三相三线接线方式的编码及优化识别

黄世回

(深圳普禄科智能检测设备有限公司，深圳 518067)



三相三线接线方式的编码及优化识别

黄世回

(深圳普禄科智能检测设备有限公司，深圳 518067)

针对三相三线两元件电能表的接线识别问题，详细介绍了不同接线方式的编码方法，根据矢量图，提出了采用线电压线电流矢量间的逆时针方向旋转角作为判断量，提高识别效率，优化了接线的三层识别算法。同时给出所能识别的不同接线方式的功率补偿系数。该算法适用于便携式用电检查仪的三相三线电能表接线的快速识别。

三相三线；接线方式；编码；接线识别；功率补偿系数；用电检查

0 引言

电力计量系统中，受有意或者无意的错误接线，使电能表的计量出现异常，造成用电计价损失，给正常用电秩序带来麻烦。准确方便的接线判断和错误接线后的功率补偿校正是电力稽查人员所期望的，也是相关仪器研发人员研究的课题。算法研究和工程实践表明，三相三线的接线识别反而较三相四线的复杂得多，纯粹的向量图法，受到部分使用者空间思维能力的限制，显得不是很方便[1-2]。本文给出三相三线两元件制式的电能表经常出现接线方式的总结[3-5]，并研究出对应编码和基于顺时针相量角的三步骤接线识别优化算法，减少了中间判断次数，实现快速识别优化，也较容易程序实现。本算法可以应用于便携式电能表接线校验仪器或作为相关电力工程人员参考。

1 三相三线的可能接线方式

三相三线用电检查仪的接线端子有UA，UB，UC电压端子和电流互感器端子IA，IC。其中IA，IC各有两端子表示电流互感器的电流进出方向的(“+”为流入，“-”为流出)。这里规定,不论实际接入是哪一相电压电流，端子UA，UB之间，UC，UB之间采样线电压用UAB，UCB表示，电流端子上的采样电流用IA，IC表示。对应三相三线电能表第一元件接入UAB，IA，第二元件接入UCB，IC。实际相电压和电流用Uab，Ucb，Ia，Ic表示。对应用电检查仪端子接线示意图如图1所示。

三相电压相序排列组合，分别为ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA共六种。其中ABC、BCA、CAB为正相序，另外三种为负序。电流端接入电流的组合考虑到方向，共有8种组合，分别是(Ia，Ic)、(Ia，-Ic)、(-Ia，Ic)、(-Ia，-Ic)、(Ic，Ia)、(Ic，-Ia)、(-Ic，Ia)、(-Ic，-Ia)。这里负号表示电流反向。按照乘法原理，6种电压相序对应8种电流接入方式总共48种接线方式。其中规定正序(ABC，Ia，Ic)是正确接法，即实际相电压和电流为Uab，Ucb，Ia，Ic。

2 三项三线接线方式的编码与识别

在对称三相电路系统中，相电压相电流的功率因素角为φ，其相位图如图2所示。本文总结48种接线方式和功率补偿系数，以表格方式例举出来，对其编码一方面是为了用数字符号表现其规律性，另一方面通过将编码换算成序号，以适合实际工程中的查表或者软件编写。

图2 三相对称电路矢量图

2.1 48种接线方式的编码

总的编码格式：[3位电压相序码][4位电流码]；电流码可以拆分成2位顺序码和2位方向码，总的编码格式可以改写如下：

[3位电压相序码][2位电流顺序码 2位电流方向码]；电压相序编码：ABC(000),ACB(001),BAC(010),BCA(011),CAB(100),CBA(101);电流顺序码：(Ia，Ic)为(00)，(Ic，Ia)为(01)；电流方向码：正向为0，反向为1。4位电流码如表1所示。

表1 8种电流编码

例如电能表接线为(B,C,A,Ic,-Ia)时，编码为：[011][0101]。本文把48种接线归纳一个表格，每一种都有一个十进制序列号n(n=1,2,3, …48)，根据编码换算成序列号按如下定义公式计算：

n=D电压码×8+D电流码+1

(1)

其中，D电压码、D电流码表示对应的十进制。

上例接线顺序(B,C,A,Ic,-Ia)的编码[011][0101]对应序号：n=3×8+5+1=30 。即第30种接线状态。

2.2 接线的三步识别优化算法

根据研究，至少经过3个步骤(三层)能完全确定接线方式[3]，但是，如果约束条件不同，造成每一步后，出现可能情况不一样。根据对称三相电路的电压电流矢量图，相电压相电流的功率因素角为φ，本文运用矢量间逆时针方向的旋转角度，比用矢量的夹角更加有区分度，减少了每一步后可能出现的情况。线电压向量到电流向量之间逆时针方向的旋转角，如表2所示。电流向量之间的逆时针旋转夹角如表3所示。

