5 电能计量方式及错误接线分析 初稿

（重庆电力职工大学函授站）

本科学生毕业设计

电能计量方式及错误接线分析

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摘    要

电力的生产和其他产品的生产不一样，其特点是发、供、用这三个部门连成一个系统，不能间断的同时完成，而且是互相紧密联系缺一不可，他们互相如何销售，如何 经济计算，就需要一个计量器具在三个部门之间进行测量计算出电能的数量，这个装置就是电能计量装置，没有它，在发、供、用电三个方面就无法进行销售、买 卖，所以电能计量装置在发、供、用电的地位是十分重要的。本文进行了电能计量方式及错误接线的分析。

文章首先阐述了课题的背景和意义，其次分析了电能计量装置存在的问题及造成计量装置异常的原因，并对电能计量原理进行了研究，阐述了电压互感器、电流互感器及电能表的原理，文章最后对电能计量装置的错误接线方式进行了分析。

关键词：电能计量，计量装置，接线方式，电压互感器，电流互感器

目   录

摘    要    I

1  绪论    1

1.1课题的背景    1

1.2课题的意义    1

2  电能计量装置存在的问题分析    2

2.1电能计量装置现状    2

2.2造成电能计量装里异常的原因    2

2.3本章小结    3

3  电能计量原理    4

3.1电压互感器    4

3.2电流互感器    5

3.3电能表    6

4  电能计量装置错误接线方式研究    7

4.1概述    7

4.2错误接线方式的确认    8

4.3本章小结    10

5  结论    11

参 考 文 献    12

    1  绪论

1.1课题的背景

随着社会主义市场经济的日益完善，我国经济得到持续而快速的发展，社会用电量日益增加。社会经济的发展为电力市场提供了广阔的发展空间，电能已成为经济建设中十分重要的能源。为准确预测电能的供求变化，合理的计收用户电费，电能计量已被电力企业重视。电能计量作为计量工作的一个重要组成部分，是电力企业生产经营管理及电网安全运行的重要环节，其技术水平和管理水平不仅事关电力工业的发展和电力企业的形象而且影响电能贸易结算的公平、公正和准确、可靠，关系到电力企业、广大电力客户和老百姓的利益。电能表的计量准确性可以通过电能计量检定机构的校验得到保证，而现场接线的准确性，不仅取决于装表人员的工作责任心、业务水平及工作的熟练程度，而且由于电力客户法律、法规意识谈薄、有意窃电，致使计量装置错误接线，直接影响到计量的准确性。

1.2课题的意义

当今电力工业发展迅猛，为了保证电力工业生产、电能计量能安全、可靠、准确和经济地运行，我们必须依靠安装在电力生产现场上的能测量电压、电流、功率、电能等电参数的仪器仪表来保证。

电能计量装置是进行电能交易的“秤”，供用电双方都很重视。电能计量是否准确，除了与电能计量装置的准确度有关之外，还与计量回路接线是否正确有密切关系。如果由于电能表本身的误差和超差，使电能计量产生的误差一般只有百分之几，但如果由于电能表计量回路有错误接线，可能会使电能计量的误差达到百分之几百，这会给用户或供电企业带来极大的经济损失。

为了把握好电能计量这一重要环节，电能计量人员必须具备更高的业务素质和工作技能。在电能表接线检查的培训工作中，电工式和传统的程控式电能表接线培训仪器，已满足不了培训的要求。电工式培训设备一般都是手动接线，技术落后，而传统的程控式仪器，虽然是用计算机进行程控的，但由于设计原理的，只能把己知的、常见的一千多种错误接线预先录入到计算机的数据库中，使用时再从数据库中检索出符合已知条件的错误接线，这种方法局限性大，不能覆盖现场各种各样的错误接线。

2  电能计量装置存在的问题分析

2.1电能计量装置现状

我国电力行业市场化改革的总体目标要求打破垄断，引入竟争，降低成本，健全电价机制，从而迫使处于电能生产、送配和销售等各个环节上的电力企业加强对上下游产品的监控，以维护自身的经济利益，这就有赖于加强对电能计量工作的重视，提高计量数据的完整性、可靠性和准确性，从而为控制成本和经济核算提供依据。

