電能計(jì)量裝置故障分析與差錯(cuò)電量計(jì)算

萬(wàn)忠兵

(廣安電業(yè)局，四川廣安 638000)

0 引言

電能計(jì)量裝置是供用雙方進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，由電能表、計(jì)量用電壓、電流互感器及其二次回路、電能計(jì)量柜等構(gòu)成。電能計(jì)量裝置接線正確、裝置本身誤差合格是電能計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量的兩個(gè)必要條件。電能計(jì)量裝置本身誤差經(jīng)檢定后方可投入使用，在運(yùn)行過(guò)程中由誤差引起的計(jì)量差錯(cuò)較少，影響電量也較小。電能計(jì)量裝置接線錯(cuò)誤引起的電量差錯(cuò)較大，需對(duì)故障及時(shí)分析處理，并準(zhǔn)確退補(bǔ)差錯(cuò)電量。下面以一例10 kV高壓三相三線計(jì)量的大客戶(hù)計(jì)量裝置錯(cuò)誤接線為例，總結(jié)計(jì)量差錯(cuò)分析方法，準(zhǔn)確計(jì)算不用具體功率因數(shù)的故障期間正確電量。

1 計(jì)量差錯(cuò)實(shí)例

廣安市一施工用電負(fù)荷，采用10 kV供電，安裝有兩臺(tái)500 kVA變壓器，兩臺(tái)變壓器并列方式運(yùn)行，計(jì)量點(diǎn)分別設(shè)置在兩臺(tái)變壓器高壓側(cè)，采用三相兩元件高壓組合互感器方式計(jì)量，其接線方式與計(jì)量方式如圖1。

低壓無(wú)功是兩套無(wú)功集中自動(dòng)補(bǔ)償，補(bǔ)償屏上顯示為滯后0.98 ～1.0。

2 故障分析

2.1 相量圖繪制

圖1 客戶(hù)主接線與計(jì)量點(diǎn)設(shè)置圖

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，畫(huà)出兩個(gè)計(jì)量點(diǎn)的相量圖如下。

圖2 計(jì)量點(diǎn)1相量圖

2.2 故障接線情況分析

根據(jù)已知條件，計(jì)量點(diǎn)采用組合互感器計(jì)量，電壓幅值正常，電壓不存在極性接反的情況，負(fù)載性質(zhì)為感性，分析兩計(jì)量點(diǎn)的相量圖，初步判定計(jì)量點(diǎn)1相量圖異常，計(jì)量點(diǎn)2相量圖正常。

表1 2011年4月25日現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)兩計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)

圖3 計(jì)量點(diǎn)2相量圖

由于該用戶(hù)采用兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行方式，由于變壓器型號(hào)、規(guī)格、參數(shù)均相同，低壓側(cè)采用單母線的接線方式，兩臺(tái)計(jì)量裝置計(jì)量的功率應(yīng)基本相同，電流、電壓的相位、幅值應(yīng)基本相同。

由于負(fù)載的性質(zhì)為感性，cosΦ=0.98左右，電流應(yīng)滯后相電壓14°左右，計(jì)量點(diǎn)1的相量圖中，兩相電流均不滿足以上條件，初步分析為電流極性接反。根據(jù)以上假定，繪出兩相電流均接反的相量圖如圖4。

圖4 電流極性反接相量圖

從上圖中可以看出，I1'滯后U2約15°左右，I2'滯后U1約15°左右，滿足負(fù)載為感性約15°的條件。由于計(jì)量點(diǎn)采用三相兩元件的計(jì)量方式，I1'與U2為同相電流電壓，I2'與U1為同相電流電壓，U3無(wú)電流，故確定U3為V相電壓。由于已知測(cè)試的相序?yàn)檎嘈颍琔3為V相電壓，則電壓的接入順序?yàn)閃UV。根據(jù)I1'與U2為同相電流電壓，可以確定第一元件為U相電流反相接入。同理，可以確定第二元件為W相電流反相接入。

根據(jù)上述分析，繪制出故障情況下對(duì)應(yīng)的相量圖如圖5。

圖5 錯(cuò)誤接線相量圖

2.3 相量圖分析方法小結(jié)

相量圖分析法是用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的三相電壓電流相量圖中各相電壓電流的相序、相位關(guān)系，以及已知的電力負(fù)荷性質(zhì)，分析判定電能表實(shí)際接線方式的方法。結(jié)合以上實(shí)例分析，三相三線電能表接線相量分析方法主要有以下步驟。

2.3.1 電能表回路參數(shù)測(cè)試

①電壓:應(yīng)測(cè)試電能表的三個(gè)線電壓，判定電壓是否正常，有無(wú)失壓或反極性。

②電流:應(yīng)測(cè)試電能表兩個(gè)元件的電流，判定電流是否正常，有無(wú)分流或斷相。

③相位角:應(yīng)測(cè)試第一元件電壓、電流，第二元件電壓、電流的相位關(guān)系。為了確定相序，還需要測(cè)試第一元件電壓與第二元件電流(也可以選第二元件電壓對(duì)第一元件電流)的相位關(guān)系，通過(guò)同一電流對(duì)兩個(gè)元件電壓的相位差，判定電能表電壓的接入相序。當(dāng)?shù)谝辉妷号c第二元件電流的相位角減去第二元件電壓與第二元件電流的相位角等于300°時(shí)為正相序，等于60°時(shí)為逆相序。

