基于互感器誤差特性的電能計量裝置整體誤差優(yōu)化分析

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(1.國網(wǎng)四川省電力公司計量中心，四川 成都 610045; 2.國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041; 3.國網(wǎng)四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽 641000)

基于互感器誤差特性的電能計量裝置整體誤差優(yōu)化分析

楊敏1,胡娟2,洪英1,劉剛1,陳立功3,何娜1

(1.國網(wǎng)四川省電力公司計量中心，四川 成都 610045; 2.國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041; 3.國網(wǎng)四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽 641000)

配電網(wǎng)電能計量裝置具有數(shù)量多、涉及面廣、影響大等特點(diǎn)，其良好的整體計量性能對保證電能貿(mào)易結(jié)算的公平公正具有重要意義。如何優(yōu)化配電網(wǎng)電能計量裝置的整體誤差是計量領(lǐng)域的難題，這里提出了通過改變互感器二次負(fù)荷的方式實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電能計量裝置整體誤差的優(yōu)化方法，并應(yīng)用該方法開展優(yōu)化試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對電能計量裝置整體誤差的優(yōu)化，為提高電能計量裝置的計量準(zhǔn)確性提供有意義的參考。

電能計量；整體誤差；優(yōu)化

0 引 言

電能計量裝置由電能表、計量用電壓互感器、計量用電流互感器及其二次回路組成。6～35 kV配電網(wǎng)電能計量裝置為配電網(wǎng)重要設(shè)備之一，具有數(shù)量多、涉及面廣、影響大等特點(diǎn)，且關(guān)系到線損精益化水平的提升。隨著中國售電業(yè)務(wù)和增量配電業(yè)務(wù)改革，大量售電公司相繼成立，配電網(wǎng)電能計量裝置將進(jìn)一步成為各方利益關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，確保配電網(wǎng)電能計量裝置的準(zhǔn)確計量具有重要意義。

部分人員對高壓電能計量裝置的整體誤差檢測開展了初步研究，原水利電力部頒布的SD 109-1983《電能計量裝置校驗(yàn)規(guī)定》[1]中提出了通過電能計量裝置各部分誤差計算其整體誤差的方法；文獻(xiàn)[2]敘述了在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參照條件下如何對高壓電能計量器具進(jìn)行室內(nèi)校準(zhǔn)或計量檢定，以實(shí)現(xiàn)高壓電能計量器具的量值溯源；文獻(xiàn)[3-4]介紹了整體計量裝置檢驗(yàn)的高壓計量裝置校驗(yàn)系統(tǒng)，并應(yīng)用該校驗(yàn)系統(tǒng)開展了電能計量裝置的整體校驗(yàn)。文獻(xiàn)[5-6]介紹了用標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和標(biāo)準(zhǔn)電能表組成高壓標(biāo)準(zhǔn)電能計量裝置，來校準(zhǔn)新型高壓電能計量裝置整體校驗(yàn)臺的方法，并評定了測量結(jié)果的不確定度。還有一些文獻(xiàn)[7-8]開展了數(shù)字計量系統(tǒng)整體誤差檢測的研究。

但是檢測出電能計量裝置的整體誤差后，如何進(jìn)一步優(yōu)化電能計量裝置的整體誤差，促進(jìn)電能計量更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)電能計量更加公平公正尚未見相關(guān)報道。下面提出了通過改變互感器二次負(fù)荷的方式來實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電能計量裝置整體誤差優(yōu)化的方案，并對該方案的有效性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 優(yōu)化方案

互感器誤差與其二次負(fù)荷(二次回路阻抗)密切相關(guān)。通常情況下，電壓互感器比差與其二次負(fù)荷的關(guān)系如圖1所示?？梢钥闯?，電壓互感器在額定負(fù)荷下的比差為負(fù)值，在下限負(fù)荷下的比差為正值，以實(shí)現(xiàn)下限負(fù)荷至額定負(fù)荷范圍內(nèi)其誤差滿足規(guī)程規(guī)定的誤差限值要求。電流互感器比差與二次負(fù)荷也有類似的關(guān)系。因此，利用二次負(fù)荷與互感器誤差有密切關(guān)系這一特點(diǎn)，通過改變互感器二次回路的導(dǎo)線長度等方式來改變二次回路阻抗即二次負(fù)荷，可以調(diào)節(jié)互感器運(yùn)行時的誤差特性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中互感器與電能表的誤差合理匹配，從而優(yōu)化電能計量裝置的整體誤差。

