关于电能计量装置误差因素及控制措施的分析

摘要：本文作者主要从技术角度出发，对电能计量误差的产生机理进行了分析,并结合多年的工作实践经验，对如何降低电能计量误差的方法做了归纳总结，供同行参考。

关键词：电能计量装置;误差因素;控制措施

中图分类号：TM93文献标识码:A

前言

电力系统计量装置是电力企业经营的主要测量工具,计量的准确性直接影响到企业的经济效益和社会效益,电能计量的准确与否是电力管理部门关心的重要问题。电能计量故障及差错的发生,影响到客户所用电量的准确计算、电费的及时回收及线损的准确计算,因此预防和避免电能计量故障及差错,是电能计量工作的一项重要内容。

1．目前电能计量存在的问题

1.1.高压出线侧不具备电能计量的条件

由于以前发电厂的供电量是按发电机出口电量减去厂用电量来考核的,目前还有部分电厂的计量点设在发电机出口,高压出线侧没有电能计量装置,因此不能准确地计量关口电量。

1.2.目前关口电能表普遍采用国产三相两元件感应式电能表,在结构和功能上存在缺陷。

1.3.电压互感器二次导线压降引起的计量误差较大。

1.4.关口表现场校验方法不合理。

1.5.互感器准确度不符合规程要求。

2．电能计量装置误差因素分析

2.1．电能表误差

电能表的误差可以分为3种,即电能表的负载特性误差、生产误差以及不当使用误差。

电能表的基本误差随负载电流和功率因数变化而变化的关系曲线称电能表的负载特性。图1为常用感应式电能表的负载特性曲线,可以看出：在小负载范围内(I=5%Ib～40%Ib)电能表误差较大,这是因为在低负载时转矩很小,只要补偿力矩小于摩擦力矩,误差就向负的方向变化。此情况下相位角误差影响很小,电流自制动力矩可视为零。cosφ=0.5时的转矩比cosφ=1时的转矩小1倍,摩擦力相对比较小,补偿力矩大于摩擦力矩,所以cosφ=0.5的负载特性曲线有较大的正值。当负载增加,工作转矩增加, 摩擦误差和非线性误差相对减小, 加上此时的电流自制动力矩又不很大,所以综合误差变小。当负载达到标定电流附近时(I=60%Ib～150%Ib)误差值最小。

图1感应式电能表的负载特性曲线图

当负载电流达到180%标定电流时,电流自制动力矩会增加很多,此时铁心已饱和,工作转矩增加,又会出现负的误差;当cosφ≠1时,相位角误差影响增加,所以cosφ=0.5的曲线比cosφ=1的曲线下降得更多。

为适应各种用户的需要,要求电能表在较宽的范围内正常工作,误差不超过其准确等级所规定的允许值。从最小误差角度出发,实际运用中的电能表,其所带负载电流应在50%Ib～180%Ib内。

2.1.2．电能表产品误差

按国家统一的电能表设计要求,生产电能表应采用五类磁钢,该类磁钢性能稳定不易失磁,是保证电能表误差稳定的重要部件。但有的电能表制造商为了在价格战中取胜,擅自修改设计,选用稀土磁钢或三类磁钢,生产成本可下降10%左右,但存在着严重的质量隐患。即使安装前误差调试合格,投入运行后由于磁钢的不断失磁,致使电能表的阻尼力矩不断减小,电能表愈走愈快。这是造成运行中电能表出现正误差超差的主要原因。

造成电能表投入运行后愈走愈慢的因素较多。感应式电能表是一个转动机械装置,新表检定完毕安装投运后,随着时间的推移,轴承内油不断挥发,机械磨损将逐渐增加,机械加工件应力不断释放,转动轴杆同心度的误差也将增大,这些因素都将导致机械摩擦力矩上升,使电能表愈走愈慢,尤其在轻负载情况下,影响更为明显。

