配电网电能准确计量方法研究

杜宗林,陈明照,刘军志

（长沙电力职业技术学院电气工程系,湖南长沙,410131）

配电网电能准确计量方法研究

杜宗林,陈明照,刘军志

（长沙电力职业技术学院电气工程系,湖南长沙,410131）

电能计量是电网公司日常工作的重要组成部分, 计量的准确性关系到企业和人们的切身利益。因此，对测量结果进行进行分析，在工作中如何减少误差，成为了摆在广大计量人员面前的重要课题。

配电网；计量方法；研究

0 引言

电能计量是电网公司日常工作的重要组成部分。而由于各种因素导致的电能计量误差，给电力部门和电力客户之间的电费核算造成了不良影响，严重影响了电力部门的声誉，供电企业电力客户都期待着电能计量装置能够科学、准确、合理的度量电能量，因此有必要采取措施对电能计量装置的误差进行分析、控制和处理，尽最大努力满足双方的要求。因此，文章在分析了电能计量装置的误差及其形成的根源的基础上，并在结合电力部门现场工作实际基础上，提出了解决电能计量装置误差的控制处理策略。

1 研究电能计量的重要意义

随着我国电力体制改革的顺利推进,发电公司与电网公司之间的电能结算变得十分重要，关口电能计量装置的准确度成为双方都十分关心的焦点,关口电能计量装置是否准确计量将直接影响发电和电网公司企业的经济利益。同时，供电公司与用户之间也必须进行电能结算，因此，提高电力系统的计量准确性以及收费的科学性，这不论是对企业还是用户来说，都是十分重要的。电力系统在进行电能计价销售时，与用户之间所进行的电量交易，不仅仅是属于经济的问题，其中也涉及到技术问题 。

2 计量装置在电能计量中的误差分析

2.1 电能表的误差

目前在电力部门使用的电能表种类较多，主要分为电能表有感应式和电子式两种电能表，而这两种电能表的计量误差主要由电能表本身结构和功能原因所引起的基本误差和由电能表运行周边环境所引起的附加误差两部分组成，对于电能表本身的误差而言，感应式电能表比较明显，感应式电能表的误差特性与电流及功率因数的变化有关。

由于受电能表中铁芯非线性磁化曲线和转动部分摩擦力矩的影响， 当负载在较小范围内时，电能表产生的误差值将很大，这是由于负载低时转矩相应的比较小，这时只要补偿力矩比摩擦力矩小，电能表误差就会向负方向变化，此时相位角误差很小，电流自制动力矩可以忽略 ；当负载增大时，力矩也会相应增大，非线性误差和摩擦误差相对减小,而此时电流自制动力矩不大，从而使综合误差减小；当电流接近标定电流时曲线趋于平缓，且达标定值时误差值达最小。当负载电流继续增大到标定值以上时，电流自制动力矩增大，电能表铁芯达到饱和，转矩不再增加，这时再次出现负向误差。

以上为电能表的基本误差，另外随电能表所处环境与标定条件的不同，比如：电压、温度、频率等参数的变化会引起附加误差，基本误差和附加误差的代数和即为电能表的误差。

2.2 互感器的对测量结果的影响

由于互感器本身的原因，在其使用过程中难免会出现误差，这就得互感器二次侧实际值与互感器铭牌上标示变积与一次侧的真实值不相符，而且其相位也有一定的偏感器的合成误差表示互感器的综合误差值， 则有 ：

式中 ： K1为电流互感器额定变比 ； Ku为电压互感器额定变比； P1为一次侧功率真实值 ；为二次侧功率测量值。

对于单相线路而言， 当接有电流和电压互感器时， 其互感器的合成误差可以用下式表示 ：

2.3 二次回路压降对误差的影响

电压互感器二次回路压降引起的误差， 主要是指电压互感器二次侧和电能表电压端子之间的电压幅值相对于实际二次侧电压的百分数比差以及两者之间角差和相位差的总和。二次回路压降引起的比差和角差可以等效于电压互感器的比差和角差，但二次回路压降引起的误差稳定性较弱， 而电压互感器的误差较为稳定。另外由于安装在电厂或变电站的互感器和安装于控制屏上的电能表之间往往有走向复杂、距离较长的二次导线， 这会事电压互感器二次侧电压与二次回路上电能表端子电压不相等，从而使幅值降低和相位发生变化， 最终形成压降误差。

3 谐波对电能正确计量的影响

随着我国社会经济的飞速发展，以及科技水平的逐渐提高，各种非线性负荷的电子电力设备被越来越多地应用到了电力系统中，由此也导致了大量谐波的出现。受到电力系统谐波的影响，电力计量的准确性有所损失，并对我国的经济发展产生了一定的阻碍作用。因此，电力管理部门和各个电力企业对于电力系统谐波危害的认识也有所加深。

