浅谈逆相序对三相有功电能计量的影响

朱 迪

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

0 引言

随着经济的发展，电力用户数量与用电量随之增加，计量的准确性不仅影响了电力企业的形象，而且与企业经济利益息息相关。在电网运行中，由于局部地区大面积改造、切换线路、装表接电等，因此三相电能表接线出现逆相序。对于三相供电线路来说，逆相序运行对单相设备来说没有明显的影响，但是对三相设备来说，通过正相序接线可以提高设备运行效率，如果是逆相序，会影响电能计量的准确度，应该采取有效的措施进行优化和改善。

1 逆相序的定义

当前，国家对电力行业给予了高度的重视，电网改造工作也不断深入，在电能表计量管理方面也更加严格。在计量过程中，难免会出现误差。究其原因，主要是电能表在运行时出现了故障，在电网改造过程中工作人员如果操作不认真或者忽视正逆相序等，很容易因接线不当导致计量误差产生，出现逆相序。通常情况下，当前应用三相交流电按照电压相位的次序可以分为A、B、C 3 种，依次用黄、绿、红三种颜色标记。A 相超前B 相120°，B 相超前C 相120°，C 相超前A 相120°。按照以上顺序，以ABC、BCA 和CAB 3 种为正相序，以ACB、BAC 和CBA 为逆相序。在日常应用中，可采用核相器等设备对三相间的角度进行分析，使电源的相序得以确定[1]。

2 逆相序对电能表计量准确度的影响

当前，计量电能表主要分为三元件和二元件2 种。根据计量原理的不同，分别对逆相序对电能表计量准确度的影响进行分析。

2.1 对三元电能表影响

在工作原理方面，三元电能表不但涉及相同类型有功电表原理，还涉及跨相90°无功电表原理。跨相90°型电表接线中，元件一为A 相电流与UBC电压，元件二为B 相电流与UCA电压，元件三为C 相电流与UAB电压。某元件流过哪相电流，电压便取剩余两相，也就是“跨相”，且电压中超前相接电压线圈的首端。有功功率为三相子功率之和，而每项子功率的数值均为电流、电压以及相应cosθ 的乘积。可见，计算值单纯与3 个电路系数相关，与三相相序之间无关联，因此即便利用逆相序，也不会对三元件电表功率计量准确度产生不良影响。三元无功电表的连接方式为：选择某个元件中带有电流的一相，电压取剩余两相，这便是三元“跨相”。值得强调的是，元件电压中超前相应与电压线圈的前端相连；当电表以正相序连接时，三元无功功率便是任意一相电压和与之相关的cos（90°-θ）的乘积；当电表以逆相序连接时，三元无功功率便是一相电压和与之相关的cos（90°+θ）的乘积。总之，在三元无功计算时，正相与逆相的计算结果相同，只在方向上有所区别而已，可见三元电表计量准确性不会因为逆相序而受到影响。在实际测量中，电力企业可将正相与逆相绝对值相加，便可计算出用户当月的用电功率[2]。

2.2 对二元电能表影响

该设备的工作原理与三元较为相似，不但涉及相同类型有功电表原理，还包括内相角60°的无功电表原理。众所周知，正相序二元电表有功功率计量方式为电流经过一相电流、电压相关余弦值的乘积。逆相序接线的二元电表计量有功功率分别为一相电流值、二元电压值、相关余弦值乘积。当前，我国大部分地区10 kV 配电网能够确保三相电路对称，在低压配电网中，二元电表的正相、逆相序有功功率均为两相电压相加之和，也就是电流、电压与余弦值的乘积。可见，在此类有功电表中计量与相序的方向没有较大关联。对于内向角60°型来说，假设三相为ABC，其中A 相与元件一相连，电压为Ubc，C 相与元件二相连，电压设置为Uac。为了便于理论分析，可做出以下假设：当无功电表为正相序，A 段电压相位超过B 段Ub120°，B 端相位超过C 端120°；当无功电表为逆相序时，A～C 3 端的电压相位依次滞后120°；无论无功电表为正相还是逆相，所有相位均依次滞后60°。磁路损耗角不跟随线路位置而改变，均为0。其中，当电表为正相序时，元件驱动力矩的计算公式为：2 个无功功率驱动力矩的和。总驱动力矩在电路中对称分布，当结构相同时，同样是2 个无功力矩之和。当电表利用逆相序接线时，两元件结构有所区别，电表驱动力矩应单独计算，也就是相关正弦值、K 值的乘积。当元件结构相同时，假设K 值相同，无功电表总驱动力矩为两元件力矩之和。

