電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)用三相模擬負(fù)載器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張旭隆，李大鵬

（1.徐州工程學(xué)院 信電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018；2.國家電網(wǎng)濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 272100）

0 引言

實(shí)際應(yīng)用中，采用電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀進(jìn)行電能計(jì)量二次回路的接線檢查和判斷，需在線路帶有負(fù)荷的情況下方可進(jìn)行。而對(duì)于新建變電站的送電線路，送電當(dāng)天無法實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷運(yùn)行，需等到線路帶有負(fù)荷后，才能進(jìn)行電能計(jì)量二次回路接線檢查。如果線路送電前未能及時(shí)通過接線檢查發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，出現(xiàn)安全事故或經(jīng)濟(jì)事故，造成的后果將不堪設(shè)想[1-3]。為確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行和計(jì)量的準(zhǔn)確可靠，進(jìn)行線路帶負(fù)荷前電能表接線檢查是非常必要的[4,5]。

根據(jù)電能表現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)儀的測(cè)量原理可知，無論三相三線電能表還是三相四線電能表，若要利用電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀進(jìn)行電能表接線檢查，電能表所計(jì)量的線路必須帶有一定負(fù)荷，考慮到新建變電站送電后的空載運(yùn)行情況，僅采用電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀無法完成無負(fù)荷線路電能表接線檢查。針對(duì)這一問題，本文提出了一種三相模擬負(fù)載，將其串入計(jì)量二次回路，使電能表所計(jì)量的無負(fù)荷線路帶有一定的虛擬負(fù)載，進(jìn)而可產(chǎn)生一定的虛擬負(fù)載電流，并可根據(jù)實(shí)際線路的不同適當(dāng)?shù)奶摂M負(fù)載的大小，為電能計(jì)量二次回路的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)提供了條件。

圖1 三相三線電能表測(cè)量原理圖Fig.1 Three-phase three-wire watt-hour meter measurement

1 電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)量原理

1.1 三相三線電能表測(cè)量原理

三相三線電能表使用兩個(gè)功率元件實(shí)現(xiàn)對(duì)三相線路的測(cè)量，通過在電路中分別接入兩只電流表（串聯(lián)在A、C兩相）、兩只電壓表（分別并聯(lián)在AB間和CB間）和兩只功率表（電流線圈串聯(lián)在A、C相，電壓線圈并聯(lián)在AB和CB間），其接線圖如圖1所示。

1.2 三相四線電能表測(cè)量原理

三相四線電能表使用3個(gè)功率元件實(shí)現(xiàn)對(duì)三相線路的測(cè)量，通過在電路中分別接入3只電流表（分別串聯(lián)在A、B、C三相）、3只電壓表（分別并聯(lián)在A、B、C各相對(duì)N相之間）和3只功率表（電流線圈分別串聯(lián)在A、B、C相，電壓線圈分別并聯(lián)在A、B、C對(duì)N之間），其接線圖如圖2所示。

1.3 電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的使用范圍

由電能表現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)儀的測(cè)量原理可知，無論三相三線電能表還是三相四線電能表，若要利用現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀進(jìn)行電能表接線檢查，電能表所計(jì)量的線路必須帶有一定負(fù)荷，考慮到新建變電站送電后的空載運(yùn)行情況，僅僅采用電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀是無法完成無負(fù)荷線路電能表接線檢查的。

2 三相模擬負(fù)載器的設(shè)計(jì)

2.1 三相模擬負(fù)載器電氣原理圖

電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)用三相模擬負(fù)載器，其三相模擬負(fù)載為3組電感線圈L1、L2和L3，每組電感線圈纏繞在一個(gè)空心的圓柱鐵芯上；開關(guān)K1、K2和K3用于切換三相模擬負(fù)載，共有3個(gè)檔次：零負(fù)載、半載和全載，開關(guān)分別串接于三相模擬負(fù)載和三相電源之間；指示燈HL1、HL2和HL3用以指示模擬負(fù)載大小。三相模擬負(fù)載器電氣原理圖如圖3所示。其中電感線圈L=0.154H，感抗大小為：

圖2 三相四線電能表測(cè)量原理圖Fig.2 Three-phase four-wire watt-hour meter measurement

圖3 三相模擬負(fù)載器電氣原理圖Fig.3 Electrical schematic diagram of three-phase analog load

2.2 三相模擬負(fù)載器接線圖

圖4所示為三相四線模擬負(fù)載器接線圖。三相模擬負(fù)載器的A、B、C相電流引線分別連接電能表A、B、C相電流端口；三相模擬負(fù)載器的A、B、C相電壓引線分別連接電能表A、B、C相電壓端口；三相模擬負(fù)載器的N相引線連接電能表N相端口。

三相四線電能表接線方式下電壓輸入為U=220V，全載情況下，三相模擬負(fù)載器的輸入電流為：

其額定功率為：

圖4 三相三線模擬負(fù)載器接線圖Fig.4 Three-phase three-wire analog load wiring diagram

圖5 三相四線模擬負(fù)載器接線圖Fig.5 Three-phase four-wire analog load wiring diagram

圖6 空載線路向量圖Fig.6 No load line vector diagram

圖7 三相四線模擬負(fù)載器向量圖Fig.7 Vector diagram of three-phase four-wire analog loaders

圖8 三相三線模擬負(fù)載器向量圖Fig.8 Vector diagram of three-phase three-wire analog loaders

圖5所示為三相四線模擬負(fù)載器接線圖。只需接入A、C兩相電流和電壓線，三相四線電能表接線方式下電壓輸入為Uab=110V，全載情況下，三相模擬負(fù)載器的相電流為：

其功率可表示為：

3 實(shí)際應(yīng)用

針對(duì)三相四線無負(fù)荷的線路，在不采用三相模擬負(fù)載器的情況下，利用電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀進(jìn)行接線檢查，因無三相電流，六角圖繪制不完整，無法檢查接線正確性，如圖6所示。

按照上述三相四線模擬負(fù)載器接線方式，接入三相模擬負(fù)載器，在滿載的情況下，產(chǎn)生感性電流，電流平均大小為2.1A，總功率約為3kW，與理論計(jì)算值相符，能夠?qū)崿F(xiàn)電能表現(xiàn)場(chǎng)接線檢查，如圖7所示。

對(duì)三相三線無負(fù)荷的線路接入三相模擬負(fù)載器，在滿載的情況下，產(chǎn)生感性電流，電流平均大小為2.1A，總功率約為380W，與理論計(jì)算值相符，能夠?qū)崿F(xiàn)電能表現(xiàn)場(chǎng)接線檢查，如圖8所示。

4 結(jié)束語

本文分析了電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的測(cè)量原理，給出了三相模擬負(fù)載器設(shè)計(jì)原理和接線圖，提出了在線路帶負(fù)荷運(yùn)行前利用三相模擬負(fù)載器提前檢查電能表三相電流錯(cuò)接、反接及斷路問題，有效避免了線路投入負(fù)荷后造成的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和電能計(jì)量錯(cuò)誤，提高了設(shè)備安全水平，降低了人力和物力投入成本。