3.1 谐波产生的主要原因

在出现电力电子设备之前，谐波产生的主要源头是变压器，属于一种三次谐波为主要表现形式的奇次谐波，为有限的谐波源，且量值较小。现阶段，因为变压器所带来的谐波量值较小，而逐渐退出了主要位置，其他各类电力电子设备也逐渐替代了变压器成为了谐波产生的主要源头，且为组合形式较为丰富的多次谐波。电力电子技术通常是以整流二极管作为其整流器件，从而将交流电转换为直流电，所以，电子电力技术最为普遍和基本的电能形态也就是整流二极管工频整流的 AC/DC转换形式。

一般情况下，包括电化学工业整流、直流电力机车、变频调速器和开关电源电子整流器等设备在内，通常优先选择大电容器和桥式整流器滤波为其 AC/DC 转换器，受到大容量滤波电容器的影响，二极管的导通角一般较小，只有交流电压达到正弦波的最高值时，才能够开始导通，这就导致交流输入电流波形发生了较为明显的变形，有些情况下三次谐波会超过基波，并表现为窄尖峰脉冲形式， 因而线路公路因素通常会低于 0.6。

3.2 电力系统谐波与电力计量的影响

（1） 全电子式电能表

在利用全电子式电能表计量时，CPU能够将频率不同依据正弦规律的变化，分别进行电流和电压瞬时值的采集与计算。由理论角度来看，这种计算方式可以对电量、谐波的总平均功率耗用值和负载基波进行准确记录，但是，在谐波电流流动方向的干扰下，在谐波由负载向电网流动时，因为全电子式电能表需要加总谐波有功电能和基波有功电能，则此时所记录的电能量将会明显小于负载实际消耗的基波电能，从而凸显出这种电能表的最大缺陷。同时，全电子式电能表也会受到多种因素的影响而出现误差，包括电能量的计算方法、电压电流变换组件的分散性等内在因素，以及频率、电压电流、温度等外界因素，上述各种因素的存在都会对高次谐波产生直接的影响。

（2） 电磁感应式电能表

原有的电磁感应式电能表是以基波为基础设计的。 若使用过程中不仅仅有基波的存在， 还存在高次谐波分量电流和电压，则电能表的旋转圆盘阻抗和电压线圈的阻抗都会出现一定的改变，进而引发电流磁通和工作电压磁通的改变，以及电磁转盘的驱动力改变，这就大大提高了电能表的计量误差值。同时，受到基波与谐波相互叠加的影响，波形也会出现一定程度的畸变，由于电流线圈和电压的铁心不是线性的，因而磁通无法根据波形的改变而逐渐变发生线性变化。由电路理论可知，平均功率只有在相同频率电流和电压相互作用才会出现。

4 电能准确计量的典型故障处理方法

电能计量装置主要由电能计量表计、互感器、二次接线等三个部分构成， 因此电能计量装置的误差也由这三部分的误差组成， 一般将这些误差统称为电能计量装置的综合误差， 综合误差在数值上等于电能计量表计误差、互感器合成误差和电压互感器二次回路压降引起的误差三者之和， 具体如下式 ：

4.1 互感器配置不合理现象

4.1.1 计量用电流互感器的准确度等级不满足有关规程的要求

(1) 对于上述不满足电能计量装置技术管理规程要求的电流互感器严格按照0.2S 电流互感器的误差检测标准进行检测, 如果电流互感器误差检测结果满足 0.2S 级误差要求 , 其准确度等级可以视为“同 0.2S 级 ”。

(2) 对经检测达不到 0.2S 级误差要求的电流互感器 , 如果该计量点是结算点且该线路月平均负荷比较小 (< 20% In),建议在适当时机进行更换；其他的只要能满足0. 2 级误差要求就可以暂不考虑更换。

(3) 对新建工程严把设计选型关,避免出现电流互感器等级不满足规程要求的类似情况。

4.2 计量用互感器不能保证专用绕组

(1) 如果测控、保护以及远动等设备与计量共用一个绕组,应更换互感器,设专用计量绕组或建议从电压互感器落地端子箱到电能表屏铺设专用计量电压回路;这样可以最大限度地减少计量二次回路电流的大小,降低 PT 二次压降。另外,为避免计量装置现场检测对其他回路的影响,计量电压二次回路在PT落地端子箱处加装空气开关。

(2)对新建或扩建工程一定要从设计阶段确保采用计量专用的电流、电压专用绕组。

4.3 互感器实际二次负荷偏小

(1)造成互感器实际二次负荷偏轻的主要原因是设计、定货时互感器的额定二次负荷选择太大,而实际上二次负荷超过4VA的已经非常少。因此在工程设计阶段, 一定要严格把好设计选型关,尽量避免选择额定容量太大的计量用互感器。