2.1.3．电能表不当使用误差

在电能计量管理中,由于电能表接线错误,断线(失压、断流)所引起的计量误差较大,易被人们所发觉和重视;而由于电能表非常规接线或使用不当引起的计量误差较小,一般只在百分之几至百分之十几,不易被重视,但是,若其乘以倍率,则会造成很大误差。作为交易结算的电能计量装置,要求满足公平、准确、合理的原则,因此,电能表常见非正规接线引起的计量误差同样不可忽视。低压有功电能表常见非正规接线引起的计量误差主要包括以下几方面。

2.1.3.1．单相电能表

（1）1表乘2：即用1块单相(220V)电能表计量两相(380V)用电负载时,将该电能表的累计电量乘以2作为实际用电总电量。这种情况下,若电能表接于A相,计量A、B两相负载时,将造成多计电量(正误差)；若接于B相,则造成少计电量(负误差)。

（2）1表乘3：即用1个单相电能表计量三相三线或三相四线负载时,将该电能表的累计用电量乘以3,作为三相负载总电量。这种计量方式在三相负载电流不平衡时将造成计量不准确,其误差大小视三相负载电流平衡度与负载功率因数情况而定。

2.1.3.2．三相三线电能表

（1）计量单相电炉：即用1块三相三线电能表计量单相(220V)电炉。因电炉功率因数为1.0,其计量功率,P=UabIcCOS30°=3UфIф2造成多计电量50%。

（2）计量单相220V电焊机：用1块三相三线电能表计量三相四线不平衡配电系统,即当In≠0,在A、N线间连接单相(220V)电焊机,表盘出现反转并少计电量;在B、N线间连接单相(220V)电焊机,表盘不转而不计电量;在C、N线间连接单相(220V)电焊机,表盘转速加快而多计电量。

（3）计量三相四线配电系统:三相三线电能表计量三相四线不平衡负载电流时,N线(中性点)产生零序电流,而三相三线电能表不能计量零序电流所消耗的功率,造成少计电量。

2.1.3.3.三相四线电能表

（1）未接N线：三相四线电能表其N 线未接或N线接触不良,若三相四线配电系统三相负载不对称,产生电压偏差,即每个元件上的电压出现不平衡。当三相电压差约5%和三相电流差约50%时,将引起±2%左右的计量误差。

（2）反相序接线：三相四线电能表反相序接线存在一定的计量误差。因为电能表内部第1个元件组装都是按电源正相序排列,各元件间的力矩误差也在最小范围。如反相序接线,就改变了元件力矩,误差产生改变在±(2.5%～5.0%)左右。

（3）2个互感器V形接线：即用2个电流互感器V形接线计量三相四线配电系统。这种接法利用A、C两相电流互感器的合成电流代替B相电流,虽然节省1个电流互感器,但若三相负载不平衡时,中性线也出现不平衡电流而引起计量附加误差约在10%～15%左右。

（4）3个互感器Y形接法：即3个电流互感器Y形与三相四线电能表连接,其电流以互感器二次一端公用连接。这种接法,若三相负载电流不平衡时,表计电流相位会改变,且每相互感器二次线圈都有另外两相部分电流流过,即产生分流,因而引起计量误差。其误差大小视一次负载电流大小与不平衡电流大小而定。

2.2.互感器误差

互感器的误差将造成电能计量装置失准,直接影响各相关单位的经济利益以及线损等电网经济技术指标。

2.3.计量装置综合误差

由以上分析可知, 电能计量装置的综合误差为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次回路压降引起的误差的代数和, 可以用下式表示：

γ=γb+γh+γd

式中γb―电能表的相对误差,%；

γh―互感器合成误差,%；

γd―电压互感器二次回路压降引起的误差,%。

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在实际的计量装置中,电能表的误差γb可以在负荷点下调至误差最小, 其他的计量装置误差均与实际二次回路的运行参数有关。