接线识别步骤：

1)以端口UAB线电压向量到IA电流向量之间逆时针方向的旋转角arg(UAB/IA)为第一层判断依据，得出可能6种角度之一。这6种角度分别是30°-φ，330°-φ，90°-φ，270°-φ，150°-φ，210°-φ。表4给出了容性或者感性情况下，以上6个角度的取值范围。

表2 线电压到电流的逆时针旋转角

表3 电流向量之间逆时针旋转角

表4 容性或者感性情况下arg(UAB/IA)范围

每个角度根据表2，可以得出可能的4种不同的电压相序与对应IA口接入的电流组合。对于确定了的IA，这时IC口电流只有两种方向可能情况。

2)以电流向量间的逆时针旋转角度arg(IC/IA)为第二层判断依据，参照表3，确定IC口可能出现的接入电流情况。这时，每个角度有两种可能接线状态。这样可以判断出只有2种电压相序和对应电流接线组合。

3)以角度arg(UA/IA)为第三层判断依据，直接就可以从第2)步判断出的2种结果中得出唯一的判断结果。

以arg(UAB/IA)=30°-φ为例，介绍三层判断流程，如图3所示。

图3 arg(UAB/IA)=30°-φ三层判断流程图

在已知负载电路是感性或者容性的情况下，根据测得arg(UAB/IA)的值对应落在[-30°,0)∪(0,30°)感性区间或者[30°,90°)容性区间或功率因素为1时的30°。第一层判断arg(UAB/IA)=30°-φ时有四组结果；根据第二层判断，假如测量的arg(IA/IC)=120°，则可以确定接线顺序为(ACB,Ia,Ic)或( CAB,-Ia,-Ic)两组；根据第三层arg(UA/IA)=arg(Ua/Ia)=360°-φ，唯一确定接线顺序为(ACB,Ia,Ic)的情况；arg(UA/IA)=arg(Uc/-Ia)=60°-φ，唯一确定接线顺序为(CAB,-Ia,-Ic)的情况。

3 48种接线法功率补偿系数

三相三线两元件电能表计算有功功率公式：

(2)

错误接线，造成了电能表计数出现异常，从而计算电费出现错误。这里引入功率补偿系数，是指正确接线时的功率P与第n种接线计算的功率Pn之间比值。如下定义式[6]：

kn=P/Pn

(3)

其中，下标n是指第n(1,2, …48)种接法，根据表2可以计算出每种接线功率。

P=UabIacos(30°+φ)+UcbIccos(30°-φ)

k1=P/P1=1；

=UabIacos(30°+φ)+UcbIccos(150°+φ)

=UIsinφ，

=UabIccos(90°-φ)+UcbIacos(90°+φ)

=2UIcos90°-sinφ=0，

这时，k5无法确定。

有这样一个规律，接法(ABC,Ia,Ic)的功率与接法(CBA,Ic,Ia)的功率相同，补偿系数用编码表示为：k([000][0000])=k([101][0100])，即k1=k45=1，以此类推知道接法为(ABC,Ia,-Ic)的k值，就可以推出接法为(CBA,-Ic,Ia)的k值，编码表示为：k([000][0001])=k([101][0110])，即k2=k47。这里只给出前24种接法的表格，如表5所示。

表5 前24种接法功率补偿系数

4 结束语

三相三线的两元件电能表接线识别，矢量之间运用电压到电流逆时针旋转角代替标量夹角，有效提高了接线识别效率和速度。不需要确切功率因数角度，只要知道感性或容性负载电路情况，该识别算法使用限定范围在-60°～60°功率因数角区间。如果确切知道电路功率因素角大小，那么本方法更加具有快速性和实用性。对三相三线不同接线方法进行编码，一方面表现出接线的规律性，另一方面也给软件的开发提供一种方便运算方法，同时功率补偿系数确定，给错误接线造成的计费损失提供换算依据。

[1] 陈霄，周玉，范洁等.新型三相三线电能表错接线快速判别方法研究[J].电测与仪表，2014(13)

[2] 童莉.三相三线电能变错误接线判断向量图应用方法的改进[J].电力与能源，2011(1)

[3] 申静，王昊，班福厚，等. 三相三线电能表常见接线模式的智能化识别[J].山西电力，2008(A01)

[4] 朱嘉伦.三相三线电能表几种典型错误接线的分析及类比[J].计量与测试技术，2010，37(10)

[5] 许宇航.三相三线有功电能表错误接线分析及更正[J].煤矿机械，2001(11)

[6] 张作群，刘建辉，廖勇，白丽君.三相四线有功电能表一相副边反极性公共回线断线时的故障接线分析[J].计量技术，2007(7)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.07