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【摘 要】电能是国民经济和人民生活的主要能源，电力生产的特点是发电厂发电、输电部门输电、配电部门配电、用户用电这四个部门连成一个系统，不间断地同时完成。提高电能计量的正确性和电费核算的准确性，对发、输、配、用四方都是十分需要的。
【关键词】电能计量；电流互感器；零序电流
1.绪论
1.1电能计量的重要性
电能是国民经济和人民生活极为重要的能源，电气化程度和管理现代化水平是衡量一个国家发达与否的重要标志。电力生产的特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门连成一个系统，不间断地同时完成。发、供、用电三方如何销售与购买电能、如何进行经济计算，涉及许多技术、经济问题。营业性计费的公正合理，涉及电业部门与用户的经济利益。提高电能计量的正确性，对发、供、用电三方都是十分需要的。
由于电力电子技术在各行各业用电设备中的采用，负荷向电力系统注入大量的谐波，引起电压、电流波形严重畸变。如何计算谐波电能，如何制定畸变波形作用下的电能计量和计费标准，都是有待解决的问题。
1.2电能计量的组成
电能计量装置的重要组成元件之一就是电能表，从交流感应式电能表、半电子式及全电子式电能表、多功能电子式电能表、电卡电能表到脉冲电能表，以上这些都是传统的物理意义上的电能表，计量的原理都是一样的，有两元件和三元件接线法。
电能计量装置的其他组成部分还包括计量用电流、电压互感器、其二次回路及电能计量箱等。
2.理论分析
2.1电能的基本计算
电能计算可以通过下面的公式进行，即
式中，，，分别是瞬时电压，瞬时电流，瞬时功率值。
可见，电能的计算与功率的计算只相差一个时间变量，因此，电能的计算可以通过对功率的计算来实现。
2.2有功功率的计量
有功功率的计量包括单相有功功率的计量和三相有功功率的计量，三相有功功率的计量又分为三相三线制电路和三相四线制电路有功功率的计量，现举例，就三相四线制电路有功功率计算分析如下。
三相四线制电路可以看作是由三个单相电路组成的，其平均功率等于各相有功功率之和，即：
当三相电路完全对称时，三相功率为
图1 三相四线制电路有功功率向量图
2.3无功功率的计量
1）三相交流电路无功功率的计算公式为
当三相电路完全对称时，三相功率为
2.4电压和电流有效值的测量
三相交流电路中，电压和电流的测量一般为有效值的测量，根据电路理论中电压和电流有效值的定义：
因此可以计算出三相四线中电压和电流的有效值。
2.5三元件法的三相电能计量
图2 三元件法的三相电能计量原理图
三元件法一般用在三相四线制系统，是通过电流、电压互感器分别采集各相电流、和电压，通过计算从而实现电能计量。具体接线如2：
由如图接线可以看出，其实际测量到有功功率为：
与理论值相符合，即采用三元件法对有功电能的计量是准确的。由于其采集的是三相电压、电流值，所以不管是三相三线制、还是三相四线制，其有功电能的计量都是准确的。
90°接线测量无功功率，实际有效值为：
与理论值相符，即采用90°接线计量无功电量是准确的。不管是三相三线制系统，还是三相四线制系统，其无功电能的计量都是准确，这是由它的接线原理所确定的。
2.6电流互感器误差的定义
工程上为了实现对大电流、高电压的设备的电能计量，可通过电流、电压互感器将大电流、高电压转化为与电能表相匹配的小电流、低电压，通过电能表完成电能计量。通过电流、电压互感器实现了大电流、高电压向小电流、低电压的转换，同时，还实现了高压的隔离，保证二次设备及人员的安全。
电流互感器的额定变比幅值形式表示为
（17）
由于原、副边额定值是确定的，所以额定互感比是一个确定不变的量。
事实上，当互感器运行工况改变时，例如原边的输入电压或电流发生变化以及副边接入不同的二次负载阻抗时，将导致互感器内、外阻抗的比值发生变化，从而使变比发生变化。也就是说互感器的实际变比（原边实际值/副边实际值）是一个随运行工况的改变而变化的量，而额定变比只是实际变比的一个特殊值，可认为是标准运行工况下的变比。实际变比可表示为：
（18）
在某一运行情况下，若实际变比与额定变比不相等，二次测量值乘以额定变比而得出的一次侧值，则与一次侧实际值有差异。这种由于实际变比与额，定变比不相等而引起互感器在测量电压或电流时产生的计算值与实际值之间的差值称为互感器的误差。
3.电流互感器零序电流对电能计量的影响
3.1零序电流产生的原因
在非中性点绝缘系统中，在正常运行时，因为系统三相参数的不对称，一般都有零序电流存在，但一般很小。在发生单相接地故障时，也会产生零序电流，会引起零序保护动作，切除故障设备或线路。
在小电流系统正常运行中产生零序电流的原因主要有两点：一个是中性点有消弧线圈或小电阻接地，另一个是系统出现不对称，这是产生零序电流的两个充分必要条件。而在非中性点绝缘系统中采用原来的两元件计量方式到底会产生多少计量误差，有必要进行进一步的研究。
3.2零序电流的影响
零序电流对电能计量的影响体现在两个方面：一个是零序电流的大小，一个是零序电流的方向（即角度）。
零序电流的幅值大小影响三相功率和电能计量误差的幅值误差，即影响计量误差的绝对值的多少；零序电流的角度（方向）影响计量误差是正还是负，即采用两元件法可能少计量，也可能多计量。
通过实际测量，对不完全对称的三相四线制系统，同时采用两元件和三元件法计量功率和电能，采用两元件法计量有功功率时的误差为负的几率为76.9%，说明多数情况下系统少计量了电能，它给供电企业产生了相当大的经济损失。
