电能表四象限计量在电量退补中的应用研究

徐高升

（国网南京供电公司，南京210019）

电能表四象限计量在电量退补中的应用研究

徐高升

（国网南京供电公司，南京210019）

1 传统电量退补法的存在问题

电能计量装置计量准确与否直接关系到企业的经济效益,当电能计量装置发生故障时,需要采用对应方法对漏计或多计的电量进行退补。三相三线高压计量电能表的错误接线导致的差错电量相对较大,退补较为复杂。因此,有必要对三相三线高压计量电能表常见错误接线进行单独分析并设计相应的电量追补方法,从而减少因电能表的错误接线故障可能带来的重大经济损失。

目前三相三线高压计量电能表错误接线电量退补方法主要分为更正系数法和比较法(比对法）,更正系数法是利用用电负载功率进行计算退补电量,通常在电能表错误接线期间,因负载变化,功率因数难以准确确定,电量退补会产生误差。比较法一般利用主、副表,用电信息采集装置,线路对侧计量表计,总、分表以及同期抄表等所记录或抄录的电量进行比对,计算出退补电量。其方法相对繁琐,往往一些条件缺少或不确定,即造成退补误差。

针对传统电量退补法应用于电能表错误接线电量退补存在的问题,为深入了解三相三线智能电能表在发生错误接线时计量功能的变化,本文根据智能电能表计量的工作原理,通过对常见的23种错误接线进行理论分析,充分利用智能电能表四象限计量原理,推导出一种新型差错电量退补公式。该公式可直接利用电能表在错误接线时所记录的正、反向有功和四象限无功电量,准确地计算出实际消耗的电量。与传统电量退补法相比,本方法具有更高的准确性和可靠性,并且实施简单。

2 电能表四象限计量

将电能表计量用一个平面坐标系来描述,通常将横轴定义为有功功率,纵轴定义为无功率,二个轴将一个平面划分为4个区域,右上角区域为Ⅰ象限,按逆时针以次为Ⅱ象限、Ⅲ象限、Ⅳ象限。Ⅰ、Ⅱ象限无功定义为正向无功,Ⅲ、Ⅳ象限无功定义为反向无功,见图1所示。

图1 电能计量四象限划分图

目前智能电能表运行时显示屏左上角所显示运行象限图与图1基本一致。智能电能表安装计量电力客户消耗电量,在接线正确时,其运行在Ⅰ象限或Ⅳ象限。负载为感性时,运行在Ⅰ象限;负载为容性时,运行在Ⅳ象限。当电力客户出现向电网输送有功功率时(如：有发电机发电上网）,其运行在Ⅱ象限或Ⅲ象限。负载为感性时,运行在Ⅲ象限;负载为容性时,运行在Ⅱ象限。

3 电能表相量图分析

本文以三相三线接线方式的电能表为例进行分析。三相三线电能表一般采用“二瓦计法”正确接线方式,即第一路连接,第二路连接、,如图2所示。

图2 电能表正确计量接线图

图3 有功相量图

图4 无功相量图

根据如图3所示的相量图,求出有功功率表达式如下：

·第一元件功率

·第二元件功率

·总功率

根据如图4所示的相量图,求出无功功率表达式如下：

·第一元件功率

·第二元件功率

·总功率

4 错误接线分析及电量退补计算方法

本文根据智能电能表的工作原理,采用以上相量图分析法,画出表计在错误接线时计量有功和计量无功相量图,求出有功和无功功率表达式,推导出一种新型差错电量退补公式,简称电量退补“公式法”。

4.1 错误接线时相量图分析

图5 有功相量图

图6 无功相量图

根据如图5所示相量图,求出这种错误接线方式时的有功功率表达式如下：

·第一元件功率

·第二元件功率

·总功率

根据如图6所示相量图,求出这种错误接线方式时的无功功率表达式如下：

·第一元件功率

·第二元件功率

·总功率

这种错误接线时在不同负荷状态(感性、容性)下运行象限为：①在感性负载时,电能表运行在Ⅱ象限,有功电量示度数WP记录在反向有功总电量(-WP),无功电量示度数WQ记录在Ⅱ象限(+WQ);②在容性负载时,电能表运行在Ⅰ象限,有功电量示度数WP记录在正向有功总电量(+WP),无功电量示度数WQ记录在Ⅰ象限(+WQ)。

4.2 电量退补计算方法

通过对正确接线和错误接线时电能表所记录的电量比较发现,错误接线后的电能表所记录的电量与正确电量存在较大差异,需要进行校正。在上述错误接线理论分析的基础上,推导电量退补公式。

