正确接线情况下三相三线电能表负电流现象原因分析

(国网成都供电公司，四川 成都 610041)

0 引 言

电能计量是电力生产、营销以及电网安全运行的重要环节。电能计量的准确与否将影响电能贸易结算的公平、公正，关系到电力企业、广大电力客户和老百姓的经济利益。电力用户用电信息采集系统是对日常计量采集运维工作进行异常监测、消缺反馈的重要途径。

异常计量模块电流失流数据中常会出现电能表负电流现象，在排除了装表人员接线错误或电能表故障的情况，也就是说现场接线正确、表计准确计量的时候，电能表负电流现象一般由负荷性质导致。

下面将通过“两表法”计量基本原理和相量图，从功率因数的角度分析出正确接线情况下三相三线电能表出现负电流的原因。

1 两表法计量基本原理及接线相量图

图1是三相三线电能表接线示意图，电能表内部由两只单相功率电能表组成，分别称作第一元件、第二元件。第一元件的流入电流为Ia，两端的电压为Uab；第二元件的流入电流为Ic，两端的电压为Ucb，则两功率元件的功率表达式为

(1)

(2)

另一方面，三相三线电能表的功率表达式为

=PⅠ+PⅡ

(3)

这就是两表法计量的基本原理，可以看到第一元件与第二元件的功率正负取决于线电压和对应相电流之间夹角的余弦值。需要注意的是，单一元件的功率正负仅仅是数学表达，并不具备物理意义。两元件的功率之和才能反映三相三线电能表的总功率。

图2是与图1对应的接线向量图，φa、φc为A、C相的功率因数角，即对应相电流滞后相电压的角度。考虑到一般专变客户负荷为阻感性，cosφa、cosφc的值约为0.8～0.9。此时式(3)可以简化为

P=UabIacos (30°+φa)+UcbIccos(30°-φc)

(4)

式中：(30°+φa)为第一元件的功率夹角；(30°-φc)为第二元件的功率夹角。

图1 三相三线电能表接线

图2 典型三相三线电能表电压-电流向量

2 负电流现象及原因解释

根据DL/T 645-2007《多功能电能表通信协议》，标准的三相三线制智能电表在正确接线情况下会由于负载的性质产生负电流。三相智能电表显示的某相电流的正负取决于该相电流与对应电压的功率夹角，也就是说负电流是电能表功率元件反映负功率的直接表现。当(30°+φa)或(30°-φc)大于90°时，该相功率即为负功率，在电能表上显示的为负电流。考虑到符合现实中的一般情况以及用户无功补偿装置投切过程中的极端情况，认为负荷为阻感性(含纯电感)或阻容性负载(含纯电容)。

2.1 A相负电流

图3为A相负电流的向量图。如图所示，当A相功率因数较低的时候，φa∈(60°，90°)，第一元件的功率夹角(φa+30°)∈(90°，120°)，此时A相为负功率，电能表显示A相电流为负。

图3 A相负电流向量

2.2 C相负电流

图4为C相负电流的向量图，如图所示，当C相过补偿、负荷为容性且电流相位超前电压时，第二元件的功率夹角(30°-φc)∈(90°，120°)，此时C相为负功率，电能表显示C相电流为负。

图4 C相负电流向量

在工作现场，专变客户普遍在总配电柜处对设备采取集中式无功补偿方案，以满足功率因数达到国家规定的标准值，故在正确接线的情况下，A、C相电流不会同时出现负值。当A相出现负电流时，一般是由于负荷功率因数偏低，且客户未投入无功补偿导致；C相出现负电流一般是由于过补偿导致。关于这两种情况的研判，还可通过电费发票中的力调电费项加之辅助判断。

3 实例验证

实例1：某食品加工企业变压器容量为400 kVA，采用高供高计计量方式、三相三线电能表计量，电流互感器变比为30/5，电压互感器变比为10 000/100。表计A相出现负电流，通过用电信息采集系统召测电能表数据如表1所示，图5是一天内该表计的电流变化曲线图。

通过营销业务系统查看该户发票，发现每月力调电费均为正，判定该用户每月功率因数均未达到考核值，同时经现场勘查，该用户未装设无功补偿装置。故电能表A相出现负电流的原因是由于该用户功率因数偏低导致。

实例2：某建材制造公司变压器容量为315 kVA，采用高供高计计量方式、三相三线电能表计量，电流互感器变比为20/5，电压互感器变比为10 000/100。表计C相出现负电流，通过用电信息采集系统召测该电能表数据如表2所示，图6是一天内该表计的三相电流变化曲线图。

通过营销业务系统查看该户发票，发现每月力调电费均为负，判定该用户每月功率因数超过考核值，予以奖励。同时经现场调查了解，该用户凌晨仅有部分生产保安负荷，变压器几乎空载运行，且该用户集中式无功补偿装置自动投切装置故障，只能转换至手动投切。该用户全天候投入无功补偿装置，故判断电能表C相出现负电流的原因是轻负荷下电容过补偿导致的电流负值。

4 结 语

三相三线电能表在正常接线的情况下,表计显示或者用电采集系统会出现负电流。具体来说，A相电流为负是因为功率因数过低、无功补偿不足导致，C相电流为负是因为无功补偿装置过补偿造成的。对于此类现象，采集运维人员要利用用电信息采集系统提供的数据认真分析，画出向量图并结合现场实际判断准确原因。

表1 实例1用电信息采集系统随机采集数据-A相负电流

图5 实例1电流曲线变化图-A相负电流

表2 实例2用电信息采集系统随机采集数据-C相负电流

图6 实例2电流曲线变化图-C相负电流