在计划经济和电力系统垄断经营的条件下，电力企业主要关心的是安全生产问题，而由计量装置故障、人为窃电、电力系统扰动等因素造成的电能计量装置异常问题一直没有得到充分的重视。各种类型的电能计量装置异常问题往往造成电能计量值低于实际售出的电能，使供电企业蒙受了巨大的经济损失。近年来，随着电力行业市场化改革的深入进行，电力企业开始将工作重心转向创造和维护自身的经济效益，这也促使他们对电能计量装置异常问题给予更大关注。另一方面，由于局部地区电力供需状况紧张以及电费不断上涨的因素，人为窃电情况日益增加；而电力电子技术的广泛应用，使电力系统的谐波源大量增加，引起局部电压、电流波形的严重畸变，影响了电能表的正常工作，这些都进一步地加剧了电能计量装置的异常。

电能计量装置接线的检测工作就显得尤其重要。目前，这一工作主要依靠人工进行，包括两个环节：抄表和稽查。前者是营销部门日常进行的工作，由抄表人员定时对电表计量状况和计量装置的不正常情况(如卡盘、卡字、自走、倒转、私启封印、窃电、违章用电等)进行检查和记录。后者则是根据相关部门的规程厂要求，由用电稽查人员和农村电工等进行的对电能计量状况的专门的稽查活动，执行用电监察和电量追补等任务，是对日常电能计量监测工作的补充。这种传统的电能计量装置检测方法的不足之处主要表现在为：(1)信息化程度低，不能及时反馈电能计量装置异常状态并对其做出反应；(2)检测工作依赖于工作人员的素质和技术。

传统电能计量检测手段存在的不足，说明了我们有必要采取新的、自动化和信息化程度较高的监测方式，以提高电能计量监测工作水平，控制电能计量装置异常问题，挽回电力企业的损失。

2.2造成电能计量装里异常的原因

电能计量装置包括电能计量表计(有功电能表及无功电能表)、电压互感器、电流互感器及二次回路。如果计量装置在运行中不能正确计量用电量，我们就称计量装置出现了异常。造成计量装置异常的原因主要包括以下四个方面：计量装置故障和误差；系统干扰；分流；计量装置错误接线。

1、计量装置故障和误差：是指计量装置本身存在的故障和误差，如电能表故障、电压互感器故障、电流互感器故障、二次回路故障和误差等，计量装置的各种故障直接引起的后果就是计量装置综合误差的增大，会造成计量错误。对计量综合误差的形成原因进行了详细分析，并提出了控制综合误差的一般方法；则从工程的角度对如何减小计量装置综合误差提出了看法。上述研究是相当透彻的，对解决实际生产当中由于计量装置故障引起的计量装置误差问题提供了有益的指导。

2、系统干扰：如谐波干扰、强磁场干扰等都会影响计量装置的准确性，会造成计量错误。对电力系统谐波对计量装置的影响进行了全面分析，提出了谐波对计量装置干扰的比较精确的数学模型。这些研究表明，系统谐波对电能计量装置的干扰主要产生在感应式电能表上，而对电子式电能表的影响要小得多。此外，轻载负荷和冲击性负荷对电能计量也会产生一定的影响，只要选用精度和采样频率较高的电子式电能表，就能够基本上克服这些干扰。

3、分流：负载不经过或部分经过电能计量装置，称分流型故障，这常常是由人为造成的。如将负载接在电能表进线之前，空置电能表，完全不经电能表计量，即将进线绕开电表入户；或在电能表进线之前搭接其它负载，电能表仅计量部分负载等。

4、计量装置错误接线：电能表、电压互感器、电流互感器任何一个元件接线错误，都会导致电能表不计、少计或多计电量。一个电能计量装置所计量电能的多少，取决于电压、电流和功率因数三要素与时间的乘积，只要改变三要素中的任何一个要素，就会引起计量错误。按电能计量的原理因素，可把由于错误接线引起的计量错误归结为以下三种情况：

2.3本章小结

3  电能计量原理

3.1电压互感器

电能计量装置由电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、电能表以及二次回路等组成。从原理上看，互感器就是一种容量小、用途特殊的变压器。在电气测量中，测量仪器有时无法对被测的高电压和大电流进行直接测量，这时就需要把高电压和大电流变换成低电压和小电流再进行测量，互感器就是这样一种具有变换作用的仪器。

互感器除了具有变换的作用外还具有以下优点：由于互感器隔离了高电压和大电流，从而能够保证测量仪表与测试人员的安全；互感器采用统一的标准化输出量程：如电压互感器二次电压为100V或100/3V，电流互感器二次电流为5A，让接在互感器后的电能表采用统一的规格，有利于仪表的批量生产和使用。因此，测量互感器在电力系统中的得到了广泛应用。