正确有功电量计算公式

4.3 小结

三相三线电能表常见23种接线如下表1所示,表中第1种接线为正确接线,其它为错误接线。

表1 电能表常见23种接线列表

采用与上述错误接线理论分析相同的方法,可以推导得出表1中电能表常见错误接线电量退补计算公式。由于论文篇幅所限,本文仅列出1—9种错误接线的电量退补计算公式列表,如下表2所示。

5 实验与结果分析

以型号为DSZ331智能电能表进行错误接线时退补电量准确度实验,该表具有四象限电能测量记录功能,表规格参数为：额定电压3×100 V;额定电流3×5 A;有功0.5S级,无功2.0级;表常数20 000 imp/kWh。

实验方法：将2只被试表安装在电能标准装置上,一只为正确接线,另一只为错误接线(接线方式：,分别实施感性负载、容性负载与模拟现场运行负载实验。通过实验数据,利用“公式法”计算出故障期间正确电量与正确接线电能表记录的电量相比对,验证退补电量“公式法”正确性。

(1）感性负载实验

根据下表3所示的感性负载实验条件,采用“公式法”对错误接线时电量进行校正。

错误接线时正确有功电量

错误接线时正确无功电量

表2 电能表常见错误接线电量更正系数和计算公式列表

表3 感性负载实验数据表

利用“公式法”计算出错误接线时正确有、无功电量与正确接线电能表所计电量一致。

(2）容性负载实验

根据下表4所示的容性负载实验条件,采用“公式法”对错误接线时电量进行校正。

错误接线时正确有功电量

错误接线时正确无功电量

表4 容性负载实验数据表

利用“公式法”计算出错误接线时正确有、无功电量与正确接线电能表所计电量一致。

(3）模拟现场运行实验

在表计发生错误接线期间,一般不知道运行负载的情况,负载可能为感性或容性,也可能为感性或容性交替变化,因而不能获得准确的平均功率因数。对有些错误接线,在同为感性或容性负载下,功率因数变化时,表计运行计量的象限区域也会发生变化,如同感应式电能表的转盘正转或反转。

实验方法：在电能表运转期间不断改变负载大小,以及改变性质为感性或容性,并在同性质负载下,改变功率因数的大小,实验数据见表5。

表5 模拟现场运行实验数据表

根据表5所示的负载实验条件,采用“公式法”对错误接线时电量进行校正。

错误接线时正确有功电量

错误接线时正确总无功电量

利用“公式法”计算出错误接线时正确有、无功电量与正确接线电能表所计电量一致。

6 结束语

论文根据电能表计量的工作原理,对常见的23种错误接线进行理论分析,在此基础上,推导出一种新型差错电量退补计算公式,并通过实验验证了正确性。与传统电量退补方法相比,新型差错电量退补计算公式可直接利用电能表在错误接线时所记录的正、反向有功和四象限无功电量,准确地计算出实际消耗有功电量,具有更高的准确性和可靠性,并且实施简单。D

Study and application of power meter four⁃quadrant measurement in power compensating

XU Gao⁃sheng
(State Grid Nanjing Power Supply Company,Nanjing 210019,China）

通过对常见的三相三线高压计量方式的23种错误接线进行理论分析,推导出一种新型差错电量退补公式。该公式可直接利用电能表在错误接线时所记录的正、反向有功和四象限无功电量,准确地计算出错误接线期间实际消耗的电量,避免了利用功率因数计算退补电量的更正系数法或比较法等传统退补方法,因一些退补因数难以确定而带来的退补误差。为了证明该方法的有效性,选取了几种错误接线在感、容性负载下进行了实验,实验结果进一步验证了采用该方法退补电量的准确性。与传统电量退补法相比,本方法具有更高的准确度和可靠性,并且实施简单。

电能表;错误接线;电量追补;公式法

Based on the theoretical analysis of the 23 kinds of wiring error of the common three⁃phase three⁃wire high voltage measurements,a new method of error power compensation is de⁃duced in this paper.The method can directly use the power meter record in the wiring error of positive and negative active power and reactive power of four⁃quadrant,accurately calculate the actual consumption of electricity during the wiring error,avoid using the power factor calculation compensating power correction coefficient method or comparison of traditional compensating method,because some compensating is difficult to determine the factor caused by the compensating error.In order to prove the validity of the meth⁃od,several kinds of wiring error are selected to carry out the exper⁃iments under the condition of inductive and capacitive load.Com⁃pared with the traditional method,this method has higher accuracy and reliability and is easy to implement.

power meters;wiring error;power compensa⁃tion;formula method

1009-1831（2017）02-0046-05

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.02.012

TM933

B

2016-12-26