外，在某些特殊負(fù)荷性質(zhì)下，電壓電流的相量特征將發(fā)生變化，與一般正確接線方式下的相量圖不同，甚至呈現(xiàn)某些典型的錯(cuò)誤接線相量圖特征，因此容易被誤判為接線錯(cuò)誤，對(duì)計(jì)量人員的接線檢查造成干擾，影響接線檢查業(yè)務(wù)的工作效率，甚至引起誤更正，導(dǎo)致接線異常的發(fā)生。

本文針對(duì)中頻爐這類特殊負(fù)荷，分析此類負(fù)荷性質(zhì)下電能計(jì)量裝置的接線特點(diǎn)及引起誤判的原因，幫助計(jì)量人員提高接線檢查業(yè)務(wù)工作效率，避免發(fā)生誤判。

2 接線異常誤判原因分析

2.1 電流互感器二次側(cè)繞組串接特性

電流互感器二次側(cè)繞組串接是常見的接線錯(cuò)誤之一，包括同極性串接與反極性串接2 種情況[4]。本文重點(diǎn)介紹反極性串接，反極性串接即是指A、C 兩相線路上的電流互感器以相反的磁通方向相串聯(lián)，其電氣接線圖如圖3 所示。

圖3 電流互感器二次側(cè)反極性串接電氣接線圖

可以分析出此時(shí)2 塊電能表測量電流發(fā)生了變化，不再是相互獨(dú)立的Ia、Ic，而是大小相等方向相反的Ia-Ic與Ic-Ia。由圖4 可以看出，其在相量圖中的位置也發(fā)生了偏移，相對(duì)于原電流分別順時(shí)針/逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)了30°。

圖4 電流互感器二次側(cè)反極性串接電氣相量圖

2.2 用戶用電信息分析

用戶用電信息采集系統(tǒng)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)。

某專變用戶電壓等級(jí)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)量裝置的接線方式為三相三線。該用戶的A 相電流和C 相電流長期呈現(xiàn)變化特征一致、電流大小一致的特點(diǎn)。該用戶在某典型日的96 點(diǎn)電流曲線如圖5 所示。

圖5 典型日電流曲線（2023-05-15）

A、C 兩相電流的偏差分布如圖6 所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該用戶A 相電流和C 相電流的偏差集中在[0.01%, 0.02%]，最大偏差為0.06%，兩相電流幅值基本一致。

該電能計(jì)量裝置的接線相量圖如圖7 所示，A、C 兩相電流夾角約呈180°。進(jìn)一步地將該典型日96個(gè)時(shí)刻點(diǎn)（采集間隔15 min）的A、C 兩相電流向量以散點(diǎn)形式繪制在接線相量圖中，如圖8 所示，可以看到，兩相電流相量始終呈現(xiàn)對(duì)稱的圖形特征，即電流夾角約180°且幅值一致。

圖7 接線相量圖（2023-06-07 05:45）

圖8 接線相量圖（2023-06-07）

綜合來看，兩相電流始終幅值一致且方向相反，符合電流互感器二次側(cè)反極性串接的電流特性，疑似發(fā)生電流計(jì)量二次回路反極性串接。

3 特殊負(fù)荷性質(zhì)影響原理分析

經(jīng)計(jì)量人員現(xiàn)場作業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)，該計(jì)量裝置接線正確，并未發(fā)生電流互感器二次側(cè)繞組反極性串接。

該用戶主要負(fù)荷為中頻爐。中頻爐是一種將工頻50 Hz 交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300～1 000 Hz）的電源裝置，將工頻交流電整流為直流電后，再變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流。中頻爐主要由電源、感應(yīng)圈及感應(yīng)圈內(nèi)用耐火材料鑄成的坩堝組成，坩堝內(nèi)盛金屬材料[5]。中頻爐的工作原理是：交流電源在感應(yīng)圈中產(chǎn)生交變磁場，高密度磁感線會(huì)不停切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，使金屬材料產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，同時(shí)在爐料的閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會(huì)加熱金屬材料使其熔化，達(dá)到熔煉的目的。中頻爐以其熔煉速度快、節(jié)電效果好、熱加工質(zhì)量高、能耗低等特點(diǎn)正在逐漸淘汰傳統(tǒng)熔煉爐，目前該設(shè)備常用于機(jī)械零件局部熱處理和有色金屬熔煉[6]。

向該用戶供電的變壓器，其原-副邊采用星形-三角形接法，副邊取A、C 兩相交流電，將交流電整流為直流電后供給設(shè)備使用。變壓器原、副邊接線關(guān)系如圖9 所示。

圖9 變壓器原、副邊接線圖

為分析電流關(guān)系，將變壓器副邊接線圖進(jìn)一步繪制如圖10 所示。

圖10 變壓器副邊接線圖

根據(jù)基爾霍夫第一定律，可以得到：

當(dāng)B 相負(fù)載為0 時(shí)：

則有：

即，當(dāng)B 相為0 時(shí)，A、C 兩相電流大小相等，方向相反，與電流計(jì)量二次回路串接特點(diǎn)一致，因此易被誤判為接線異常。

此外，須要注意的是，此類以中頻爐為主要負(fù)荷的用戶，有時(shí)會(huì)在空載相上接入照明等單相負(fù)荷。記B 相上的單相負(fù)荷電流為IΔ，即：

則有：

即，當(dāng)B 相電流很小時(shí)，A、C 兩相電流幅值接近但不完全相等，夾角接近180°但并非完全相反。對(duì)于此類特征的接線相量圖，同樣須考慮可能存在特殊負(fù)荷性質(zhì)的情況。

4 結(jié)束語

計(jì)量人員通常根據(jù)電能計(jì)量裝置的接線相量圖進(jìn)行接線檢查，受特殊負(fù)荷性質(zhì)影響，某些接線相量圖可能呈現(xiàn)異常接線下的圖形特征，導(dǎo)致計(jì)量人員誤判。此類情況，一是增加無用的現(xiàn)場檢查，增大人力成本和交通成本；二是可能引起錯(cuò)誤的接線更正，將原本正確的接線更改為錯(cuò)誤接線，影響電能計(jì)量與電費(fèi)結(jié)算的準(zhǔn)確性。

本文所述的中頻爐類特殊負(fù)荷引起的接線相量圖圖形特征疑似異常是一種典型的接線異常誤判問題，尤其常見于機(jī)械零件局部熱處理和有色金屬熔煉行業(yè)的電能計(jì)量，計(jì)量人員在進(jìn)行計(jì)量裝置接線檢查時(shí)有必要考慮特殊負(fù)荷的影響，避免發(fā)生誤判。