李 琦

(大安供電局，四川 自貢 643000)

0 前言

三相三線多功能電能表正全面替代機(jī)械式感應(yīng)系有功、無(wú)功電能表聯(lián)合接線方式計(jì)量三相電能，在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)當(dāng)三相三線多功能電能表出現(xiàn)失壓故障時(shí)，退補(bǔ)電量若仍按傳統(tǒng)的追補(bǔ)電量方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算出來(lái)的有功、無(wú)功退補(bǔ)電量會(huì)與事實(shí)不符，供電企業(yè)經(jīng)常就此與電力客戶發(fā)生糾紛，如何準(zhǔn)確地計(jì)算三相三線多功能電能表在失壓期間的退補(bǔ)電量是目前用電、計(jì)量部門(mén)必須研究和解決的課題。

1 三相三線多功能電能表內(nèi)部電壓回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

目前新型三相三線多功能電能表內(nèi)部電壓回路均采用的是三元件結(jié)構(gòu)，即在表的每?jī)蓚€(gè)電壓輸入端鈕之間均接有采樣元件，如圖1所示，電壓采樣元件除了進(jìn)行電壓采樣外，還為表計(jì)內(nèi)部集成電路提供工作電源，圖1中a、b和b、c之間所接的分別為多功能表電壓采樣元件的等效阻抗Zab和Zbc，它們主要的功能是將交流輸入電壓進(jìn)行采樣后輸入電能表的計(jì)量芯片。為了提高表計(jì)的工作可靠性在a、c之間也接入了一個(gè)電壓采樣元件等效阻抗Zac，它只用于為表計(jì)提供工作電源，在這種結(jié)構(gòu)下，當(dāng)任何一相失壓時(shí)，均可保證多功能電能表的正常工作電源，而三相三線機(jī)械式感應(yīng)電能表只有兩個(gè)電壓線圈，如圖2所示，分別接在a、b和b、c之間。正是由于這種結(jié)構(gòu)上的差別，導(dǎo)致在失壓時(shí)多功能表的運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)械表不同。

圖1 三相三線多功能電能表內(nèi)部電壓結(jié)構(gòu)圖

圖2 三相三線機(jī)械式感應(yīng)電能表內(nèi)部電壓結(jié)構(gòu)圖

2 三相三線多功能電表無(wú)功計(jì)量原理

目前使用的多功能電能表無(wú)功計(jì)量回路都采用90°移相濾波器，將電壓信號(hào)移相90°來(lái)進(jìn)行無(wú)功的計(jì)量，如圖3所示，而機(jī)械式感應(yīng)系三相無(wú)功電能表多數(shù)則采用內(nèi)相角為60°的三相三線無(wú)功表進(jìn)行計(jì)量，相量圖如圖4所示。

圖3 三相三線多功能表無(wú)功計(jì)量向量圖

圖4 機(jī)械式感應(yīng)系三相三線多無(wú)功表向量圖

如圖3所示，可寫(xiě)出三相三線多功能電表無(wú)功計(jì)量的表達(dá)式。

如圖4所示，可寫(xiě)出機(jī)械式感應(yīng)系三相三線無(wú)功表功率的表達(dá)式。

3 三相三線多功能電能表失壓情況下有功、無(wú)功計(jì)量的分析

通常在10 kV中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，計(jì)量用電壓互感器一般采用兩臺(tái)單相互感器接成不完全星形，也稱為V-V接線，用來(lái)測(cè)量各相間電壓，以下就是對(duì)三相三線多功能電表在V-V接線時(shí)發(fā)生在電壓互感器一、二次出現(xiàn)電壓斷線的故障分析。

