杜宗林,陳明照,劉軍志

（長(zhǎng)沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,湖南長(zhǎng)沙,410131）

配電網(wǎng)電能準(zhǔn)確計(jì)量方法研究

杜宗林,陳明照,劉軍志

（長(zhǎng)沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,湖南長(zhǎng)沙,410131）

電能計(jì)量是電網(wǎng)公司日常工作的重要組成部分, 計(jì)量的準(zhǔn)確性關(guān)系到企業(yè)和人們的切身利益。因此，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行進(jìn)行分析，在工作中如何減少誤差，成為了擺在廣大計(jì)量人員面前的重要課題。

配電網(wǎng)；計(jì)量方法；研究

0 引言

電能計(jì)量是電網(wǎng)公司日常工作的重要組成部分。而由于各種因素導(dǎo)致的電能計(jì)量誤差，給電力部門和電力客戶之間的電費(fèi)核算造成了不良影響，嚴(yán)重影響了電力部門的聲譽(yù)，供電企業(yè)電力客戶都期待著電能計(jì)量裝置能夠科學(xué)、準(zhǔn)確、合理的度量電能量，因此有必要采取措施對(duì)電能計(jì)量裝置的誤差進(jìn)行分析、控制和處理，盡最大努力滿足雙方的要求。因此，文章在分析了電能計(jì)量裝置的誤差及其形成的根源的基礎(chǔ)上，并在結(jié)合電力部門現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際基礎(chǔ)上，提出了解決電能計(jì)量裝置誤差的控制處理策略。

1 研究電能計(jì)量的重要意義

隨著我國(guó)電力體制改革的順利推進(jìn),發(fā)電公司與電網(wǎng)公司之間的電能結(jié)算變得十分重要，關(guān)口電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確度成為雙方都十分關(guān)心的焦點(diǎn),關(guān)口電能計(jì)量裝置是否準(zhǔn)確計(jì)量將直接影響發(fā)電和電網(wǎng)公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。同時(shí)，供電公司與用戶之間也必須進(jìn)行電能結(jié)算，因此，提高電力系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確性以及收費(fèi)的科學(xué)性，這不論是對(duì)企業(yè)還是用戶來(lái)說(shuō)，都是十分重要的。電力系統(tǒng)在進(jìn)行電能計(jì)價(jià)銷售時(shí)，與用戶之間所進(jìn)行的電量交易，不僅僅是屬于經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，其中也涉及到技術(shù)問(wèn)題 。

2 計(jì)量裝置在電能計(jì)量中的誤差分析

2.1 電能表的誤差

目前在電力部門使用的電能表種類較多，主要分為電能表有感應(yīng)式和電子式兩種電能表，而這兩種電能表的計(jì)量誤差主要由電能表本身結(jié)構(gòu)和功能原因所引起的基本誤差和由電能表運(yùn)行周邊環(huán)境所引起的附加誤差兩部分組成，對(duì)于電能表本身的誤差而言，感應(yīng)式電能表比較明顯，感應(yīng)式電能表的誤差特性與電流及功率因數(shù)的變化有關(guān)。

由于受電能表中鐵芯非線性磁化曲線和轉(zhuǎn)動(dòng)部分摩擦力矩的影響， 當(dāng)負(fù)載在較小范圍內(nèi)時(shí)，電能表產(chǎn)生的誤差值將很大，這是由于負(fù)載低時(shí)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的比較小，這時(shí)只要補(bǔ)償力矩比摩擦力矩小，電能表誤差就會(huì)向負(fù)方向變化，此時(shí)相位角誤差很小，電流自制動(dòng)力矩可以忽略 ；當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，力矩也會(huì)相應(yīng)增大，非線性誤差和摩擦誤差相對(duì)減小,而此時(shí)電流自制動(dòng)力矩不大，從而使綜合誤差減?。划?dāng)電流接近標(biāo)定電流時(shí)曲線趨于平緩，且達(dá)標(biāo)定值時(shí)誤差值達(dá)最小。當(dāng)負(fù)載電流繼續(xù)增大到標(biāo)定值以上時(shí)，電流自制動(dòng)力矩增大，電能表鐵芯達(dá)到飽和，轉(zhuǎn)矩不再增加，這時(shí)再次出現(xiàn)負(fù)向誤差。

以上為電能表的基本誤差，另外隨電能表所處環(huán)境與標(biāo)定條件的不同，比如：電壓、溫度、頻率等參數(shù)的變化會(huì)引起附加誤差，基本誤差和附加誤差的代數(shù)和即為電能表的誤差。