圖1 電壓互感器比差與二次負(fù)荷的關(guān)系

2 優(yōu)化試驗(yàn)

以10 kV配電網(wǎng)電能計量裝置為例，通過改變電流互感器二次回路的阻抗來改變二次負(fù)荷，進(jìn)行電能計量裝置的整體誤差優(yōu)化驗(yàn)證。試驗(yàn)中利用在電流互感器二次回路串聯(lián)阻抗的方式實(shí)現(xiàn)對電流互感器二次回路阻抗的改變。

2.1試驗(yàn)原理

三相三線計量裝置和三相四線計量裝置整體計量性能優(yōu)化的試驗(yàn)原理如圖2所示。對標(biāo)準(zhǔn)電能計量裝置和被試電能計量裝置施加同樣的一次電壓和一次電流，在同一時間段內(nèi)將二者的電能量進(jìn)行比

較，得到被試電能計量裝置的整體誤差。圖中的電能表可以是多個單相電能表，也可以是三相電能表。在被試計量裝置的各相電流互感器二次回路串聯(lián)阻抗(圖中Za、Zb、Zc)，然后按照圖2進(jìn)行整體誤差檢測。

圖2 計量裝置整體計量性能優(yōu)化的試驗(yàn)原理

2.2試驗(yàn)設(shè)備

2.2.1 被試設(shè)備

被測電能計量裝置主要參數(shù)如表1和表2所示。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

2)高壓標(biāo)準(zhǔn)電流互感器：額定電壓為10 kV；電流變比為(0～200) A/5 A；準(zhǔn)確度等級為0.05S級。

3)標(biāo)準(zhǔn)電能表校驗(yàn)儀：準(zhǔn)確度等級為0.05級。

表2 被測計量裝置中電能表的主要技術(shù)參數(shù)

2.2.3 其他設(shè)備

升流器、升壓器、調(diào)壓器等。

3 結(jié)果與分析

3.1三相三線計量裝置整體計量性能優(yōu)化

圖3 三相三線計量裝置整體計量性能優(yōu)化

分別在各相電流互感器二次回路接入不同的阻抗，得到整體誤差如圖3所示?？梢钥闯?，隨著二次電流增加即一次負(fù)荷增加，該計量裝置整體誤差呈增大的趨勢。各相電流互感器二次回路不增加阻抗時，該套計量裝置整體誤差約為0.2%。當(dāng)在各相電流互感器二次回路中接入阻抗后，各相電流互感器的誤差特性將發(fā)生改變，而電壓互感器、電能表等部分的誤差特性不發(fā)生變化，使得計量裝置整體誤差發(fā)生變化。從圖3中可以看出，當(dāng)在各相電流互感器二次回路中接入阻抗(模擬通過增加導(dǎo)線長度等情況)，可以實(shí)現(xiàn)計量裝置整體誤差變小(加0.3 Ω的阻抗與不加阻抗相比，其整體誤差降低約0.05%)，從而改善電能計量裝置的整體計量性能。因此，通過在各相電流互感器二次回路中接入阻抗的方式，實(shí)現(xiàn)電能計量裝置各組成部分誤差的合理匹配，可以實(shí)現(xiàn)三相三線計量裝置整體計量性能的優(yōu)化。

3.2三相四線計量裝置整體計量性能優(yōu)化

三相四線計量裝置中的三相組合互感器主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，即三柱鐵心三相組合互感器和獨(dú)立鐵心的三相組合互感器，其中獨(dú)立鐵心的三相組合互感器與由三臺單相電壓互感器和三臺單相電流互感器組成的互感器組合具有相同的電氣結(jié)構(gòu)，性能相似，不同之處是三相組合互感器將三臺電壓互感器和三臺電流互感器組合在一個密閉體內(nèi)，具有更經(jīng)濟(jì)和占地面積更小等特點(diǎn)。