2.3.2 相量圖繪制

①繪制基準(zhǔn)電壓相量圖:根據(jù)電壓極性不反的正相序和逆相序的6種電壓接入情況，加在元件上的電壓相量始終位于兩個(gè)相電壓的相量之間，其基準(zhǔn)電壓相量圖如下。

正相序基準(zhǔn)電壓相量圖如圖6，無(wú)論電壓是按UVW、VWU、WUV相序接入，均可按圖6畫(huà)出準(zhǔn)電壓相量圖。

圖6 正相序基準(zhǔn)電壓相量圖

逆相序基準(zhǔn)電壓相量圖如圖7，無(wú)論電壓是按UWV、VUW、WVU相序接入，均可按圖7畫(huà)出基準(zhǔn)電壓相量圖。

圖7 正相序基準(zhǔn)電壓相量圖

②繪制電流相位圖:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的各元件的電流與電壓的相位關(guān)系，在正相序或逆相序基準(zhǔn)電壓相量圖上繪制出電流、電壓的相量圖。相量圖繪制時(shí)，應(yīng)以各元件的電壓為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至相應(yīng)的角度，并標(biāo)注相應(yīng)的元件編號(hào)。

2.3.3 故障情況分析

由于中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)采用三相兩元件的計(jì)量方式，無(wú)V相電流，根據(jù)已知的功率因數(shù)性質(zhì)，電流與同相電壓應(yīng)符合已知的功率因數(shù)角度的要求，由此可以確定無(wú)電流相為V相電壓。V相確定后，根據(jù)已知的相序，可以確定其他相電壓的接入情況。根據(jù)電流電壓的相位關(guān)系，即可確定電流的接入情況。

3 差錯(cuò)電量計(jì)算

通過(guò)對(duì)故障情況的分析，可由誤接線時(shí)功率計(jì)算表達(dá)式和正確接線時(shí)功率計(jì)算表達(dá)式求得更正系數(shù)，通過(guò)更正數(shù)即可求出差錯(cuò)電量。但更正系數(shù)中均有功率因數(shù)角相關(guān)的函數(shù)參數(shù)，用戶(hù)的功率因數(shù)是隨著負(fù)荷變化而變化，不是一個(gè)恒定值，從而使更正系數(shù)有一定的誤差，計(jì)算出的電量與實(shí)際消耗電量存在差別。

高供高計(jì)電能計(jì)量裝置能同時(shí)計(jì)量有功電能和無(wú)功電能，在計(jì)量裝置誤接線時(shí)，有功電能和無(wú)功電能同時(shí)出現(xiàn)計(jì)量差錯(cuò)，可以根據(jù)有功電能誤接線時(shí)功率計(jì)算表達(dá)式和無(wú)功電能誤接線時(shí)功率計(jì)算表達(dá)式以及有功電能、無(wú)功電能讀數(shù)求得較準(zhǔn)確的實(shí)際消耗電量，計(jì)量過(guò)程中約去功率因數(shù)，從而消除功率因數(shù)帶來(lái)的誤差影響。

由更正系數(shù)的定義和功率三角形可推出以下公式。

上述故障情況中，電壓接入順序?yàn)閃UV，第一元件為U相電流反相接入，第二元件為W相電流反相接入。錯(cuò)誤接線的功率表達(dá)式為

更正系數(shù)為

無(wú)功電能由電壓滯后90°獲得，則由相量圖可知

更正系數(shù)為

將式(1)代入式(6)得

將式(3)代入式(10)得

將式(2)代入式(9)得

將式(3)代入式(12)得

將式(11)和式(13)聯(lián)合求解得

由于錯(cuò)誤接線情況下的有功電能和無(wú)功電能可以根據(jù)實(shí)際抄見(jiàn)電量計(jì)算，正確電量即可根據(jù)抄見(jiàn)有功和無(wú)功電量計(jì)算得出，消除了功率因數(shù)不恒定的影響，保證差錯(cuò)電量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

若按計(jì)量點(diǎn)2記錄的加權(quán)平均功率因素0.92值代入更正系數(shù)計(jì)算故障期間的正確電量為

用上述計(jì)算出的電量反推回去計(jì)算該線路的損耗為3.79%，與全年累計(jì)線損損率3.12%相差較大。

按錯(cuò)誤計(jì)量期間的實(shí)際計(jì)量的有功電量和無(wú)功電量計(jì)算故障期間的正確電量為

用上述計(jì)算出的電量反推回去計(jì)算該線路的損耗為3.20%，與全年累計(jì)線損損率3.12%非常接近，故此方法計(jì)算值更接近實(shí)際值。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)10 kV高壓三相三線計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電流、電壓、相位的測(cè)試數(shù)據(jù)，采用相量圖分析方法，可以確定計(jì)量裝置接線的接入情況，并可推算出故障情況下的差錯(cuò)更正系數(shù)。通過(guò)更正系數(shù)的公式代換計(jì)算，采用故障期間的錯(cuò)誤有功電量和無(wú)功電量計(jì)算出故障期間的正確有功電量和無(wú)功電量，減少了由于功率因素不恒定帶來(lái)的電量計(jì)算影響，電量的計(jì)算更加準(zhǔn)確。

［1］鮑衛(wèi)東.電能計(jì)量裝置接線差錯(cuò)時(shí)電量計(jì)算方法探討［J］.電測(cè)與儀表，2007，44(6):26 －30，23.

［2］孟凡利，祝素云，李紅艷.運(yùn)行中電能計(jì)量裝置錯(cuò)誤接線檢測(cè)與分析［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.