2.2 互感器的對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

由于互感器本身的原因，在其使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)誤差，這就得互感器二次側(cè)實(shí)際值與互感器銘牌上標(biāo)示變積與一次側(cè)的真實(shí)值不相符，而且其相位也有一定的偏感器的合成誤差表示互感器的綜合誤差值， 則有 ：

式中 ： K1為電流互感器額定變比 ； Ku為電壓互感器額定變比； P1為一次側(cè)功率真實(shí)值 ；為二次側(cè)功率測(cè)量值。

對(duì)于單相線路而言， 當(dāng)接有電流和電壓互感器時(shí)， 其互感器的合成誤差可以用下式表示 ：

2.3 二次回路壓降對(duì)誤差的影響

電壓互感器二次回路壓降引起的誤差， 主要是指電壓互感器二次側(cè)和電能表電壓端子之間的電壓幅值相對(duì)于實(shí)際二次側(cè)電壓的百分?jǐn)?shù)比差以及兩者之間角差和相位差的總和。二次回路壓降引起的比差和角差可以等效于電壓互感器的比差和角差，但二次回路壓降引起的誤差穩(wěn)定性較弱， 而電壓互感器的誤差較為穩(wěn)定。另外由于安裝在電廠或變電站的互感器和安裝于控制屏上的電能表之間往往有走向復(fù)雜、距離較長(zhǎng)的二次導(dǎo)線， 這會(huì)事電壓互感器二次側(cè)電壓與二次回路上電能表端子電壓不相等，從而使幅值降低和相位發(fā)生變化， 最終形成壓降誤差。

3 諧波對(duì)電能正確計(jì)量的影響

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，以及科技水平的逐漸提高，各種非線性負(fù)荷的電子電力設(shè)備被越來(lái)越多地應(yīng)用到了電力系統(tǒng)中，由此也導(dǎo)致了大量諧波的出現(xiàn)。受到電力系統(tǒng)諧波的影響，電力計(jì)量的準(zhǔn)確性有所損失，并對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一定的阻礙作用。因此，電力管理部門和各個(gè)電力企業(yè)對(duì)于電力系統(tǒng)諧波危害的認(rèn)識(shí)也有所加深。

3.1 諧波產(chǎn)生的主要原因

在出現(xiàn)電力電子設(shè)備之前，諧波產(chǎn)生的主要源頭是變壓器，屬于一種三次諧波為主要表現(xiàn)形式的奇次諧波，為有限的諧波源，且量值較小?，F(xiàn)階段，因?yàn)樽儔浩魉鶐?lái)的諧波量值較小，而逐漸退出了主要位置，其他各類電力電子設(shè)備也逐漸替代了變壓器成為了諧波產(chǎn)生的主要源頭，且為組合形式較為豐富的多次諧波。電力電子技術(shù)通常是以整流二極管作為其整流器件，從而將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，所以，電子電力技術(shù)最為普遍和基本的電能形態(tài)也就是整流二極管工頻整流的 AC/DC轉(zhuǎn)換形式。

一般情況下，包括電化學(xué)工業(yè)整流、直流電力機(jī)車、變頻調(diào)速器和開(kāi)關(guān)電源電子整流器等設(shè)備在內(nèi)，通常優(yōu)先選擇大電容器和橋式整流器濾波為其 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，受到大容量濾波電容器的影響，二極管的導(dǎo)通角一般較小，只有交流電壓達(dá)到正弦波的最高值時(shí)，才能夠開(kāi)始導(dǎo)通，這就導(dǎo)致交流輸入電流波形發(fā)生了較為明顯的變形，有些情況下三次諧波會(huì)超過(guò)基波，并表現(xiàn)為窄尖峰脈沖形式， 因而線路公路因素通常會(huì)低于 0.6。

3.2 電力系統(tǒng)諧波與電力計(jì)量的影響

（1） 全電子式電能表

在利用全電子式電能表計(jì)量時(shí)，CPU能夠?qū)㈩l率不同依據(jù)正弦規(guī)律的變化，分別進(jìn)行電流和電壓瞬時(shí)值的采集與計(jì)算。由理論角度來(lái)看，這種計(jì)算方式可以對(duì)電量、諧波的總平均功率耗用值和負(fù)載基波進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，但是，在諧波電流流動(dòng)方向的干擾下，在諧波由負(fù)載向電網(wǎng)流動(dòng)時(shí)，因?yàn)槿娮邮诫娔鼙硇枰涌傊C波有功電能和基波有功電能，則此時(shí)所記錄的電能量將會(huì)明顯小于負(fù)載實(shí)際消耗的基波電能，從而凸顯出這種電能表的最大缺陷。同時(shí)，全電子式電能表也會(huì)受到多種因素的影響而出現(xiàn)誤差，包括電能量的計(jì)算方法、電壓電流變換組件的分散性等內(nèi)在因素，以及頻率、電壓電流、溫度等外界因素，上述各種因素的存在都會(huì)對(duì)高次諧波產(chǎn)生直接的影響。