此类电能表在逆相序计量中，与正相序相比可大、可小、可相等，上述因素均与电压、电流夹角相关。因此，在日常工作中应对逆相序问题给予高度重视。在局部地区电网中，阻感负载的指标为0.5。据调查，当出现大于0.5 的用电功率状况时，无功电表便会加速旋转。根据新下发的电费征收文件可知，在实际操作中便会存储更多无功电量，多收取用户电费，因此应根据实际情况，将多收取的电费退还给用户。当功率因数不超过0.5 时，电表运转速度变慢，根据实际电量值少收取电费，在说明情况后，根据实际情况补收电费差价。根据上述分析可知，此类设备在计量过程中可能受到正逆相的影响。在无功电表计量中，逆相序接线方式可能会超过或者低于正相许的计量。因此，在日常工作中，应加强对二元无功电表接线方式的重视，在收缴电费时加强与用户沟通，使用户明确电费的收取标准。在条件允许的情况下，还可以在征得用户许可后，对无功电表的接线方式进行调节，使其变成正相序，使电表计量更加精准，也为后续工作开展提供更多便利。在实际应用中，针对100 kVA 以上的非居民用户，其电费构成主要根据功率因数对电费进行调整，当二元电表接线为逆相序时，可结合实际情况退、补无功电量，并按照电费收缴规定进行退还或者补交。因此，供电企业在电网改造、装表送电过程中应注重计量设备的相序问题，除用电设备接线进行调整之外，还要确保计量装置的正相序接线，使电表计量更加准确[3]。

3 三相有功电能表逆相序计量误差分析

电能表作为节能的关键计量器具，在国内外的应用十分广泛。电能表能够正确计量，不仅由自身精度决定，更关键的是电表校验、运行方式与接线方式。该文通过案例分析的方式，阐述了三相有功电表逆相序接线的基本情况、计量误差以及控制措施。

3.1 基本情况

以某变电所为例，在对电能表进行现场校验时发现，在实验室校表台上校验合格的三相三线电表存在严重的计量误差，已经远远超出允许的误差范围。经过深入检验可知，该电源采用逆相序和连接，在正相序条件下校验时电表合格，却在逆相序状态下运行，由此产生计量误差。

3.2 误差计算

从理论层面来看，正确的接线方式应该以三相负载为对称，在此条件下无论是正相或者是逆相运行，计量结果均相同。在电路对称状态下，因为与U 相同，与I 的数值相同，所以根据图1 内容，可利用以下公式进行能耗计算，正相序P 的数值为。根据图2 中逆相序相量图可对能耗值进行计算，P 值为。根据正负2 种计算结果可知，三相有功电表在正相或逆相状态下运行时，计量结果均相同，电表均可正常旋转。

事实上，三线电表在逆相序运转时，受逆相序作用，会使计量误差增加。对此，可以专门进行相应的实验，对2 种接线方式下的电表误差情况进行对比。为了使试验更加可靠，在cosφ=1的状态下进行验证。采用DS 型号的电表，电压值设置为3×100 V，电流值为3×5 A，仪表常数为1 800 转/kW·h。根据试验结果可知：因为三相电表在试验室校验时为正相序，因此元件之间漏磁通、转盘涡流、附加力矩都可以通过操作者校正后，将误差控制在合理范围内。如果为逆相序应用，则以上因素的附加力度在大小、方向等方面存在变化，由于逆相序导致的计量误差因电表类型的不同而改变。因此，正相序检验合格的电表，在逆相序应用时，虽然表计仍为正向运行，但是会产生计量误差，且误差值与负载电流值呈反比，这不符合规定要求，不能确保电能表的计量精准可靠[4]。