圖4 三相四線(三柱鐵心)計量裝置整體誤差

圖5 三相四線(獨(dú)立鐵心)計量裝置整體誤差

三相四線計量裝置整體誤差優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。從圖4可以看出，對于由三柱鐵心三相組合互感器組成的三相四線電能計量裝置，隨著二次電流增加即一次負(fù)荷增加，該計量裝置整體誤差呈增大的趨勢。各相電流互感器二次回路中不接入阻抗時，該電能計量裝置的整體誤差約為0.3%；當(dāng)各相電流互感器二次回路中接入阻抗時，電流互感器的二次負(fù)荷發(fā)生改變，影響電流互感器的誤差特性，使得該電能計量裝置的整體誤差發(fā)生變化。當(dāng)在各相接入0.1 Ω的阻抗時，整體誤差總體略有增加，繼續(xù)增加阻抗值，整體誤差減小，當(dāng)各相接入0.3 Ω的阻抗時，整體誤差約為0.25%?？梢娡ㄟ^優(yōu)化，使該三相四線電能計量裝置的整體計量準(zhǔn)確性最大提高了約0.05%。

從圖5可以看出，對于由獨(dú)立鐵心三相組合互感器組成的三相四線電能計量裝置，隨著二次電流增加即一次負(fù)荷增加，該計量裝置整體誤差先減小后增大。在各相電流互感器二次回路不加阻抗情況下，當(dāng)電流增加到互感器額定電流的一半時，整體誤差最小，其值約為0.6%。當(dāng)各相電流互感器二次回路中接入阻抗時，電流互感器的二次負(fù)荷發(fā)生改變，影響電流互感器的誤差特性，從而影響該電能計量裝置的整體誤差。隨著阻抗增大，電能計量裝置的整體誤差減小，當(dāng)在各相接入0.1 Ω的阻抗時，整體誤差最小約為0.5%，當(dāng)各相接入0.3 Ω的阻抗時，整體誤差最小約為0.4%?？梢娡ㄟ^優(yōu)化，使該三相四線電能計量裝置的整體計量準(zhǔn)確性最大提高了約0.2%。

從以上分析可知，通過改變電流互感器二次負(fù)荷可以實(shí)現(xiàn)對電能計量裝置的整體計量性能優(yōu)化。試驗(yàn)中僅以改變電流互感器二次負(fù)荷阻抗為例來實(shí)現(xiàn)對電能計量裝置整體計量性能的優(yōu)化，若同時改變電流互感器和電壓互感器的二次負(fù)荷，對電能計量裝置整體計量性能的優(yōu)化效果將更好。因此，通過改變互感器二次阻抗的方式，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電能計量裝置整體誤差的優(yōu)化，從而提高了電能計量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 語

提出了一種基于互感器誤差特性的配電網(wǎng)電能計量裝置整體誤差優(yōu)化的方法，即通過改變互感器二次負(fù)荷的方式實(shí)現(xiàn)整體誤差優(yōu)化，并應(yīng)用所提出的優(yōu)化方法開展對電能計量裝置整體誤差的優(yōu)化試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了電能計量裝置整體誤差的優(yōu)化，證實(shí)了優(yōu)化方法的可行性，為改善電能計量裝置的整體計量性能提供了初步探索。

[1] SD 109-1983，電能計量裝置校驗(yàn)規(guī)定[S].

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There are numerous electric energy metering devices which involve in many aspects running in distribution network, and the accuracy of their integral error has a significant influence on keeping the equity and justness of electric energy trade. However, how to minimize the integral error of electric energy metering devices is a big issue in measurement domain. A method by changing the secondary load of transformers to optimize the integral error of metering devices is proposed, and optimization tests are carried out using this method. It is confirmed that the integral error of electric energy metering devices can be optimized with this method, which provides a useful reference for improving the accuracy of metering devices.

electric energy metering; integral error; optimization

TM933

：A

：1003-6954(2017)04-0070-04

2017-03-14)

楊 敏 (1959)，高級工程師，長期從事電能計量管理工作。