（2） 電磁感應(yīng)式電能表

原有的電磁感應(yīng)式電能表是以基波為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。 若使用過(guò)程中不僅僅有基波的存在， 還存在高次諧波分量電流和電壓，則電能表的旋轉(zhuǎn)圓盤阻抗和電壓線圈的阻抗都會(huì)出現(xiàn)一定的改變，進(jìn)而引發(fā)電流磁通和工作電壓磁通的改變，以及電磁轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)力改變，這就大大提高了電能表的計(jì)量誤差值。同時(shí)，受到基波與諧波相互疊加的影響，波形也會(huì)出現(xiàn)一定程度的畸變，由于電流線圈和電壓的鐵心不是線性的，因而磁通無(wú)法根據(jù)波形的改變而逐漸變發(fā)生線性變化。由電路理論可知，平均功率只有在相同頻率電流和電壓相互作用才會(huì)出現(xiàn)。

4 電能準(zhǔn)確計(jì)量的典型故障處理方法

電能計(jì)量裝置主要由電能計(jì)量表計(jì)、互感器、二次接線等三個(gè)部分構(gòu)成， 因此電能計(jì)量裝置的誤差也由這三部分的誤差組成， 一般將這些誤差統(tǒng)稱為電能計(jì)量裝置的綜合誤差， 綜合誤差在數(shù)值上等于電能計(jì)量表計(jì)誤差、互感器合成誤差和電壓互感器二次回路壓降引起的誤差三者之和， 具體如下式 ：

4.1 互感器配置不合理現(xiàn)象

4.1.1 計(jì)量用電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)不滿足有關(guān)規(guī)程的要求

(1) 對(duì)于上述不滿足電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程要求的電流互感器嚴(yán)格按照0.2S 電流互感器的誤差檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè), 如果電流互感器誤差檢測(cè)結(jié)果滿足 0.2S 級(jí)誤差要求 , 其準(zhǔn)確度等級(jí)可以視為“同 0.2S 級(jí) ”。

(2) 對(duì)經(jīng)檢測(cè)達(dá)不到 0.2S 級(jí)誤差要求的電流互感器 , 如果該計(jì)量點(diǎn)是結(jié)算點(diǎn)且該線路月平均負(fù)荷比較小 (< 20% In),建議在適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行更換；其他的只要能滿足0. 2 級(jí)誤差要求就可以暫不考慮更換。

(3) 對(duì)新建工程嚴(yán)把設(shè)計(jì)選型關(guān),避免出現(xiàn)電流互感器等級(jí)不滿足規(guī)程要求的類似情況。

4.2 計(jì)量用互感器不能保證專用繞組

(1) 如果測(cè)控、保護(hù)以及遠(yuǎn)動(dòng)等設(shè)備與計(jì)量共用一個(gè)繞組,應(yīng)更換互感器,設(shè)專用計(jì)量繞組或建議從電壓互感器落地端子箱到電能表屏鋪設(shè)專用計(jì)量電壓回路;這樣可以最大限度地減少計(jì)量二次回路電流的大小,降低 PT 二次壓降。另外,為避免計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)對(duì)其他回路的影響,計(jì)量電壓二次回路在PT落地端子箱處加裝空氣開(kāi)關(guān)。

(2)對(duì)新建或擴(kuò)建工程一定要從設(shè)計(jì)階段確保采用計(jì)量專用的電流、電壓專用繞組。

4.3 互感器實(shí)際二次負(fù)荷偏小

(1)造成互感器實(shí)際二次負(fù)荷偏輕的主要原因是設(shè)計(jì)、定貨時(shí)互感器的額定二次負(fù)荷選擇太大,而實(shí)際上二次負(fù)荷超過(guò)4VA的已經(jīng)非常少。因此在工程設(shè)計(jì)階段, 一定要嚴(yán)格把好設(shè)計(jì)選型關(guān),盡量避免選擇額定容量太大的計(jì)量用互感器。

(2)由于互感器實(shí)際二次負(fù)荷偏輕,造成互感器無(wú)法保證其準(zhǔn)確度, 因此,建議對(duì)電量結(jié)算使用的電壓互感器逐步進(jìn)行二次負(fù)荷改造,更換互感器、調(diào)整互感器誤差曲線、調(diào)低額定二次負(fù)荷等等。

