郭 飛，郭靈豐

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.包頭市達(dá)茂供電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014500）

隨著電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，對電能計(jì)量的準(zhǔn)確性的要求也不斷提高，為適應(yīng)用戶負(fù)載功率變化劇烈的情況，供電系統(tǒng)計(jì)量用電流互感器新增加了0.5S 和0.2S兩個(gè)準(zhǔn)確級。0.5S 和0.2S 級電流互感器雖然加寬了電能計(jì)量的寬度，提高了計(jì)量精度，但是當(dāng)負(fù)載電流超出電流互感器額定一次電流百分之二十以上時(shí)，電流互感器的測量誤差就可能會超標(biāo)，甚至造成電流互感器鐵心飽和，測量誤差嚴(yán)重超標(biāo)，電能計(jì)量嚴(yán)重失準(zhǔn)，造成大量電能計(jì)量損失。當(dāng)負(fù)載電流低于電流互感器額定一次電流百分之二十時(shí)，電流互感器的誤差為負(fù)值，隨著電流變小負(fù)誤差變大，造成的電能計(jì)量損失相對也越大。對于負(fù)載變動較大的冶煉、電解、軋鋼和機(jī)械加工等用電企業(yè)，丟失的電量最多[1]。

智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，要求電能計(jì)量裝置不斷向自動化、信息化和互動化發(fā)展。不管是傳統(tǒng)的單變比電流互感器，還是多變比電流互感器，都存在著一定的局限性，單變比電流互感器因變比單一，計(jì)量范圍有限，無法準(zhǔn)確計(jì)量用電負(fù)荷變化速度快、變化范圍大的用戶的用電量，經(jīng)常出現(xiàn)當(dāng)負(fù)載過低或過高時(shí)電能計(jì)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，造成計(jì)量的電能比實(shí)際使用的電能要小很多；多變比電流互感器在切換不同變比時(shí)，不但需要停電，還需要進(jìn)行重新接線等一系列的人工操作，不但操作不方便，更會因停電造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置的研制及應(yīng)用成為用戶的迫切要求[2]。

1 智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)組成

智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置主要包括電流采樣電路、電流互感器變比切換電路、電流識別分析電路和控制電路等。電流采樣電路用于實(shí)時(shí)采集負(fù)載電流，將采集到的電流信號傳輸?shù)诫娏髯R別分析電路，由其對負(fù)載電流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷，再將分析結(jié)果傳輸?shù)娇刂齐娐?，控制電路根?jù)負(fù)載電流分析結(jié)果判定是否發(fā)出變比切換指令，按照負(fù)載電流的變化及時(shí)調(diào)整電流互感器的變比，同時(shí)將大小變比調(diào)整到同一倍率輸入到電能表計(jì)量，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和精度[3]。智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置的電源由電壓互感器提供，電壓為100V 或220V。智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置采用低功耗電子元器件，整體功耗很低。

圖1 智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)組成

2 智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置工作原理

智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置可以實(shí)時(shí)檢測多變比電流互感器的二次輸出電流，并實(shí)時(shí)將輸出電流傳輸?shù)截?fù)載電流識別分析電路，負(fù)載電流分析電路負(fù)責(zé)對負(fù)載電流的大小及變化趨勢進(jìn)行分析判斷，當(dāng)需要切換變比時(shí)，利用控制電路實(shí)現(xiàn)多變比電流互感器的大小變比自動轉(zhuǎn)換。比如：電流互感器運(yùn)行在小變比，并且負(fù)載電流增大，當(dāng)負(fù)載電流超出電流互感器小變比的額定電流時(shí)，智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置就會自動將電流互感器切換到大變比上運(yùn)行。又或者電流互感器在大變比上運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載電流不斷減小，低于電流互感器大變比的百分之二十額定電流時(shí)，智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置就會將自動將電流互感器切換到小變比上運(yùn)行。電能計(jì)量裝置在自動切換電流互感器的變比時(shí)，會自動將大小變比統(tǒng)一到同一倍率，最后將負(fù)載電流數(shù)據(jù)輸送給電能表進(jìn)行計(jì)量，從而保證了電流互感器的計(jì)量精度。

采用多變比電流互感器比采用單變比電流互感器電能計(jì)量的準(zhǔn)確精度要高。多變比電流互感器可以有兩個(gè)變比，也可以有三個(gè)及以上的變比，最大變比與最小變比的倍率差一般取2～5 倍，根據(jù)負(fù)載電流的大小不停電實(shí)現(xiàn)多變比電流互感器的變比自動切換，并調(diào)整到同一倍率下，解決了小負(fù)載電流時(shí)電能計(jì)量失準(zhǔn)，丟失電量的問題，同時(shí)也解決了大負(fù)載電流導(dǎo)致電流互感器鐵心飽和造成電能計(jì)量失準(zhǔn)，丟失電量的問題[4]。

智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：

工作電壓：AC100V 或220V。

額定頻率：50Hz。

相數(shù)：單相或3 相。

功率：≤3W。

準(zhǔn)確度等級：0.1 級。

多變比電流互感器變比倍數(shù)：2 倍、3 倍、4 倍、5 倍。

多變比電流互感器額定二次電流：5A。

多變比電流互感器額定輸出容量：5VA 或10VA。

切換壽命：≥10 萬次。

采用多變比電流互感器的智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置比采用普通單變比電流互感器的電能計(jì)量裝置的負(fù)載電流計(jì)量誤差要小，電流計(jì)量誤差限值見表1。

表1 電流計(jì)量誤差限值

智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置可以設(shè)計(jì)成單相電能計(jì)量裝置，也可以設(shè)計(jì)成3 相電能計(jì)量裝置，配套的多變比電流互感器變比數(shù)量可以是2 個(gè)、3 個(gè)或4 個(gè)。

