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对电能计量装置相关问题的探讨

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   摘 要:目前,计量装置是供电企业经营的主要测量工具, 计量的准确性直接影响到企业的经济效益和社会效益, 电能计量的准确与否是电力管理部门关心的重要问题。电能计量故障及差错的发生, 影响到客户所用电量的准确计算、电费的及时回收及线损的准确计算, 因此预防和避免电能计量故障及差错,是电能计量工作的一项重要内容;本文作者从技术上分析了电能计量误差的产生机理, 并提出了减小电能计量误差的方法, 可以为供电企业进一步适应市场化经营和提供高品质服务奠定基础。
  关键词:电力系统;电能计量;电能表;装置误差;
  中图分类号:F407.61文献标识码:A 文章编号:
  1、电能计量的现状及存在的问题
  电能计量的准确性主要与计量设备的准确性、计量的盲点、抄表以及反窃电等问题有关。目前主要存在如下问题:
   (1)高压出线侧不具备电能计量的条件。由于以前发电厂的供电量是按发电机出口电量减去厂用电量来考核的, 目前还有部分电厂的计量点设在发电机出口, 高压出线侧没有电能计量装置, 因此不能准确地计量关口电量。
   (2)目前关口电能表普遍采用国产三相两元件感应式电能表, 在结构和功能上存在缺陷。
   (3)电压互感器二次导线压降引起的计量误差较大。
   (4)关口表现场校验方法不合理。
   (5)互感器准确度不符合规程要求。
  2、电能计量装置产生误差的技术原因分析
  2.1电能表误差
   电能表的误差可以分为3 种, 即电能表的负载特性误差、生产误差以及不当使用误差。
   电能表的基本误差随负载电流和功率因数变化而变化的关系曲线称电能表的负载特性。图1为常用感应式电能表的负载特性曲线, 可以看出:在小负载范围内(I=5%Ib~40%Ib)电能表误差较大, 这是因为在低负载时转矩很小, 只要补偿力矩小于摩擦力矩,误差就向负的方向变化。此情况下相位角误差影响很小, 电流自制动力矩可视为零。cosφ=0.5 时的转矩比cosφ=1时的转矩小1 倍, 摩擦力相对比较小, 补偿力矩大于摩擦力矩, 所以cosφ=0.5的负载特性曲线有较大的正值。当负载增加, 工作转矩增加, 摩擦误差和非线性误差相对减小, 加上此时的电流自制动力矩又不很大, 所以综合误差变小。当负载达到标定电流附近时(I=60%Ib~150%Ib)误差值最小。
  
  
  
  
  图1 感应式电能表的负载特性曲线图
  
  
  当负载电流达到180%标定电流时, 电流自制动力矩会增加很多, 此时铁心已饱和, 工作转矩增加, 又会出现负的误差; 当cosφ≠1 时, 相位角误差影响增加, 所以cosφ=0.5 的曲线比cosφ=1 的曲线下降得更多。
  为适应各种用户的需要, 要求电能表在较宽的范围内正常工作, 误差不超过其准确等级所规定的允许值。从最小误差角度出发, 实际运用中的电能表, 其所带负载电流应在50%Ib~180%Ib内。
  2.1.1电能表产品误差
   按国家统一的电能表设计要求, 生产电能表应采用五类磁钢, 该类磁钢性能稳定不易失磁, 是保证电能表误差稳定的重要部件。但有的电能表制造商为了在价格战中取胜, 擅自修改设计, 选用稀土磁钢或三类磁钢, 生产成本可下降10%左右, 但存在着严重的质量隐患。即使安装前误差调试合格, 投入运行后由于磁钢的不断失磁, 致使电能表的阻尼力矩不断减小, 电能表愈走愈快。这是造成运行中电能表出现正误差超差的主要原因。
   造成电能表投入运行后愈走愈慢的因素较多。感应式电能表是一个转动机械装置, 新表检定完毕安装投运后, 随着时间的推移, 轴承内润滑油不断挥发, 机械磨损将逐渐增加, 机械加工件应力不断释放, 转动轴杆同心度的误差也将增大, 这些因素都将导致机械摩擦力矩上升, 使电能表愈走愈慢, 尤其在轻负载情况下, 影响更为明显。
  2.1.2电能表不当使用误差
   在电能计量管理中, 由于电能表接线错误, 断线(失压、断流)所引起的计量误差较大, 易被人们所发觉和重视; 而由于电能表非常规接线或使用不当引起的计量误差较小, 一般只在百分之几至百分之十几, 不易被重视, 但是, 若其乘以倍率, 则会造成很大误差。作为交易结算的电能计量装置, 要求满足公平、准确、合理的原则, 因此, 电能表常见非正规接线引起的计量误差同样不可忽视。
  2.2互感器误差
  互感器的误差将造成电能计量装置失准, 直接影响各相关单位的经济利益以及线损等电网经济技术指标。
  2.3计量装置综合误差
   由以上分析可知, 电能计量装置的综合误差为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次回路压降引起的误差的代数和, 可以用下式表示:
  