3.降低电能计量误差的方法

3.1.完善计量装置

3.1.1.选择高精度、稳定性好的多功能电能表

由于电子技术的发展, 目前多功能电子表的技术较为稳定,误差基本呈线性。一只多功能电子表可同时兼有正、反向有功,正、反向无功4种电能计量和脉冲输出、失压记录、追补电量等辅助功能,且过载能力强、功耗小。对Ⅰ、Ⅱ类用户应采用全电子式电能表。

3.1.2.减小互感器合成误差

尽可能配用比差及角差符号相反、大小相等的电流互感器和电压互感器,使得互感器的合成误差最小,以便最大限度地降低计量装置综合误差。

3.1.3.电压互感器二次导线的选择

根据互感器二次回路的实际情况选择二次导线的截面和长度。在一定负载下, 给定电缆截面面积,在规定的电压降下, 给定导线长度, 导线截面积不小于2.5mm2。

3.1.4.保证互感器实际二次负荷

电流互感器二次回路导线截面积最小值为4mm2,且中间不得有接头,导线端子排转接处应留有足够的长度。在投产前,必须测量电流、电压互感器的实际二次负荷,保证其在标定的额定负荷范围内。

3.1.5.保证互感器回路完整

对35kV以上的计费用电压互感器二次回路,应不装设隔离开关辅助触点,但可装设熔断器; 对35kV及以下的计费用电压互感器二次回路,应不装设隔离开关辅助触点和熔断器。电流、电压回路应设专用二次回路,不与保护、测量同回路。

3.2.采用正确的计量方式

3.2.1.保证电能表的正确接线

对接入中性点绝缘系统的电能计量装置,应采用三相三线制电能表,其2台电流互感器二次绕组宜采用四线连接;对三相四线制的电能计量装置,其3台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六线连接。如采用四线连接,若公共线断开或一相电流互感器极性相反,会影响计量;且进行现场检验时,采用单相法每相电流互感器二次负载电流与实际负载电流不一致,给测试工作带来困难,造成测量误差。

3.2.2.增设失压计量器

对计费用高压电能计量装置应装设失压计量器, 及时读取失压记录, 作为追补电量的依据。

3.2.3.合理选择电流互感器变比

要求正常负荷电流在电流互感器额定电流的60%左右,对季节性用电的用户应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器。

3.2.4.采用电压误差补偿装置

如果电压互感器二次回路的负荷导纳变化范围不大,可采用电压误差补偿器,补偿二次导线电压引起的比差和角差。

3.2.5.开展计量装置综合误差分析

在新投运和改造的计量装置选型上,要求电能表、互感器都必须按负荷类别选取适当的准确度等级,并在投产前做好各项测试工作。投产前电流、电压互感器合成误差、电压互感器二次回路压降误差通过计算形成数据表,在每次的周期校验时,都可以对照各项数据配合电能表进行调整,使计量综合误差达到最小。同时,按规程规定做好电能表、互感器等周期检验和轮换工作。

3.2.6.经常检测电流互感器倍率和计量回路

有些窃电户为了少交电费,往往私自将原装的电流互感器更换为较大倍率的电流互感器,甚至仍装上原来电流互感器的铭牌。在检查时,应注意电流互感器的实际倍率是否与铭牌相一致。检查电流互感器的一次回路或二次回路是否短接、二次回路是否伪接或开路、二次端子的极性或换相是否错接等。对电压互感器,应检查其接线的正确与否,防止虚接、伪接与二次回路的开断以及换相错接等。

4.结语

电能计量装置作为考核主网线损的重要依据,是电力系统走向市场的重要保证。因此必须认真做好电能计量工作,提高电能计量装置的准确性,真正做到电能计量公平合理,为发供用电各方提供可靠依据。

参考文献

[1]王守存,马强,李建平.高压电能计量装置失准原因分析及解决措施[J].电工技术杂志，2004.

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