3 智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置倍率選擇

電能計(jì)量裝置在選擇配套的電流互感器時(shí)，應(yīng)按照電力系統(tǒng)的測量和計(jì)量系統(tǒng)的不同要求，選擇適用的電流互感器類型和準(zhǔn)確級。測量系統(tǒng)一般選用準(zhǔn)確級為0.5 級的單變比電流互感器，而計(jì)量系統(tǒng)一般選用準(zhǔn)確級為0.2 級的單變比電流互感器，當(dāng)負(fù)載電流變化范圍較大時(shí)，測量系統(tǒng)應(yīng)選用準(zhǔn)確級為0.5S 級的單變比電流互感器，計(jì)量系統(tǒng)則應(yīng)選用準(zhǔn)確級為0.2S 級的單變比電流互感器。為進(jìn)一步提高寬負(fù)載用戶的測量和計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可選用準(zhǔn)確級為0.5S 級或0.2S級的多變比電流互感器。

電流互感器的額定一次電流Ipr 一般由額定負(fù)載電流決定，當(dāng)一次負(fù)載為額定負(fù)載時(shí)，用于電能計(jì)量的電流互感器的工作電流應(yīng)大于其額定電流的三分之二，而不超過額定電流。以單相負(fù)載為例，其工作電流可按下式計(jì)算：

式中：

UN——電流互感器的額定電壓（kV）。

P1——電流互感器所接負(fù)載的功率（kVA）。

cosφ——功率因數(shù)，一般取0.8 或1。

為保證計(jì)量系統(tǒng)的精度，電流互感器的變比應(yīng)保證負(fù)載額定運(yùn)行時(shí)的電流約為電流互感器額定電流的百分之八十。

在運(yùn)行中，智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置一般是將電流互感器的小變比統(tǒng)一到大變比進(jìn)行電能計(jì)量。因此多變比電流互感器在選擇變比倍率時(shí)，應(yīng)根據(jù)上述要求，先計(jì)算出最大負(fù)載電流，根據(jù)最大負(fù)載電流確定電流互感器的額定一次電流，即多變比電流互感器的大變比，確定好多變比電流互感器的大變比后，再遵循最大負(fù)載電流等于2 到5 倍最小負(fù)載電流的原則，計(jì)算出最小負(fù)載電流，選取與其最近的標(biāo)準(zhǔn)電流值，作為多變比電流互感器小變比的額定一次電流值，同時(shí)智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置要選擇與多變比電流互感器同一倍率。

4 應(yīng)用中需注意的事項(xiàng)

4.1 使用條件

必須與多變比電流互感器配合使用，智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置必須選用多變比電流互感器以實(shí)現(xiàn)智能切換變比。

多變比電流互感器的各變比與最小變比的倍數(shù)必須是2～5 的整數(shù)倍關(guān)系，并配備相同倍率的智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置。

單相負(fù)載選用單相智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置，三相負(fù)載選用三相智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置。

4.2 接線方式

將電壓互感器的二次端子u 和n 接入計(jì)量裝置中對應(yīng)的電源接線端子。

單相智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置中將電壓互感器的二次端子a 和n 接入計(jì)量裝置中的對應(yīng)的a 和n 接線端子，將多變比電流互感器的二次出線端子S1、S2和S3 等接入計(jì)量裝置中的對應(yīng)的S1、S2 和S3 等接線端子。將s1 和s2 端子接入電能表中對應(yīng)的電流端子。

三相智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置中將各電壓互感器的二次端子a、b、c 和n 接入計(jì)量裝置中的對應(yīng)的a、b、c 和n 接線端子，將各相多變比電流互感器的二次出線端子S1、S2 和S3 等分別接入計(jì)量裝置中的對應(yīng)的AS1、AS2、AS3、BS1、BS2、BS3、CS1、CS2、CS3 等接線端子。將as1 和as2 端子接入電能表中A 相對應(yīng)的電流端子，將bs1 和bs2 端子接入電能表中B 相對應(yīng)的電流端子,將cs1 和cs2 端子接入電能表中C 相對應(yīng)的電流端子。

4.3 常見故障

1.電源電壓不正確。應(yīng)選擇正確的電源電壓，否則會導(dǎo)致智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置不工作或者燒毀電能計(jì)量裝置。

2.電壓互感器接線錯(cuò)誤。必須嚴(yán)格按照各電壓互感器的端子接入電能計(jì)量裝置對應(yīng)相中對應(yīng)的接線端子，如果接線錯(cuò)誤，會導(dǎo)致電能表計(jì)量失準(zhǔn)。

3.多變比電流互感器接線錯(cuò)誤。在接一次導(dǎo)線時(shí)，一次導(dǎo)線中電流方向必須嚴(yán)格遵循P1 端流入P2 端流出的原則，否則會導(dǎo)致電能表計(jì)量失準(zhǔn)。各相多變比電流互感器的二次輸出端子必須嚴(yán)格接入對應(yīng)相中對應(yīng)的接線端子，否則也會導(dǎo)致電能表計(jì)量失準(zhǔn)。

5 結(jié)語

智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置適用于用電負(fù)載變化快、變化大或季節(jié)性用電等單位的電能計(jì)量。提高了電能計(jì)量的精度，減少了停電時(shí)間，減少了人工操作。智能切換寬負(fù)載電能計(jì)量裝置可以實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流的大小，根據(jù)負(fù)載電流的大小和變化趨勢不停電智能切換多變比電流互感器的變比，并自動調(diào)整計(jì)量倍率，保證了電能計(jì)量的精度。采用此裝置增加了電能計(jì)量的精度和準(zhǔn)確性，保證了電能交易的公平性，提高了電網(wǎng)的自動化水平。