4.4 PT 二次壓降的影響

(1)造成PT二次壓降超差的主要原因有:PT 二次回路導(dǎo)線長(zhǎng)且截面積小;二次回路接入的設(shè)備太多,使得二次回路電流增大,二次壓降偏大;長(zhǎng)期運(yùn)行接觸電阻容易增大,進(jìn)而造成二次壓降增大; 互感器二次回路存在多點(diǎn)接地, 由于各接地點(diǎn)電位不一致,造成電能表側(cè)中性點(diǎn)電位偏移,進(jìn)而造成二次壓降偏大。前三個(gè)原因?qū)儆诒容^常規(guī)的二次壓降超差, 通過(guò)有效增大導(dǎo)線截面積和減少回路阻抗通常就可以達(dá)到降低二次壓降的目的;但最后一個(gè)原因經(jīng)常被眾多檢測(cè)人員所忽視,因此對(duì)PT二次壓降影響極大。建議根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析超差原因,制定切實(shí)可行的降低二次壓降的辦法。

(2)超差原因是由于二次電纜距離過(guò)長(zhǎng)、導(dǎo)線截面積過(guò)小,電纜以構(gòu)成計(jì)量電壓?jiǎn)为?dú)二次回路或增大導(dǎo)線截面積的方式均可以有效降低其二次壓降。

(3) 屬于PT二次回路中性線多點(diǎn)接地,通過(guò)消除多余中性線接地點(diǎn)是較為有效的解決方式,但通常查找和消除接地點(diǎn)的工作比較困難。

(4) 將PT二次保險(xiǎn)更換成快速空氣開(kāi)關(guān),以減小回路接觸電阻。

4.5 電能表不計(jì)量的處理辦法

當(dāng)前，電能表不計(jì)量(停走)的原因很多，且檢索出來(lái)的數(shù)量也多，根據(jù)實(shí)際情況很難判斷，我們主要關(guān)心的是，電表原來(lái)是計(jì)量的，突然不再計(jì)量，它的原因在哪里。

建議采取以下策略：

（1）建立停走電表的記錄，以月為單位，分月初和月末，分別為起點(diǎn)和終點(diǎn)，如果電表整月都不走，則形成歷史月記錄。

（2）檢索當(dāng)前月停走的電表，以當(dāng)月1號(hào)到當(dāng)前日為跨度形成當(dāng)月停走電表。

（3）將當(dāng)月停走電表與任何一個(gè)歷史月記錄比較，若當(dāng)月停走電表也存在于歷史月記錄中，則認(rèn)為正常，不顯示。若當(dāng)月停走電表不在歷史月中，則認(rèn)為是當(dāng)月停走，屬于異常，顯示到分析結(jié)果中，這樣，分析結(jié)果的記錄將大為減少，便于實(shí)用。

（4）如果一塊電表一直未走，且沒(méi)有讀數(shù)，則可單獨(dú)顯示。

5 總結(jié)

總之，配電網(wǎng)電能計(jì)量裝置誤差的形成原因復(fù)雜多樣，要減少誤差對(duì)計(jì)量的影響，必須對(duì)各方面的原因進(jìn)行綜合比較、分析，才能獲得具有針對(duì)性、可操作性的控制和處理措施，才能真正實(shí)現(xiàn)減少電能計(jì)量裝置綜合誤差的目的。通過(guò)在實(shí)踐中的積累和總結(jié)，闡述了引起電能計(jì)量誤差的多種因素，提出了若干應(yīng)對(duì)計(jì)量誤差的方法和措施。當(dāng)然，在工作實(shí)踐中造成計(jì)量誤差的原因遠(yuǎn)不止這些，比如部分地區(qū)沖擊性的電能負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致了電網(wǎng)中的電壓不穩(wěn)定，會(huì)引發(fā)電能的計(jì)量表出現(xiàn)計(jì)量誤差，導(dǎo)致測(cè)量不精確，因此真正實(shí)現(xiàn)電能計(jì)價(jià)的精確化，仍然需要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)和探索，以不斷提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。

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Research on the accurate measurement method of power distribution network

Du Zonglin,Chen Mingzhao,Liu Junzhi
（department of Power Engineering, Changsha Electric Vocational and Technical College,changsha ,hunan,410131, China）

Electric energy measurement is an important part of Power Grid Corp's daily work, the accuracy of measurement is related to the vital interests of enterprises and people. Therefore, the measurement results are analyzed, how to reduce the errors in the work, has become an important issue in front of the majority of the staff.

Distribution network; Metering method; Research

TP273

A

杜宗林（1976-），男，四川廣安人，研究生學(xué)歷，長(zhǎng)沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，從事電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用方向研究

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目受理編號(hào)：S2012W2053