三相四线有功电能表错误接线分析与判断

王洪莲，何　伟，陈　虎

(1．重庆电力高等专科学校，重庆 400053；2．重庆市轨道交通(集团)有限公司，重庆 400042)



三相四线有功电能表错误接线分析与判断

王洪莲1，何伟1，陈虎2

(1．重庆电力高等专科学校，重庆 400053；2．重庆市轨道交通(集团)有限公司，重庆 400042)

通过分析接线图、相量图、功率及更正系数，介绍三相四线有功电能表常见的错误接线方式，提出检查三相四线有功电能表错误接线的简单方法，并介绍退补电量的计算方法。

电能计量；错误接线；有功电能表

三相四线有功电能表在供电系统中起着非常重要的作用，主要应用于变压器三相四线低压供电出口计量，以及工农业生产和较大的民用用电计量[1]。三相四线有功电能表的接线方式有直接接入和带互感器接入两种，接线时必须区分电源的相线、零线，确保是正相序接入，还要注意区分互感器线圈的同名端，否则会导致电度表慢走或倒走等计量误差及短路事故[2]。

1　三相四线有功电能表正确接线

低压三相四线有功电能计量装置计量时不用电压互感器，但大多数需配电流互感器。低压经电流互感器接入的三相四线制有功电能表正确接线原理图如图1(a)所示。电流IA，IB和IC分别通过电能表的第一元件、第二元件、第三元件的电流线圈，电压UAN，UBN，UCN分别接于第一元件、第二元件和第三元件的电压线圈上。其相量关系如图1(b)所示。

图1　低压经电流互感器接入的三相四线制

当装置接线正确时，电能表的3个元件计量的功率分别为P1=UAIAcosφA，P2=UBIBcosφB和P3=UCICcosφC。

三相四线有功电能计量装置的三相总功率为三相功率之和，即：

P=P1+P2+P3=UAIAcosφA+UBIBcosφB+UCICcosφC

(1)

当三相对称时，即UA=UB=UC=U相，IA=IB=IC=I相，φA=φB=φC=φ相，则式(1)为

P=3U相I相cosφ

(2)

UA，UB，UC分别为A-N，B-N和C-N间的电压(即A，B，C三相的相电压)；IA，IB，IC分别为A，B，C三相的相电流；φA，φB，φC分别为A相、B相和C相功率因数角(即相应相电压与相电流之间的夹角)；U相，I相分别为相电压的相电流；φ为相电压与相电流之间的夹角[3]。

U1，U2，U3分别为第一元件、第二元件和第三元件电压线圈上的电压；I1，I2，I3分别为第一元件、第二元件和第三元件电流线圈的电流；φU1I1，φU2I2，φU3I3分别为第一元件、第二元件和第三元件的电压与电流的夹角。接线正确时，U1=UA，U2=UB，U3=UC；I1=IA，I2=IB，I3=IC，；φU1I1=φA，φU2I2=φB，φU3I3=φC。

2　三相四线有功电能表错误接线分析

2.1电压断相

分析错误接线时，假设负载为感性，且电路对称。例如，A相电压断相(UA断相)，即第一元件电压断线，其接线图和相量图如图2所示。第一元件电压断线，此时第一元件电压U1=UA=0，其他两元件电压、电流不变。

在这种情况下，电能表的功率表达式为

P′=P2+P3=U2I2cosφB+U3I3cosφC=2U相I相cosφ

(3)

式中：P′为电能表错误接线情况下的功率。

图2　A相电压断相的接线图和相量图

将正确的功率表达式P=3U相I相cosφ与错误的功率表达式P′的比值，定义为更正系数，用K表示，即更正系数为

(4)

A相电压断线时，更正系数为

(5)

这种情况下，电能表转速减慢，比正确接线少计量1/3的电量。

根据以上分析可以类推，三相四线有功电能表其中任意一相电压断相时，表的转速减慢，变为原来的2/3；其中任意两相电压断相，转速变为原来的1/3；三相电压全断，表不转。

2.2电流线圈进出线反接

图3　C相电流反接时的接线图和相量图

C相电流反接时的功率表达式为P′=P1+P2+P3=U1I1cosφA+U2I2cosφB+U3I3cos(180°-φC)=U相I相cosφ

(6)

更正系数为

(7)

这种情况下，电能表转速减慢，比正确接线少计量2/3的电量。

根据以上分析可以类推，三相四线有功电能表其中任意一相电流反接，转速为原来1/3；任意两相电流反接，表反转，转速为原来1/3；三相电流全部反接，表反转，转速与原来相同。

2.3电压换相

A，B相电压互换，即UBAC。第一元件接B相电压，第二元件接A相电压，接线图和相量图如图4所示。

图4　A，B相电压互换时的接线图和相量图

错误接线时的功率表达式为P′=P1+P2+P3=U1I1cos(120°-φA)+U2I2cos(120°-φB)+U3I3cosφC=0

(8)

更正系数为

(9)