1、电压互感器的工作原理

电压互感器的结构相当于一台降压变压器，由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等组成。它把高电压变换成低电压，供给测量仪表和继电保护装置，以保证测量仪表与测试人员的安全。电压互感器二次额定电压为100V或100/3V。电压互感器的一次绕组与高压电力线路连接，二次绕组与计量仪表电压回路并联，因此，一次绕组的匝数多，二次绕组的匝数少。电压互感器示意图如图2-l。

图2-1 电压互感器接线图

2、电压互感器的接线方式

电压互感器的接线方式主要有以下几种：

(l) 电压互感器的叨v接法(不完全星形接法)

V接法广泛地应用于中性点不接地或经消弧线圈接地的35kV及以下的高压三相系统，特别是10kV三相系统。因为它既能节省一台电压互感器，又可满足三相有功电能表、无功电能表和三相功率表所需的线电压。仪表电压线圈一般是接于二次侧a、b间和c、b间。这种接法的缺点是：不能测量相电压；不能接入监视系统绝缘状况的电压表。

(2) 电压互感器的Y/yn接法

Y/yn接法是用一台三相三柱式电压互感器，也可用三台单相电压互感器构成三相电压互感器组。这种接法多用于小电流接地的高压三相系统。此种接法的缺点是：当二次负载不平衡时，可能引起较大的误差；并且为了防止高压侧单相接地故障，高压侧中性点不允许接地，故不能测量对地电压。

(3) 电压互感器的YN/yn接法

此种接法多用于大电流接地系统时，常采用三台单相电压互感器构成三相电压互感器组。此种接法优点是：由于高压侧中性点接地，故可降低绝缘水平，使成本降低；电压互感器绕组是按相电压设计的，故既可测量线电压，又可测量相电压。此外，二次侧增设的开口三角形接地的辅助绕组，可构成零序电压过滤器供继电保护等使用。

3.2电流互感器

1、电流互感器的工作原理

电流互感器的结构与电压互感器一样，也是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等组成。在高压电力计量系统中，电流互感器是一种重要电器设备，是一次系统和二次系统之间的联络元件，被广泛应用于继电保护、系统监测和系统分析中。电流互感器是一种电流变换装置，它把大电流变换成小电流，供给测量仪表和继电保护装置，以保证测量仪表与测试人员的安全。电互感器二次额定电流为5A。

2、电流互感器使用注意事项

(l) 极性连接要正确

电流互感器的极性，一般是按减极性标注的。对于电流互感器而言，就是一次电流11和二次电流I：相对于各自绕组的同名端瞬时方向恰好相反，即一次电流流入互感器时，二次从互感器流出，这样的极性称为减极性。如果电流互感器的极性连接不正确，不仅会造成计量错误，而且，当同一线路有多个电流互感器并联时，还可能造成短路事故。为了不使接线搞错，对于单电流比的电流互感器，其极性标志规定为：一次绕组出线端首端标为Ll，末端标为1；二次绕组出线端首端标为K，末端标为0。

(2) 运行中的电流互感器二次回路不允许开路

电流互感器工作时，二次回路始终是闭合的，但因测量仪表和保护装置的串联绕组阻抗很小，其工作情况接近短路状态，当电流互感器开路时，将在二次绕组产生很高的电压，威胁人身安全，造成仪表、保护装置、互感器二次绝缘损坏。并且电流互感器二次回路必须接地，以防止一次绝缘击穿时，高电压窜入二次绕组威胁人身和设备安全。

3.3电能表

电能表是电能计量装置的核心设备，它专门用于计量负荷消耗的电能。目前，我国使用最广的电能表是感应式电能表和电子式电能表。

感应式电能表是利用电磁感应原理工作的，它主要由驱动元件(电压元件和电流元件)、转动元件(转盘和转轴)、制动元件、轴承和计度器等部件组成。当电压和电流通过驱动元件时，所产生的与有功功率成正比的电磁力矩驱动转盘转动，转盘的累积转数就可以表示消耗的电能。感应式电能表由于具有结构简单、维修方便、价格便宜等优点，一直被广泛应用。