与上述条件类似，采用两表法产生的计量误差在±（0.5-7.8）%之间，说明两表法产生的计量误差是很大的。
【关键词】电能计量；电流互感器；零序电流
1.绪论
1.1电能计量的重要性
电能是国民经济和人民生活极为重要的能源，电气化程度和管理现代化水平是衡量一个国家发达与否的重要标志。电力生产的特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门连成一个系统，不间断地同时完成。发、供、用电三方如何销售与购买电能、如何进行经济计算，涉及许多技术、经济问题。营业性计费的公正合理，涉及电业部门与用户的经济利益。提高电能计量的正确性，对发、供、用电三方都是十分需要的。
由于电力电子技术在各行各业用电设备中的采用，负荷向电力系统注入大量的谐波，引起电压、电流波形严重畸变。如何计算谐波电能，如何制定畸变波形作用下的电能计量和计费标准，都是有待解决的问题。
1.2电能计量的组成
电能计量装置的重要组成元件之一就是电能表，从交流感应式电能表、半电子式及全电子式电能表、多功能电子式电能表、电卡电能表到脉冲电能表，以上这些都是传统的物理意义上的电能表，计量的原理都是一样的，有两元件和三元件接线法。
电能计量装置的其他组成部分还包括计量用电流、电压互感器、其二次回路及电能计量箱等。
2.理论分析
2.1电能的基本计算
电能计算可以通过下面的公式进行，即
式中，，，分别是瞬时电压，瞬时电流，瞬时功率值。
可见，电能的计算与功率的计算只相差一个时间变量，因此，电能的计算可以通过对功率的计算来实现。
2.2有功功率的计量
有功功率的计量包括单相有功功率的计量和三相有功功率的计量，三相有功功率的计量又分为三相三线制电路和三相四线制电路有功功率的计量，现举例，就三相四线制电路有功功率计算分析如下。
三相四线制电路可以看作是由三个单相电路组成的，其平均功率等于各相有功功率之和，即：
当三相电路完全对称时，三相功率为
图1 三相四线制电路有功功率向量图
2.3无功功率的计量
1）三相交流电路无功功率的计算公式为
当三相电路完全对称时，三相功率为
2.4电压和电流有效值的测量
三相交流电路中，电压和电流的测量一般为有效值的测量，根据电路理论中电压和电流有效值的定义：
因此可以计算出三相四线中电压和电流的有效值。
2.5三元件法的三相电能计量
图2 三元件法的三相电能计量原理图
三元件法一般用在三相四线制系统，是通过电流、电压互感器分别采集各相电流、和电压，通过计算从而实现电能计量。具体接线如2：
由如图接线可以看出，其实际测量到有功功率为：
与理论值相符合，即采用三元件法对有功电能的计量是准确的。由于其采集的是三相电压、电流值，所以不管是三相三线制、还是三相四线制，其有功电能的计量都是准确的。
90°接线测量无功功率，实际有效值为：
与理论值相符，即采用90°接线计量无功电量是准确的。不管是三相三线制系统，还是三相四线制系统，其无功电能的计量都是准确，这是由它的接线原理所确定的。
2.6电流互感器误差的定义
工程上为了实现对大电流、高电压的设备的电能计量，可通过电流、电压互感器将大电流、高电压转化为与电能表相匹配的小电流、低电压，通过电能表完成电能计量。通过电流、电压互感器实现了大电流、高电压向小电流、低电压的转换，同时，还实现了高压的隔离，保证二次设备及人员的安全。
电流互感器的额定变比幅值形式表示为
（17）
由于原、副边额定值是确定的，所以额定互感比是一个确定不变的量。
事实上，当互感器运行工况改变时，例如原边的输入电压或电流发生变化以及副边接入不同的二次负载阻抗时，将导致互感器内、外阻抗的比值发生变化，从而使变比发生变化。也就是说互感器的实际变比（原边实际值/副边实际值）是一个随运行工况的改变而变化的量，而额定变比只是实际变比的一个特殊值，可认为是标准运行工况下的变比。实际变比可表示为：
（18）
在某一运行情况下，若实际变比与额定变比不相等，二次测量值乘以额定变比而得出的一次侧值，则与一次侧实际值有差异。这种由于实际变比与额，定变比不相等而引起互感器在测量电压或电流时产生的计算值与实际值之间的差值称为互感器的误差。
3.电流互感器零序电流对电能计量的影响
3.1零序电流产生的原因
在非中性点绝缘系统中，在正常运行时，因为系统三相参数的不对称，一般都有零序电流存在，但一般很小。在发生单相接地故障时，也会产生零序电流，会引起零序保护动作，切除故障设备或线路。
在小电流系统正常运行中产生零序电流的原因主要有两点：一个是中性点有消弧线圈或小电阻接地，另一个是系统出现不对称，这是产生零序电流的两个充分必要条件。而在非中性点绝缘系统中采用原来的两元件计量方式到底会产生多少计量误差，有必要进行进一步的研究。
3.2零序电流的影响
零序电流对电能计量的影响体现在两个方面：一个是零序电流的大小，一个是零序电流的方向（即角度）。
零序电流的幅值大小影响三相功率和电能计量误差的幅值误差，即影响计量误差的绝对值的多少；零序电流的角度（方向）影响计量误差是正还是负，即采用两元件法可能少计量，也可能多计量。
通过实际测量，对不完全对称的三相四线制系统，同时采用两元件和三元件法计量功率和电能，采用两元件法计量有功功率时的误差为负的几率为76.9%，说明多数情况下系统少计量了电能，它给供电企业产生了相当大的经济损失。
与上述条件类似，采用两表法产生的计量误差在±（0.5-7.8）%之间，说明两表法产生的计量误差是很大的。