3.1 TV一次回路斷線

3.1.1 TV一次A相斷線

TV一次A相保險(xiǎn)熔斷導(dǎo)致斷線時(shí)的電路及二次電壓回路的等效電路如圖5、6示，此時(shí)接在A、B相之間的TV一次繞組失壓，導(dǎo)致二次繞組ax無(wú)感應(yīng)電勢(shì)輸出，則其可等效成一個(gè)阻抗Zax，從TV及多功能電表的結(jié)構(gòu)原理可知Zax的數(shù)值為歐姆級(jí)，只有幾個(gè)歐姆，而多功能表的電壓采樣電路阻抗很大，至少為千歐級(jí)，所以有:Zax＜ ＜Zab，Zab=Zac=Zbc，因此Zax與Zab并聯(lián)后的等效電阻Z＜Zax＜＜Zab，Z和Zac串聯(lián)后接在Ucb上，根據(jù)串聯(lián)分壓原理可得出加在Zab上的電壓幾乎為零，Ucb的絕大部分加在Zac上，所以表計(jì)的第一元件基本上可以認(rèn)為因輸入電壓為零而停止計(jì)量。

如圖7所示，多功能表測(cè)量的有功功率表達(dá)式為

圖5 TV一次A相斷線接線圖

圖6 等效電路圖

圖7 A相斷線有功相量圖

圖8 A相斷線無(wú)功相量圖

如圖8所示，多功能表測(cè)量的無(wú)功功率表達(dá)式為

3.1.2 TV一次B相斷線

TV一次B相保險(xiǎn)熔斷導(dǎo)致斷線時(shí)的電路及二次電壓回路的等效電路如圖9、10示，此時(shí)接在A、B相之間的TV一次繞組電壓為A、C間相電壓值的一半，B、C相之間的TV一次繞組電壓為C、A間相電壓值的一半。所以此時(shí)多功能表第一元件輸入的是0.5Uac、Ia，第二元件輸入的 0.5Uca、Ic。

圖9 B相斷線接線圖

如圖11所示，多功能表測(cè)量的有功功率表達(dá)式為

圖10 二次電壓回路等效電路圖

圖11 B相斷線有功相量圖

圖12 B相斷線無(wú)功相量圖

如圖12所示，多功能表測(cè)量的無(wú)功功率表達(dá)式為

3.1.3 TV一次C相斷線

TV一次C相保險(xiǎn)熔斷導(dǎo)致斷線時(shí)的電路及二次電壓回路的等效電路如圖13、14示，此時(shí)接在B、C相之間的TV一次繞組失壓，導(dǎo)致二次繞組ax無(wú)感應(yīng)電勢(shì)輸出，則其可等效成一個(gè)阻抗Zax，從A相一次斷線的分析可以得到類似的結(jié)果，即加表計(jì)Zax電壓幾乎為零，所以表計(jì)的第二元件基本上可以認(rèn)為因輸入電壓為零而停止計(jì)量。

圖13 C相一次斷線接線圖

圖14 C相一次斷線等效電路圖

圖15 C相斷線有功相量圖

圖16 C相斷線無(wú)功相量圖

如圖15所示，多功能表測(cè)量的有功功率表達(dá)式為

相量圖如圖16所示。多功能表測(cè)量的無(wú)功功率表達(dá)式為

3.2 TV二回路斷線

3.2.1 TV二次A相斷線

在此故障情況下，二次電壓回路的電路如圖17所示，此時(shí)多功能表A、B相之間電壓采樣電路等效阻抗Zab和A、C相之間的Zac串聯(lián)后再與Zbc并聯(lián)在Ucb上，Ucb=100 V，因?yàn)?Zab=Zac=Zbc，所認(rèn)加在表計(jì)A、B相之間的電壓=0.5Ucb=50 V，多功能表第一元件輸入的是0.5Ucb、Ia，第二元件輸入的Ubc、Ic。

圖17 TV二次A相斷線接線圖

圖18 TV二次A相斷線有功相量圖

圖19 TV二次A相斷線無(wú)功相量圖

如圖18可得此時(shí)多功能電能表所計(jì)有功功率的表達(dá)式為

如圖19可得此時(shí)多功能電能表所計(jì)無(wú)功功率的表達(dá)式為

3.2.2 TV二次B相斷線

在此故障情況下，二次電壓回路的電路如圖20所示，此時(shí)多功能表A、B相之間電壓采樣電路等效阻抗Zab和B、C相之間的Zbc串聯(lián)后再接在A、C相之間，Uab=100 V，因?yàn)?Zab=Zbc，Uab=0.5Uac=50 V，Ucb=0.5Uca=50 V，多功能表第一元件輸入的是0.5Uac、Ia，第二元件輸入的 0.5Uca、Ic。

