磁场影响电能表计量的分析与研究

祝毛宁 张蓬鹤 王璧成 秦译为

（中国电力科学研究院有限公司）

0 引言

电能计量是发电企业、供电企业和电力用户三者之间进行经济结算的依据，它的准确与否直接影响各方的经济利益。随着电力基础设施逐渐完善和推进电力市场化进程的迫切需求，坚定不移地确保电能计量的准确性，对发、供、用电三方都是十分必要的。

我国地域辽阔，不仅电力网络线路结构长，而且低压配网线路复杂多样。然而，由于受利益驱使，部分不法电力用户为了谋求更多的经济利益，非法采取窃电手法、利用窃电作案工具，破坏电能表计量装置，达到使电能表少计电量甚至不计电量的目的。本文通过分析电能表的结构原理，综合分析磁场影响电能表少计电量的原因，并探讨我国现行标准下电能表的磁场试验要求。

1 电子式电能表的工作原理

电子式电能表按照国家相关规定和标准接入线路中，其工作原理见图1。从线路中采集到的高电压和大电流，通过电压转换器和电流转换器按一定的比例转换成低电压和小电流，低电压和小电流输入到乘法器中相乘，得到瞬时功率。在一定时间内，乘法器首先累计瞬时功率，得到该段时间的平均功率，然后输出一个与正相关的直流电压。直流电压经/转换器变换成对应大小的脉冲频率，脉冲频率经分频计数后，最终在电能表液晶显示器上显示出对应的电量值。

图1 电子式电能表的工作原理

2 磁场对电能表元器件的影响

2.1 磁场对电流互感器的影响

电流互感器的基本原理是电磁感应定律。在闭合的铁芯和一二次侧绕组中，一次侧线圈通以变化的电流，铁芯中则会产生变化的磁通，并在二次侧线圈产生对应的感应电流。

当电流互感器周围存在外部磁场时，外部磁场会与铁芯中的感应磁场相互叠加，这样会改变了铁芯中原有的磁场分布，影响了电流互感器二次侧的输出。当外部磁场达到一定强度时，甚至会使电流互感器铁芯饱和，二次侧输出误差急剧增大。

2.2 磁场对变压器的影响

变压器的损耗主要有铜损和铁损。其中，铜损指由于线圈电阻的热效应所引起的损耗，即当电流流过线圈时，线圈电阻损耗的能量。铁损包括磁滞损耗和涡流损耗。当变压器的一次绕组通电后，线圈会感应出磁通，磁通穿过铁芯，就会在铁芯中垂直于磁力线的平面上感应出电势，然后在铁芯表面形成闭合回路，产生涡流。涡流不仅会让损耗增加，而且会让铁芯发热，温升增加，影响正常的二次输出。

当变压器周围存在外部磁场时，会增加变压器的损耗，原因有两点。其一，在磁场中，金属或半导体材料的电阻受磁场的影响，具有磁阻效应，其电阻会随着磁场的增大而增大，从而使变压器的铜损增加。其二，外部磁力线通过变压器，使变压器的铁损增加。铜损和铁损的增加会导致变压器的温度升高，不仅会影响二次侧的输出，而且可能会使过热保护装置误动，使电能表黑屏。

2.3 磁场对继电器的影响

继电器是电能表内部的控制部件，通过它可以对电力用户催费预警、远程拉合闸，目前电能表内大多采取电磁继电器，外部磁场会影响电磁继电器的正常操作，可能使其误动或拒动，其准确可靠对电力用户的顺利用电至关重要。

对于吸入式和拍合式电磁继电器，当继电器受到外来磁场干扰时，外部磁场在铁芯内感应出干扰电势，吸合电压或释放电压由于受到干扰电势的影响而出现误差。若干扰电势达到一定的数值，甚至大于或数倍于吸合电压或释放电压，则继电器可能在很小的电压下就能自动吸合或很大的电压下拒不释放，造成电磁继电器拒动或误动，影响电力用户的供电可靠性。

