三相三線電能計量裝置電壓互感器二次側(cè)極性反接案例分析

王 壯，童格格，秦立瑛

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇 揚州 225000）

1 研究背景

電能計量作為電力企業(yè)與用戶進(jìn)行電能核算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其計量的準(zhǔn)確性關(guān)系到電力企業(yè)與用戶的利益。電能計量裝置是供電企業(yè)電能計量的核心組成部分，其自身的科學(xué)性、合理性、準(zhǔn)確性至關(guān)重要，裝置內(nèi)各元件是否正常、接線方式是否正確等都影響著計量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

電能計量裝置由電能表、電壓互感器、電流互感器及二次連接導(dǎo)線構(gòu)成。電能計量裝置接線正確，是維護(hù)電能計量結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)條件，關(guān)乎電費結(jié)算的公平公正。

簡單的三相三線電能計量裝置接線方式共有48 種，其中包括6 種電壓相序、2 種電流相序與4種電流極性。這些接線方式較為常見，因此被研究得比較多，其他接線方式則較少見于研究中[1]。

相比于直接接入式電能表，經(jīng)互感器接入的電能表接線復(fù)雜程度大大增加，接線異常的發(fā)生概率顯著增大，并且異常發(fā)生的位置更加多元和隱蔽，從而帶來排查難度大、異常原因難以準(zhǔn)確定位等問題[2-3]。

當(dāng)發(fā)生三相三線電能計量裝置電壓互感器二次側(cè)極性反接時，由于可能存在電能表對自身電壓接線相序判定異常，往往容易引起接線異常類型誤判（如誤判為電流互感器二次側(cè)繞組串接），進(jìn)而干擾接線更正，引起新的接線錯誤。本文基于某典型案例，分析此類異常的表現(xiàn)特征和發(fā)生機(jī)理。

2 電流互感器二次側(cè)繞組串接特性

電流互感器二次側(cè)繞組串接同樣是常見的接線錯誤之一，其反極性串接時的電流特性與本文研究的電壓互感器二次側(cè)極性反接類似，因此下面先介紹電流互感器二次側(cè)反極性串接時的電流電壓特性[4]。

電流互感器二次側(cè)反極性串接指的是A、C 兩相線路上的電流互感器（TA）以相反的磁通方向串聯(lián)在一起，電氣接線圖如圖1 所示。

圖1 電流互感器二次側(cè)反極性串接電氣接線圖

用Ia、Ic分別表示A、C 兩相的電流，當(dāng)三相負(fù)載平衡時，兩相電流相等，都為I，電流互感器線圈的感應(yīng)電動勢同樣相等，記為E。當(dāng)發(fā)生電流互感器二次側(cè)反極性串接時，兩相電流發(fā)生改變，變?yōu)榇笮∠嗟确较蛳喾?，即Ia?Ic與Ic?Ia，感應(yīng)電動勢均變?yōu)?。兩相電流同樣發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相對于正確接線時的電流Ia、Ic分別順時針/逆時針偏轉(zhuǎn)了30°。反極性串接后相量圖如圖2 所示。

圖2 電流互感器二次側(cè)反極性串接電氣相量圖

流過電流互感器的電流不會因為計量表計或繼電保護(hù)裝置等負(fù)荷而改變，所以可以把電流互感器當(dāng)成電阻為r的恒流源。電流互感器串接等價于2個恒流源串聯(lián)，此時電阻為2r，反極性串接后的計量電流為，即電流減小為原來的

3 電氣量分析

電力用戶用電信息采集系統(tǒng)常規(guī)采集電能計量裝置的電壓、電流、功率等電氣量曲線數(shù)據(jù)，以及電壓相序等狀態(tài)字?jǐn)?shù)據(jù)。

某專變用戶電壓等級為交流10 kV，電壓規(guī)格為3×100 V，電流規(guī)格為1.5（6）A，綜合倍率1 500。其采用三相交流供電方式，計量方式為高供高計，計量裝置接線方式為三相三線，透抄電能表電壓相序狀態(tài)字為逆相序。

該用戶的裝表日期為2021 年1 月17 日，查詢用戶的電流曲線數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)從電能表計量開始，該用戶的A、C 兩相電流長期呈現(xiàn)電流大小基本一致的現(xiàn)象，符合電流回路串接的特點。

進(jìn)一步對接線相量圖進(jìn)行分析，計量裝置在某一時刻的接線相量圖如圖3 所示，A、C 兩相電流夾角呈180°。進(jìn)一步以散點形式表征電流相量，繪制該典型日全天的接線相量圖如圖4 所示，A、C兩相電流相量基本對稱。綜上，該用戶A、C 兩相電流呈現(xiàn)大小相等、方向相反的特點，與電流互感器二次側(cè)繞組反極性串接的電流特性一致，疑似發(fā)生電流回路反極性串接。