(2)由于互感器实际二次负荷偏轻,造成互感器无法保证其准确度, 因此,建议对电量结算使用的电压互感器逐步进行二次负荷改造,更换互感器、调整互感器误差曲线、调低额定二次负荷等等。

4.4 PT 二次压降的影响

(1)造成PT二次压降超差的主要原因有:PT 二次回路导线长且截面积小;二次回路接入的设备太多,使得二次回路电流增大,二次压降偏大;长期运行接触电阻容易增大,进而造成二次压降增大; 互感器二次回路存在多点接地, 由于各接地点电位不一致,造成电能表侧中性点电位偏移,进而造成二次压降偏大。前三个原因属于比较常规的二次压降超差, 通过有效增大导线截面积和减少回路阻抗通常就可以达到降低二次压降的目的;但最后一个原因经常被众多检测人员所忽视,因此对PT二次压降影响极大。建议根据检测数据分析超差原因,制定切实可行的降低二次压降的办法。

(2)超差原因是由于二次电缆距离过长、导线截面积过小,电缆以构成计量电压单独二次回路或增大导线截面积的方式均可以有效降低其二次压降。

(3) 属于PT二次回路中性线多点接地,通过消除多余中性线接地点是较为有效的解决方式,但通常查找和消除接地点的工作比较困难。

(4) 将PT二次保险更换成快速空气开关,以减小回路接触电阻。

4.5 电能表不计量的处理办法

当前，电能表不计量(停走)的原因很多，且检索出来的数量也多，根据实际情况很难判断，我们主要关心的是，电表原来是计量的，突然不再计量，它的原因在哪里。

建议采取以下策略：

（1）建立停走电表的记录，以月为单位，分月初和月末，分别为起点和终点，如果电表整月都不走，则形成历史月记录。

（2）检索当前月停走的电表，以当月1号到当前日为跨度形成当月停走电表。

（3）将当月停走电表与任何一个历史月记录比较，若当月停走电表也存在于历史月记录中，则认为正常，不显示。若当月停走电表不在历史月中，则认为是当月停走，属于异常，显示到分析结果中，这样，分析结果的记录将大为减少，便于实用。

（4）如果一块电表一直未走，且没有读数，则可单独显示。

5 总结

总之，配电网电能计量装置误差的形成原因复杂多样，要减少误差对计量的影响，必须对各方面的原因进行综合比较、分析，才能获得具有针对性、可操作性的控制和处理措施，才能真正实现减少电能计量装置综合误差的目的。通过在实践中的积累和总结，阐述了引起电能计量误差的多种因素，提出了若干应对计量误差的方法和措施。当然，在工作实践中造成计量误差的原因远不止这些，比如部分地区冲击性的电能负荷，会导致了电网中的电压不稳定，会引发电能的计量表出现计量误差，导致测量不精确，因此真正实现电能计价的精确化，仍然需要在生产实践中不断总结和探索，以不断提高计量的准确性。

[1] 刘南平.电网谐波对电能计量的影响 [J]，广西电力 .2009.12：72-73..

[2] 石蓉，柯静.电力计量装置异常原因及监测探讨[J]. 中国高新技术企业，2008(09).

[3] 贺虹 . 降低电能计量误差的方法 [J]. 中国电力企业管理,2011,5:121-122.

[4] 秦军．潘晓君．对电 能 计量装置改造的技术措施[J]．电测与仪表，2007(1).

[5] 敖卓岑. 电力计量装置异常原因分析及监测探讨[J]. 北京电力高等专科学校学报：自 然科学版，2012 （ 09 ）.

[6] BaghzouzY. et a,l Harmonic analysis of inductionwatthour meter performance, IEEE Trans. on PowerApparatus andSystems, 1985, 104(2): 399-406

Research on the accurate measurement method of power distribution network

Du Zonglin,Chen Mingzhao,Liu Junzhi
（department of Power Engineering, Changsha Electric Vocational and Technical College,changsha ,hunan,410131, China）

Electric energy measurement is an important part of Power Grid Corp's daily work, the accuracy of measurement is related to the vital interests of enterprises and people. Therefore, the measurement results are analyzed, how to reduce the errors in the work, has become an important issue in front of the majority of the staff.

Distribution network; Metering method; Research

TP273

A

杜宗林（1976-），男，四川广安人，研究生学历，长沙电力职业技术学院讲师，从事电力电子技术在电力系统应用方向研究

湖南省科技计划项目，项目受理编号：S2012W2053