2.4 磁场对锰铜分流器的影响

电子式电能表中，火线电流的测量通常采用锰铜分流器。锰铜分流器实际上就是一个阻值已知但很小的电阻，当负载电流流过锰铜分流器时，在其两端便产生电压，通过电压便能准确知道负载电流的大小。

当锰铜分流器周围存在干扰磁场时，干扰磁场会在引线上感应出感应电流，该感应电流会影响采样电流的大小。若感应电流与锰铜分流器采样电流方向一致，则采样电流偏大，若两者方向相反，则采样电流偏小，这势必影响锰铜分流器的准确采样测量，特别对小电流信号的测量精度影响更大。

2.5 磁场对液晶显示器的影响

液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶形态为向列型液晶，分子形状为细长棒形，在不同电流电场作用下，液晶分子会旋转一定角度实现规则有序排列，由此来产生透光度的差别，如此可以在电源通断下产生明暗的区别。依此原理控制每个像素，便可构成所需要的图像。

磁场会对电能表的液晶显示器产生不利影响，改变液晶分子的正常取向。当液晶显示器周围有强大的磁场时，外部磁场对液晶分子的作用大于正常电场对液晶分子的作用，液晶分子不能正常取向，液晶显示器不能正常显示示数。

3 电能表标准中的磁场试验要求

我国已经制定了一系列电能表标准，电能表标准规范了电能表产品的设计，包含了对应的技术要求、型式试验的内容，以及文件、软件、图样等方面的要求。就磁场能够影响电能表计量而言，磁场试验是电能表出厂前所必须进行的型式试验。

3.1 三相智能电能表中的磁场试验要求

DL/T 1485—2015《三相智能电能表技术规范》规定了三相智能电能表工频磁场试验要求和恒定磁场试验要求。三相智能电能表工频磁场试验要求：电能表在0.5 mT工频磁场无负载，电压线路通以115%，电流回路无电流时，将0.5 mT工频磁场施加在电能表受磁场影响最敏感处，在20倍的理论起动时间内电能表不应产生多于一个的脉冲输出。三相智能电能表恒定磁场试验要求：电能表通以参比电压、参比电流，将50 mm × 50 mm × 50 mm 表面磁场强度300 mT的磁铁分别放置在电能表正面、侧面、底面靠近电源模块的位置，每个平面试验持续20 min，电能表应不死机、不黑屏。将磁场分别在电能表正面、侧面靠近内置负荷开关的位置移动，负荷开关应不改变状态，连续发送5次拉合闸命令，负荷开关应正确动作。

3.2 单相智能电能表中的磁场试验要求

DL/T 1487—2015《单相智能电能表技术规范》规定了单相智能电能表工频磁场试验要求和恒定磁场试验要求。工频磁场试验中，单相智能电能表与三相智能电能表要求一致。恒定磁场试验中，单相智能电能表只需200 mT的磁铁，仅磁场强度比三相智能电能表低，其余试验要求与三相智能电能表相同。

3.3 高压电能表中的磁场试验要求

GB/T 32856—2016《高压电能表通用技术要求》规定了不同等级的高压电能表在工频磁场和射频电磁场下的百分数误差改变极限，见表1。

表1 影响量引起的百分数误差改变限值

3.4 恒定磁场干扰监测及事件记录

DL/T 1490—2015《智能电能表功能规范》规定了恒定磁场干扰事件及事件记录功能。当三相电能表检测到外部有100 mT强度以上的恒定磁场，且持续时间大于5 s，记录为恒定磁场干扰事件。在恒定磁场干扰，电能表能正常工作时，电能表应具有恒定磁场监测功能，当磁感应强度高于100 mT时，电能表应记录恒定磁场干扰事件。而且事件记录功能应记录恒定磁场干扰事件总次数，最近10次发生时刻、结束时刻及对应的电能量数据。

4 结语

电能表是电能计量的核心器件，电能表内的元器件如互感器、变压器、继电器、锰铜分流器和液晶显示器等易受外部磁场干扰。针对磁场干扰影响电能表计量的现象，应提高对电能表电磁兼容测试的重视程度，相关标准可进一步加强与完善。通过分析磁场干扰电能表计量的原理，应不断改善电能表抗电磁干扰能力的方法，确保电能计量准确。