电能表现场校验用三相模拟负载器的设计与应用

张旭隆，李大鹏

（1.徐州工程学院 信电工程学院，江苏 徐州 221018；2.国家电网济宁供电公司，山东 济宁 272100）

0 引言

实际应用中，采用电能计量装置现场校验仪进行电能计量二次回路的接线检查和判断，需在线路带有负荷的情况下方可进行。而对于新建变电站的送电线路，送电当天无法实现带负荷运行，需等到线路带有负荷后，才能进行电能计量二次回路接线检查。如果线路送电前未能及时通过接线检查发现错误，出现安全事故或经济事故，造成的后果将不堪设想[1-3]。为确保电网的安全运行和计量的准确可靠，进行线路带负荷前电能表接线检查是非常必要的[4,5]。

根据电能表现场检验仪的测量原理可知，无论三相三线电能表还是三相四线电能表，若要利用电能计量装置现场校验仪进行电能表接线检查，电能表所计量的线路必须带有一定负荷，考虑到新建变电站送电后的空载运行情况，仅采用电能计量装置现场校验仪无法完成无负荷线路电能表接线检查。针对这一问题，本文提出了一种三相模拟负载，将其串入计量二次回路，使电能表所计量的无负荷线路带有一定的虚拟负载，进而可产生一定的虚拟负载电流，并可根据实际线路的不同适当的虚拟负载的大小，为电能计量二次回路的现场校验提供了条件。

图1 三相三线电能表测量原理图Fig.1 Three-phase three-wire watt-hour meter measurement

1 电能表现场校验仪测量原理

1.1 三相三线电能表测量原理

三相三线电能表使用两个功率元件实现对三相线路的测量，通过在电路中分别接入两只电流表（串联在A、C两相）、两只电压表（分别并联在AB间和CB间）和两只功率表（电流线圈串联在A、C相，电压线圈并联在AB和CB间），其接线图如图1所示。

1.2 三相四线电能表测量原理

三相四线电能表使用3个功率元件实现对三相线路的测量，通过在电路中分别接入3只电流表（分别串联在A、B、C三相）、3只电压表（分别并联在A、B、C各相对N相之间）和3只功率表（电流线圈分别串联在A、B、C相，电压线圈分别并联在A、B、C对N之间），其接线图如图2所示。

1.3 电能表现场校验仪的使用范围

由电能表现场检验仪的测量原理可知，无论三相三线电能表还是三相四线电能表，若要利用现场校验仪进行电能表接线检查，电能表所计量的线路必须带有一定负荷，考虑到新建变电站送电后的空载运行情况，仅仅采用电能表现场校验仪是无法完成无负荷线路电能表接线检查的。

2 三相模拟负载器的设计

2.1 三相模拟负载器电气原理图

电能计量装置现场校验用三相模拟负载器，其三相模拟负载为3组电感线圈L1、L2和L3，每组电感线圈缠绕在一个空心的圆柱铁芯上；开关K1、K2和K3用于切换三相模拟负载，共有3个档次：零负载、半载和全载，开关分别串接于三相模拟负载和三相电源之间；指示灯HL1、HL2和HL3用以指示模拟负载大小。三相模拟负载器电气原理图如图3所示。其中电感线圈L=0.154H，感抗大小为：

图2 三相四线电能表测量原理图Fig.2 Three-phase four-wire watt-hour meter measurement

图3 三相模拟负载器电气原理图Fig.3 Electrical schematic diagram of three-phase analog load

2.2 三相模拟负载器接线图

图4所示为三相四线模拟负载器接线图。三相模拟负载器的A、B、C相电流引线分别连接电能表A、B、C相电流端口；三相模拟负载器的A、B、C相电压引线分别连接电能表A、B、C相电压端口；三相模拟负载器的N相引线连接电能表N相端口。

三相四线电能表接线方式下电压输入为U=220V，全载情况下，三相模拟负载器的输入电流为：

其额定功率为：

图4 三相三线模拟负载器接线图Fig.4 Three-phase three-wire analog load wiring diagram

图5 三相四线模拟负载器接线图Fig.5 Three-phase four-wire analog load wiring diagram

图6 空载线路向量图Fig.6 No load line vector diagram

图7 三相四线模拟负载器向量图Fig.7 Vector diagram of three-phase four-wire analog loaders

图8 三相三线模拟负载器向量图Fig.8 Vector diagram of three-phase three-wire analog loaders

图5所示为三相四线模拟负载器接线图。只需接入A、C两相电流和电压线，三相四线电能表接线方式下电压输入为Uab=110V，全载情况下，三相模拟负载器的相电流为：

其功率可表示为：

3 实际应用

针对三相四线无负荷的线路，在不采用三相模拟负载器的情况下，利用电能表现场校验仪进行接线检查，因无三相电流，六角图绘制不完整，无法检查接线正确性，如图6所示。

按照上述三相四线模拟负载器接线方式，接入三相模拟负载器，在满载的情况下，产生感性电流，电流平均大小为2.1A，总功率约为3kW，与理论计算值相符，能够实现电能表现场接线检查，如图7所示。

对三相三线无负荷的线路接入三相模拟负载器，在满载的情况下，产生感性电流，电流平均大小为2.1A，总功率约为380W，与理论计算值相符，能够实现电能表现场接线检查，如图8所示。

4 结束语

本文分析了电能表现场校验仪的测量原理，给出了三相模拟负载器设计原理和接线图，提出了在线路带负荷运行前利用三相模拟负载器提前检查电能表三相电流错接、反接及断路问题，有效避免了线路投入负荷后造成的电网运行风险和电能计量错误，提高了设备安全水平，降低了人力和物力投入成本。