  式中 γb—电能表的相对误差, %;
   γh—互感器合成误差, %;
   γd—电压互感器二次回路压降引起的误差, %。
  在实际的计量装置中, 电能表的误差γb 可以在负荷点下调至误差最小, 其他的计量装置误差均与实际二次回路的运行参数有关。
  3、降低电能计量误差的方法
  3.1完善计量装置
  3.1.1选择高精度、稳定性好的多功能电能表
  由于电子技术的发展, 目前多功能电子表的技术较为稳定, 误差基本呈线性。一只多功能电子表可同时兼有正、反向有功, 正、反向无功4 种电能计量和脉冲输出、失压记录、追补电量等辅助功能, 且过载能力强、功耗小。对Ⅰ、Ⅱ类用户应采用全电子式电能表。
  3.1.2减小互感器合成误差
  尽可能配用比差及角差符号相反、大小相等的电流互感器和电压互感器, 使得互感器的合成误差最小, 以便最大限度地降低计量装置综合误差。
  3.1.3电压互感器二次导线的选择
  根据互感器二次回路的实际情况选择二次导线的截面和长度。在一定负载下, 给定电缆截面面积,在规定的电压降下, 给定导线长度, 导线截面积不小于2.5 mm2。
  3.1.4保证互感器实际二次负荷
  电流互感器二次回路导线截面积最小值为4mm2, 且中间不得有接头, 导线端子排转接处应留有足够的长度。在投产前, 必须测量电流、电压互感器的实际二次负荷, 保证其在标定的额定负荷范围内。
  3.1.5保证互感器回路完整
  对35 kV 以上的计费用电压互感器二次回路,应不装设隔离开关辅助触点, 但可装设熔断器; 对35 kV 及以下的计费用电压互感器二次回路, 应不装设隔离开关辅助触点和熔断器。电流、电压回路应设专用二次回路, 不与保护、测量同回路。
  3.2采用正确的计量方式
  3.2.1保证电能表的正确接线
  对接入中性点绝缘系统的电能计量装置, 应采用三相三线制电能表, 其2 台电流互感器二次绕组宜采用四线连接; 对三相四线制的电能计量装置, 其3 台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六线连接。如采用四线连接, 若公共线断开或一相电流互感器极性相反, 会影响计量; 且进行现场检验时, 采用单相法每相电流互感器二次负载电流与实际负载电流不一致, 给测试工作带来困难, 造成测量误差。
  3.2.2增设失压计量器
  对计费用高压电能计量装置应装设失压计量器, 及时读取失压记录, 作为追补电量的依据。
  3.2.3合理选择电流互感器变比
  要求正常负荷电流在电流互感器额定电流的60%左右, 对季节性用电的用户应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器。
  3.2.4采用电压误差补偿装置
  如果电压互感器二次回路的负荷导纳变化范围不大, 可采用电压误差补偿器, 补偿二次导线电压引起的比差和角差。
  3.2.5开展计量装置综合误差分析
  在新投运和改造的计量装置选型上, 要求电能表、互感器都必须按负荷类别选取适当的准确度等级, 并在投产前做好各项测试工作。投产前电流、电压互感器合成误差、电压互感器二次回路压降误差通过计算形成数据表, 在每次的周期校验时, 都可以对照各项数据配合电能表进行调整, 使计量综合误差达到最小。同时, 按规程规定做好电能表、互感器等周期检验和轮换工作。
  3.2.6经常检测电流互感器倍率和计量回路
  有些窃电户为了少交电费, 往往私自将原装的电流互感器更换为较大倍率的电流互感器, 甚至仍装上原来电流互感器的铭牌。在检查时, 应注意电流互感器的实际倍率是否与铭牌相一致。检查电流互感器的一次回路或二次回路是否短接、二次回路是否伪接或开路、二次端子的极性或换相是否错接等。对电压互感器, 应检查其接线的正确与否, 防止虚接、伪接与二次回路的开断以及换相错接等。
  4、结束语
  综上所述:电能计量装置作为考核主网线损的重要依据, 是电力系统走向市场的重要保证。因此必须认真做好电能计量工作, 提高电能计量装置的准确性, 真正做到电能计量公平合理, 为发供用电各方提供可靠依据。
  
  注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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