圖20 TV二次B相斷線后接線圖

圖21 TV二次B相斷線后有功相量圖

如圖21可得此時(shí)多功能電能表所計(jì)有功功率的表達(dá)式為

圖22 TV二次B相斷線后無(wú)功相量圖

如圖22可得此時(shí)多功能電能表所計(jì)無(wú)功功率的表達(dá)式為

3.2.3 TV二次C相斷線

在此故障情況下，二次電壓回路的電路如圖23所示，此時(shí)電表B、C相之間等效阻抗Zbc和A、C相之間的Zac串聯(lián)后再與A、B相之間的Zab并聯(lián)在Uab上，Uab=100 V，因?yàn)?Zab=Zac=Zbc，所認(rèn)加在表計(jì)C、B相之間的電壓為0.5Uab=50 V，多功能表第一元件輸入的是 Uab、Ia，第二元件輸入的 0.5Uab、Ic。

如圖24可得此時(shí)多功能電能表所計(jì)有功功率的表達(dá)式為

圖23 TV二次C相斷線接線圖

圖24 TV二次C相斷線有功相量圖

圖25 TV二次C相斷線無(wú)功相量圖

如圖25可得此時(shí)多功能電能表所計(jì)有功功率的表達(dá)式為

4 綜合分析及結(jié)論

根據(jù)上述分析計(jì)算，可總結(jié)得出三相三線多功能表在各類電壓斷線的情況下的更正系數(shù)K值。

從表1可以看出當(dāng)三相三線多功能電表發(fā)生失壓故障后，在計(jì)算其差錯(cuò)電量更正系數(shù)K值時(shí)，應(yīng)弄清其故障斷線點(diǎn)的位置，判斷其失壓是發(fā)生在TV的一次側(cè)或二次側(cè)后，再計(jì)算出其K值。通過(guò)多功能電表與機(jī)械式感應(yīng)系電能表在失壓情況下更正系數(shù)計(jì)算的比較，可得出以下結(jié)論。

表1 三相三線多功能表失壓時(shí)有功、無(wú)功更正系數(shù)K值

(1)當(dāng)斷線點(diǎn)發(fā)生在電壓互感器一次側(cè)時(shí)，其有功電量更正系數(shù)與機(jī)械式感應(yīng)系有功表一樣.

(2)當(dāng)斷線點(diǎn)發(fā)生在電壓互感器二次側(cè)時(shí)，因三相三線多功能表內(nèi)部多一個(gè)電壓線圈的原因，會(huì)使失壓相的元件仍然會(huì)因其他相電壓而工作，所以此時(shí)計(jì)算差錯(cuò)電量時(shí)若仍按傳統(tǒng)式算法將會(huì)出現(xiàn)很大偏差。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知:當(dāng)多功能電能表在TV二次側(cè)發(fā)生失壓時(shí)，其有功、無(wú)功差錯(cuò)電量更正系數(shù)K值均為2。

(3)無(wú)功更正系數(shù)的計(jì)算因其三相三線多功能表無(wú)功計(jì)量原理與內(nèi)相角為60°的三線三相無(wú)功表計(jì)量原理的不同，更不能沿用傳統(tǒng)的K值計(jì)算法，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著三相三線多功能電能表的大面積使用，如何正確地計(jì)算其在失壓時(shí)的退補(bǔ)電量工作已經(jīng)顯得非常重要，將在電能計(jì)量工作多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)，希望能對(duì)電力企業(yè)電能計(jì)量及用電檢查人員在面對(duì)這些問(wèn)題的時(shí)候，提供一定的幫助和借鑒。而實(shí)際工作中要求只有以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和科學(xué)的工作方法才能保證電能計(jì)量工作的公平、公正，在維護(hù)供用電雙方合法權(quán)益的同時(shí)，樹(shù)立供電企業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工作作風(fēng)和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的良好形象，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。

［1］韓玉.電能計(jì)量［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［2］康廣庸.電能計(jì)量裝置故障接線分析模擬與檢測(cè)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.