3.3 正确接线法

逆相序对三相电表计量误差具有一定的影响，特别是对无功表的影响更是不容小觑，因此在电表接线过程中，应确保接入电压为正相，使电能计度更加精准可靠，这对用户和电力企业来说具有直接关联。因此，应采用简单科学的方式，对电表接线是否正确进行判断，这对客观实践来说具有一定的指导意义。以三相电能表为例，这是电力系统中广泛应用的电能计量工具。它带有2 组驱动元件，在接线时应将第一元件的电流线圈与IA相电流接通，将电压圈接入UAB电压中；第二元件的电流与IC相相连，电压线与UCB电压相连。电度表的正确接法只有一种，但错误的接法却多种多样。在接线时，可从系统中直接获取三相电压，和，3 种依次排列后，还可以直接获取6个电流，分别为±、±以及±，上述电流在2 组元件线圈中，每次用2 个排列，再将各类电压与电流排列后共同融合在电能表中，通过数据排列组合的方式进行计算。据调查，电表错误接法可达200 余种。其中，部分错误接线均可使电表正走，导致现场判断难度增加。虽然有许多错误接法的表格可以借鉴，但是在实际应用中仍然不够简便，在现场检验中的应用率较低。

图 1 正相序电源相量图

图2 逆相序电源相量图

根据理论与实际经验相结合的方式，对正确快捷接线方式进行探讨，主要检查方式为：一方面，将任意2 根电压线对调。对于任意正转电能表来说，随机对调3 次电压进线，每次对调2 根，此时电表均会停止运转，如果未能暂停运转，则说明原本电能表的接线不正确。因为原本电表接线如果正确，在随机对调2 根电压线后，其功率值均会发生改变。经过3 次对调后，根据电表功率公式可知，如果原线连接正确，在对调电压线后均会停止运转；另一方面，通过3 次对调电压线，如果电表3 次均停止运转，意味着原本电表的接线可能正确，电表对调后电压线就会停止运转，这也是接线正确的必要条件，但并非充分条件。对此，还应该进行深入探究，具体措施为：先将B 相电压断开后，电表每分钟的转速为原本电表转数的1/2。究其原因，在原接线情况下，断开B 相电压进线后，电表的转速降低了50%。将A 与C 两相电压线对调后，此时电表停止转动，再将电压进线断开，此时功率值未发生改变，但是方向相反，这意味着无论用户功率因数是多少，在2 次断线之后，电表的转速要相同，但是转向相反。通过以上分析，将电压进线对调、断开一相电压后，对电表所处状态进行检验，并且对电表接线是否正确进行判断。在应用该方法时，因上述操作只能使电压回路发生变化，不会影响电流回路，因此不会使用户的正常用电受影响，更不会使电流互感器回路断开，因此操作较为简便，可以在现场灵活应用。

3.4 控制措施

为了提高设备计量准确性，应重视计量仪表的接线方法，最大限度地减少误差，可以通过以下控制措施来完成：1）严格遵循电能表接线图要求进行接线，尽量将电源相序进行调整，使电表在正相序条件下运行，且与检验时的相序一致，确保将误差降低到最小状态。对于三相电路相序来说，应该与接线图相关规定相符，使电表误差始终控制在合理区间内。2）对于部分相序改变难度较大的位置，务必要重装校表。针对逆向状态下的运行情况，应遵循电表在何种相序下运行，就在何种相序下进行调整的原则，即根据逆相序对电表计量的准确度重新校验，将误差始终控制在合理区间。使用不受相序影响、影响度较低的三相电表进行替换，如果存在相序补偿装置，经过替换后就可以使误差得到有效控制。随着科技飞速的发展，各类智能电表不断投入应用，逐渐取代了以往的感应式电表，但是在实际运行中需要确保相序正确，这样才可以提高计量精度，使计量结果更加精准可靠[5]。

4 结论

综上所述，在电能表的实际应用中，如果接线方式不当，很容易导致计量精准度受到不良影响，为电费征收带来麻烦。因此，在电能表装配中应注意接线方式的正确性，避免逆相序的连接，统一采用正相序接线法，并派专业人员定期检验和校正，及时发现和解决问题，始终将计量误差控制在合理范围内，使计量结果精准可靠，避免供电企业因接线问题遭受损失。