圖3 接線相量圖（2022-5-31 16:30）

圖4 接線相量圖（2022-5-31）

4 電氣量異常原理

4.1 計量裝置接線圖

三相三線計量裝置正確接線如圖5 所示。

圖5 三相三線電能計量裝置標(biāo)準(zhǔn)接線圖

經(jīng)計量人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，本案例中接線異常類型為計量裝置第二計量元件所在回路的電壓互感器極性反接，接線圖如圖6 所示。

圖6 案例接線圖

4.2 典型異常特征

電壓互感器接線正常的狀態(tài)下，電壓三角形為等邊三角形，如圖7 所示，三條邊為線電壓Uac、Uab、Ucb，三角形中心點到各頂點為相電壓Ua、Ub、Uc，線電壓幅值為相電壓的倍，兩者大小分別為100 V 和57.7 V。

圖7 電壓三角形

當(dāng)?shù)诙嬃吭诨芈返碾妷夯ジ衅靼l(fā)生反接后，Ucb反向，此時A 相與C 相間的線電壓Uac由Ubc指向Uab，三者構(gòu)成頂角為120°的等腰三角形，Uac為原線電壓的倍，約173 V，此時電壓三角形如圖8 所示。

圖8 電壓三角形（TV 極性反接）

因此，發(fā)生電壓互感器二次側(cè)反接時，典型異常特征為Uac幅值約為173 V。若是現(xiàn)場人工檢查，可以通過測量電壓Uac的值進(jìn)行驗證，而電能表中沒有采集電壓Uac的值，因此無法在遠(yuǎn)程進(jìn)行判斷。

4.3 TV 遠(yuǎn)程監(jiān)測結(jié)果異常原因分析

4.3.1 電能表電壓接線相序判定異常

本案例中，計量人員基于用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程透抄電能表的電壓相序，結(jié)果為順相序接法。經(jīng)現(xiàn)場檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電能表電壓實際為逆相序接法，因而引起接線相量圖繪制錯誤及分析結(jié)果錯誤。

經(jīng)分析，產(chǎn)生該異常的主要原因為電能表自身相序判別規(guī)則存在不足。當(dāng)前，三相三線電能表大多采用兩相計量電壓過零點的時間間隔判斷相序[5]。結(jié)合圖7，在正相序時，第一元件計量電壓Uab超前第二元件計量電壓Ucb300°（如圖9），考慮電網(wǎng)頻率約為50 Hz，超前過零點時間約為16.67 ms?？紤]電網(wǎng)頻率波動和計時誤差等影響因素，判別時間基準(zhǔn)允許存在一定的裕度 ε，因此當(dāng)?shù)谝辉妷哼^零點時間超前第二元件 (16.67±ε) ms 時，判定電能表狀態(tài)字記錄為電壓順相序接線，若不滿足，則記為逆相序。

圖9 正相序電壓波形圖

發(fā)生第二元件反接時，結(jié)合圖8，第一元件計量電壓Uab超前第二元件計量電壓Ubc120°（如圖10），對應(yīng)超前過零點時間約為6.67 ms，由于6.67 ms ?{16.67?ε,16.67+ε} ms，因此被誤判定為逆相序。

圖10 TV 極性反接電壓波形圖

此外，在本案例中，用戶負(fù)荷性質(zhì)較為特殊。該用戶為新能源汽車充電公司，提供充換電服務(wù)，在電動汽車充電時，三相負(fù)荷幅值基本一致，因此易被誤判為電流回路發(fā)生串接。

4.3.2 電壓采集信息不足

在順相序下，重新繪制接線相量圖，如圖11 所示，與C 相電流反向時的圖形特征一致，易被誤判為C 相電流反接。因此，由于缺少Uac的計量結(jié)果，實際上難以遠(yuǎn)程判定異常類型。

圖11 接線相量圖-順相序（2022-5-31 16:30）

5 結(jié)束語

在三相三線電能計量回路中，當(dāng)某個電壓互感器二次側(cè)極性反接時，可能引起電能表電壓接線相序狀態(tài)字錯誤，進(jìn)而接線相量圖繪制錯誤，導(dǎo)致錯接線類型誤判。

此類錯接線的典型特征為Uac幅值為常規(guī)線電壓 的倍，即 |Uac|≈173 V 。該特點能夠幫助計量人員精準(zhǔn)判定異常類型，支撐現(xiàn)場消缺，提高計量業(yè)務(wù)工作準(zhǔn)確度。