此时，电能表停转。

根据以上分析可以类推，三相四线有功电能表任意两相电压互换，电能表停转。

2.4电压回路、电流回路均出现换相错误

(10)

更正系数为

(11)

图5　UBAC且IACB时的接线图和相量图

这种情况下：

1)当负载为感性，cosφ=0.866时，表不转；cosφ>0.866时，表正转；cosφ<0.866时，表反转。

2)当负载为感性，cosφ=0.5时，计量正确；cosφ>0.5时，表快；cosφ<0.5时，表慢。

3)当负载为容性，cosφ=0.866时，计量正确但表反转。

3　检测三相四线有功电能表错误接线常用简单方法

3.1断B相电压检查方法

三相四线有功电能计量装置的初步检查，可仿效三相三线有功电能计量装置的检查方法，采用断B相电压检查方法。先记录待查铝盘的转速(或电子表脉冲闪速)，如1min转了几圈，然后将B相电压进线断开，使B相电压线圈失压，再将表尾零线也断开。至此，该三相四线三元件有功电能计量装置的接线就与三相三线两元件断B相电压检查方法相同，变成两元件有功电能计量装置断B相电压后的情况，如原来接线正确，这时铝盘转速应约为原来的1/2。

操作人员在进行这项检查时，要求用户只接对称负载，效果会比较好。此操作是带电作业，比高供高计时电压互感器(TV)二次接线的电压还高，对地电压220V。因此，操作人员必须使用绝缘工具操作，办理工作票，在有人监护的状态下操作，以防造成触电和短路。

3.2短路测试法

用导线将三相四线有功电能表表尾电流线圈依次短接，观察电能表铝盘的转速或脉冲闪速变化，判断电能表本身及电流二次接线或电压回路的接线情况。

短接A相电流线圈时有以下几种可能：

1)盘速减为原来的2/3，说明各元件均正常；

2)盘速增快，说明A元件电流线圈反接；

3)盘速不变，说明A元件不起作用，A元件的电压或电流接线开路；

4)盘停转，说明B，C两元件一相正常，一相电流线圈反接，转矩互相抵消，或两者均不起作用；

5)盘反转，说明B，C两元件电流线圈均反接，或者一相电流线圈反接，一相不起作用。

同理，再单独短接B，C两元件电流线圈，每次也有5种可能。从这些现象中可判断出计量装置是否正常。

4　退补电量的计算

在错误接线时，电能表记录了电量值，它与没有记录下的真实电量W有以下的关系：

(12)

由于W已不能重新测量，只有求出K值才能计算出W值，K值代表电量更正系数，可以采用以下两种方法求得。

1)测试法

原有电能计量装置接线方式不变，按正确接线接入1支同型号的电能表，准确度等级不低于原运行的电能表。运行一段时间后，用正确接线电能表记录的电量值，便得到了更正系数K。

2)计算法

更正系数为

(13)

式中：P为电能表正确接线时的功率；P′为电能表正确接线时的功率；W为负载的实际用电量；W′为电能表在错误接线情况下记录的电量。

一般通过故障接线时接入电能表所有电流、电压间的相量图求出P′，从而再算出K。已知K值以及电压互感器的变比KU和电流互感器的变比K1，就可算出该抄表期内用户的真实用电量W。

(14)

即通过更正系数K，可以从虚假电能量W′中算出用户所用的真实电能量W。

5　结论

电能计量工作的公平、公正、准确与可靠，关系到电力公司与用电客户双方的经济利益。电能计量装置的正确接线是保证电能表正确计量的首要条件。不但要发现和及时纠正电能表的错误接线，同时，还要善于根据计量现场的实例，绘制出错误接线图和相应的相量图[4]，进行电能计量分析，对错误接线时的电能量进行更正，以达到正确计量的目的，从而保证电网能够安全经济地运行。

[1]王富勇.装表接电与内线安装[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]邱炳正.交流电能表错误接线100例解析. [M].北京：中国计量出版社，2007.

[3]任丽娟，高明.三相四线电能表常见错误分析[J]. 山西科技，2007(6)：135-138.

[4]杨舒晶.相量图法在电能计量装置检查、分析及故障处理中的应用[J].山东工业技术，2015(24)：213-214.

Analysis and Judgment of the Wrong Wiring of the 3-Phase and 4-Wire Watt-Hour Meter

WANG Honglian1，HE Wei1，CHEN Hu2

(1．Chongqing Electric Power College ，Chongqing 400053，P.R.China；2．Chongqing Rail Transit(Group) Co., Ltd.，Chongqing 400042，P.R.China)

By analyzing the wiring diagram，the vector diagram，the power and the adjusted coefficient，this paper introduces the common wrong wiring modes of the 3-phase and 4-wire watt-hour meter，presents simple checking methods，and describes the method of calculation for electricity return and compensation．

electric energy metering；wrong wiring；watt-hour meter

2016-05-24

王洪莲(1983-)，讲师，研究方向为电力电子与电力传动及电能计量。

TM933.4

A

1008- 8032(2016)04- 0049- 04