电子式电能表是通过将功率转换成为标准脉冲输出，然后对脉冲累积以测量电能的计量装置。电子式电能表主要由采样元件、模/数转换器、班乘法器、电压/频率转换器和计度器等部件组成。电子式电能表工作时，首先让所采样的电压和电流分别经过各自的模/数转换器，由模/数转换器将它们转换成数字量，再将转换结果送入乘法器，由乘法器将电压和电流的瞬时值相乘，然后就输出一个与一定时间内的平均功率成正比的直流电压U0，再通过电压/频率转换器将U0转换成相应的脉冲频率f0，这样f0就正比于平均功率，最后将f0分频后，通过计数器的记数，得到相应的电能数值。

电子式电能表具有准确度高、体积小、重量轻、功能多等优点，正在得到日益广泛的应用。而具有的显示、存贮和输出数据等功能，更可以用于电脑全自动抄表、计费和检测，所以更得到了计量部门的青睐。

4  电能计量装置错误接线方式研究

4.1概述

高压三相三线计量方式的电能计量回路模式如图4-1和图4-2所示。

图4-1 电能计量电压回路

图4-2 电能计量电流回路

在图1、图2所示的模式中，只考虑了单个三相三线的有功电能表或多功能电子表，而在多数情况下都是一只感应式的有功电能表和一只感应式的60度无功电能表，由于感应式的60度无功电能表二个电压元件分别取至UAC和UBC。所以这时的电能计量电压回路接线图应是如图4-3所示。图4-3中，Z1、Z2表示有功电能表的一、二元件的电压阻抗，Z3、Z4表示无功电能表的一、二元件的电压阻抗。从对比图4-1和图4-3可以看出在电能计量电压回路发生故障时(如：压变高压熔丝断线、二次电压断线)，所加在有功电能表一、二元件上的电压会有所不同，这一差别将会影响更正系数的正确计算，在后面的内容中，将进行详细的分析。

电能计量电流回路相比之下，要比电压回路简单些，但在短接电流时误认为只要短接A、C两相电流。

图4-3 接有60度无功电能表的电能计量电压回路

4.2错误接线方式的确认

随着电子科技技术的发展，现在很多厂家生产的电能表现场校验设备，不仅能测量电压、电流的幅值大小和功率大小，还能直接显示出电压和电流关系的相量图。因此，传统的六角图相量分析已显得有些繁琐对错误接线方式的确认，我认为只要能够确认电流与电压的对应关系，确定电能表的错误接线就非常简单。下面举一例子来说明。

如某一用户处电能表，已知该用户负荷功率因素大约在0. 9~1之间(感性)，用现场校验仪所测回路相量图如图4-4所示。

图4-4 错误接线方式图

首先从错误接线的相量图中分析电流与电压的关系，由于该户用电负荷功率因素为0. 9~1. 0(感性)。那么很容易判断出Ic电流对应Ub电压，即表示.Ic电流和Ub电压，均取自同一相别。而.Ia电流同邻近的Ub电压和Ua电压均不对应，因为Ia电流和Ua电压之间的相位角大于30度，Ia电流和Ub电压之间的相位角显容性。而Ia正好对应Uc电压。在电流和电压的对应关系确定后，就应该确定电压的相序排列情况，由上面的分析可以看出，没有电流与Ua电压对应，这意味着Ua电压在正确的相量图应该是Ub电压，在确定了正确的Ub电压后，其他两相电压Ua、Uc，也能够确定了，即错误接线相量图中Ub电压对应正确相量图中的Uc电压、错误接线相量图中Uc电压对应正确相量图中的Ua电压。所以现在我们能够最终确定电能表的接线方式为有功电能表第一元件接入的是Ubc、Ia，Uac、Ic。

从上面的分析可以看出，在判断电能计量装置错误接线方式中，关键是要确定电流与电压的对应关系。但在分析错误接线方式前，必须要确定用电负荷的三个因素：A负荷潮流方向； B负荷性质，即属于感性负荷还是容性负荷。C负荷大致的功率因数范围，这是为了确定电流与电压的对应关系，因此这三个因素是进行错误接线分析的先决条件。由于负荷潮流方向问题，涉及面不广，所以这里着重讨论负荷性质及负荷功率因数范围的确定：

(1)负荷性质的确定

目前我国大多数用电设备都是感性负载，少数用电设备为容性负载。而很多用户都用了无功补偿设备，如电容器。因此，我们在无法判断负荷性质时，可以先让用户停用电容器等无功补偿装置，使功率因数在滞后的情况下，进行错误接线分析。也可以在变压器空载情况下进行，尽管这时负荷较小，但其功率因数必定滞后，而且功率因数较差。因为这时的有功功率损耗主要是变压器的铜耗和铁耗，相比之下励磁阻抗所引起的无功功率要大得多，所以功率因数较差。而在某些情况下：线路过长，而用电负荷较低，可能导致负荷性质为功率因数超前，这是因为线路过长导致线路对地之间的电容阻抗变大，从而导致整个负荷呈容性。

