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【摘 要】电能计量自动化系统集多种先进的技术于一身，采集分析及数据处理应用于用电管理和负荷监控。本文探讨了利用系统采集的数据分析电能计量装置接线的方法，利用数据之间的关联关系，有目的的进行分析，分析结果经过反向校核，结果可靠，有利于快速判断计量装置接线情况，为计量装置的现场检查结果提供一个有效校正方法。计量接线错误往往较难通过直观发现，用常规的逐户排查方法耗时耗力，本文介绍的是一种足不出户、便于操作的分析方法。该分析方法还可以根据分析目的加以延伸扩展，继续开发计量自动化系统的应用价值。
【关键词】电能计量 系统数据 计量接线 分析
引言：远程监测电能计量装置运行数据，分析计量异常信息，及时发现分析并处理用户用电异常状况，是保障供用电双方利益的关键，也是保证公平交易，维护电力企业社会形象的需要。
计量自动化系统有着丰富的数据内涵，应开辟其更大的应用空间，通过计量表达式功率因数（相角）核对和计量相量图对照两步法，正确判断计量接线问题，是计量自动化系统数据的重要应用。
一、数据分析依据
计量装置能够正确计量电能，首先必须保证接线对应正确。正确接线下，从计量装置读取的数据包括电压、电流、日电量、功率和功率因数角，它们在二维相量图中有着固定的变化区间，并且相互之间有密切关联。
二、数据分析方法及应用
正确接线下，计量装置读取的功率因數总为计数期间负载的平均功率因数，当计量装置接线发生错误，大多数情况下，计量装置读取的功率因数与负载功率因数不相符，依据这一特点，将错误接线下读取的功率因数总换算到角度，代入正确接线下的计量表达式分相功率因数算式，与读取的分相功率因数比对，再经过相量图验证，展开对计量装置错误接线的分析及应用。
（一）三相四线计量装置的接线分析
1.正确接线的分析
三相四线计量装置正确接线时，三个电压值和三个电流值不仅反映三相用电的平衡度，从三个电压值还可以判断出电压端子的压接状况，功率因数反映了计量单元元件接入的电压与电流的相位关系。
正确接线时应同时符合以下特征：
①三个计量元件功率因数都为正值；
②计量元件有功功率和无功功率均为正值，功率总为各元件功率之和；
③记录的日电量正向有功有累计数，反向有功为0；
④计量装置的功率因数与用户用电负载功率因数相同；
⑤元件电流与电压之间夹角的变化区间为-90°<φ<90°，功率因数值在0到1之间变化。
在满足以上条件下，进行功率因数代入比对结果是相符的。
证例：表1为某用户三相四线计量装置正确接线时代表日记录的数据。
表1三相四线计量装置正确接线时计量自动化系统读取的数据
上表中，各元件功率因数与功率因数总一致，元件有功、无功功率值之和等于有功、无功功率总，元件电压、电流及功率因数的乘积与功率值一致。
①进行计量表达式相位校对
三相四线计量装置的计量表达式为：
因此，可以用功率因数总校核元件功率因数，根据功率因数总计算得φ=35.7°，代入式（1）、（2）、（3），计算结果与表中元件功率因数一致。
②正确接线时的计量相量图
元件的电压、电流及相位关系可用相量图表示绘制相量图时应先计算元件功率因数角，通过元件功率因数值求余弦反函数得到：φU=36°，φV=36°，φW=35°
相量图
以上是三相四线计量装置正确接线时的相量图，由图可见，每相电压与电流之间有确定的跟随关系。
2.错误接线的分析
当发生接线错误时，也就是接入计量元件端子的电压或电流不是规定相别，这时，元件的电压与电流相位角将发生改变，计量装置记录的有功功率、无功功率、正向电量和反向电量将随之改变。
存在以下现象可以确定发生了错误接线：
①读取的计量功率因数与用户负载功率因数不相同；
②三相负荷平衡时，三相元件功率之和不等于功率总；
③三相负荷平衡时，三相计量功率因数值符号不相同；
④反向电量有累计数，正向电量为0。
当存在以上情况时，进行功率因数代入比对结果是不相符的。
证例：表2为某用户三相四线计量装置错误接线时代表日记录的数据。
表2三相四线计量装置错误接线时计量自动化系统读取的数据