(2)负荷功率因数范围的确定

照明负荷功率因数不会太高，相比之下，动力负荷的功率因数要高些大多在0. 8以上。最难判断功率因数范围的是在负荷处于上下网临界点时，以及电气机车负荷。在无法确定负荷的实际功率因数范围时，除了用前面提到的停用电容器无功补偿装置以及在变压器空载情况下进行测试外，还可以通过功率对比法来确定负荷功率因数，比如可以通过用户处功率表的一次示值，获得电能计量回路上大致的二次功率，再通过我们测量所得到的二次电压、电流幅值，从而获得大致的功率因数范围。当然我们选用的参照物可以是线路对侧的电能计量回路的功率示值，也可以是几条线路或主变另外几侧的功率叠加值。但这种方法需要负荷比较稳定，有时测量工作需要在多处同时进行，才能保证所测的功率因数范围比较准确。在掌握了判断错误接线方式的方法后，对我们的电能表外场校验工作很有帮助。比如我们在现场工作中遇到电能计量电流二次回路校验端子比如C相电流端子损坏，导致现场校验设备电流线无法串接入C相电流端子中。这时实际上可以利用N相电流端子，将现场校验设备的电流第一元件串接入N相电流端子，将现场校验设备的电流第二元件串接入A相电流端子中，将现场校验设备的电压第一元件接入Ubc，而将现场校验设备的电压第二元件接入Uac。这实际上是灵活运用了判断错误接线方式的思路：我们可以先假设先将现场校验设备的电流第一元件串接入A相电流，而将现场校验设备的电流第二元件串接入N相电流，将现场校验设备的电压第一元件接入Uab，将现场校验设备的电压第一元件接入Ucb，这时将在现场校验设备上出现一个错误的电压。

通过这个错误的电流、电压关系相量图，我们再根据判断错误接线方式的方法，确定其错误接线方式，再从现场校验设备上来纠正错误接线，同样也能正确的校验电能表。

4.3本章小结

通过以上的分析讨论，对于电能计量装置错误接线方式的确定，重点就是要确定电流与电压的关系，确定了两者的关系，问题就迎刃而解。对于断电压的情况，一定要分清电压互感器的所带负载性质，以上只讨论了一只三相三线的有功电能表和一只60度型的三相三线无功电能表，实际工作可能会遇到更复杂的情况。同时对于断电情况，也要分清是电压互感器一次侧断熔丝，还是二次回路断线。在负荷功率因数比较稳定的情况下，通过电能表现场校验设备的电流、电压替代法来确认更正系数，不失为一种好方法。

5  结论

本文进行了电能计量方式及错误接线的分析，主要取得如下结论：

1、阐述了课题的背景和意义，总结了国内外研究现状；

2、对电能计量装置存在的问题进行了分析，研究了造成电能计量装置异常的原因；

3、研究了电能计量原理，分析了电压互感器、电流互感器和电能表的计量过程；

4、研究了电能计量装置错误接线方式对电能计量的影响。

参 考 文 献

[1]王永杰，利用WT-F24型电能表接线仿真系统对用电营销人员进行培训.安徽电力.2005，No.l:71-74

[2]孙艺敏，周毅波.电能表接线智能仿真系统的应用.广西电力，2007，NO.2:49~50

[3]董生怀，齐晋红，程花蕊.基于数学模型方式的电能表接线智能仿真系统的研制.电测与仪表，2006，NO.485:33-35

[4]吕宏，曹敏.电能计量装置错误接线判断的方法及步骤.

[5]朱晓，郑波，王晓东.“相位角表”在检查三相三线电能计量装置接线中的应用.电测与仪表，2006，No.485:29-32

[6]蒋成林.多功能现场校验装置的开发和研究.〔硕士学位论文〕四川大学.2005

[7]李音，王哲.三相三线电能计量装置错误接线的简化分析.电测与仪表，2006，NO.483:24-25

[8]郑忠发，刘建辉，廖勇，康广庸.三相三线电能计量装置公共回路断线及电流互感器二次反极性时接线分析.电测与仪表，2007，NO.499

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