上表中，记录期间三相负荷基本平衡，但三个元件功率因数与功率因数总完全不相符，三个元件功率之和不等于有功功率总，可以判定存在接线错误。分别用每相电压、电流与该类用户可能的功率因数进行测算，三个元件所计量的有功功率符合对应相功率值，但有功功率总小于每相功率，说明其中一相功率为负值，且是最大数值一相为负功率。造成负功率的原因是电流极性接反，即U相元件电流极性接反。
对于部分单向多功能表，当功率因数值为负时，表计不能显示正确的功率因数值，这时必须用同一时刻的电压、电流和有功功率进行计算，计算方法为：
cosφ=，φ=arccos
上例中，U相功率因数角φU= arccos=154°
由于表中电流和有功功率值存在采集的时序差，计算出来的角度与实际值可能存在偏差，但不影响定性分析结果。
①进行计量表达式相位核对
用功率因数总校核元件功率因数，根据功率因数总计算得φ=65.1°，代入式（1）、（2）、（3），计算结果与表中元件功率因数完全不符。
②错误接线时的计量相量图对照
相量图
图中，IU电流偏离了正常位置，将IU电流相量反向后，电压、电流及相位关系符合三相四线计量装置正确接线情况。 （二）三相三线计量装置接线分析
1.正确接线的分析
三相三线计量装置正确接线时，电压值和电流值不仅反映三相用电的平衡度，从电压值还可以判断出电压端子的压接状况，以及电压互感器一、二次绕组极性连接情况，功率因数反映了计量装置元件接入的电压与电流的相位关系。
三相三线计量装置正确接线时应同时符合以下特征：
①计量裝置的功率因数总与用户用电负载功率因数相同；
②记录的日电量正向有功有累计数，反向有功为0；
③感性负载时，U向元件功率因数小于W相元件功率因数，容性负载则相反；
④负载功率因数值大于±0.5时（定性分析可假设负载功率因数大于±0.5），两个计量元件功率因数都为正值，功率总为各元件功率之和；
⑤感性负载，负载功率因数大于0.5时，U相元件电流与电压之间夹角的变化区间为30°≤φ<90°，功率因数值在0到0.866之间变化，W相元件电流与电压之间夹角的变化区间为30°≤φ<-30°功率因数值在0.866到1之间变化，容性负载时，两元件的变化区间互换。
在满足以上条件下，进行功率因数代入比对结果是相符的。
证例：表3为某用户三相三线计量装置正确接线时代表日记录的数据。
表3 三相三线计量装置正确接线时计量自动化系统读取的数据
①进行计量表达式相位核对
正确接线时，上表中功率因数总与用户负载功率因数一致，三相三线计量功率表达式为：
因此，可以用计量功率因数总校核元件功率因数，根据功率因数总计算得φ =27.38°，代入式（4）、（5），计算结果与表中元件功率因数一致。此外，元件有功、无功功率值之和等于有功、无功功率总，元件电压、电流及功率因数的乘积与功率值一致。
②正确接线时的计量相量图
绘制相量图时应计算元件功率因数角，通过元件功率因数值求余弦反函数得到：φU=57.38°，φW=-2.62°
相量图
图中，两个电流相量与就近相电压之间符合用户负载实际情况。
2.错误接线的分析
当三相三线计量装置发生接线错误时，也就是接入计量元件端子的电压或电流不是规定的相别，这时，元件的电压与电流相位角将发生改变，计量装置记录的有功功率、无功功率、正向电量和反向电量将随之改变。
存在以下现象可以确定发生了错误接线：
①计量功率因数与用户负荷功率因数不相同；
②功率因数算出的相位角，代入式（2）、（3），计算结果与记录的元件功率因数值不一致；
③反向电量有累计数，正向电量为0。
以下情况应该怀疑可能发生错误接线：
①用户已经配置无功补偿装置，用电负载正常，但功率因数较低；
②新装、增容或计量装置接线变更后首月，功率因数偏低；
③U元件功率因数值大于W元件功率因数值。
当存在以上情况时，进行功率因数代入比对结果是不相符的。
证例：表4为某用户三相三线计量装置错误接线时代表日记录的数据。
表4 三相三线计量装置错误接线时计量自动化系统读取的数据
表中，该用户用电负载正常，增容后功率因数从增容前0.95下降到低于0.5，与实际情况不相符。
①进行计量表达式相位核对
功率因数总为0.452，算出功率因数角为φ=63.13°，代入式（4）、（5），得U元件功率因数为-0.055，W元件功率因数为0.837，与表中元件功率因数不相符。
②错误接线时的计量相量图对照
绘制相量图
设接入计量装置的电压，从端子左到右排列分别为U1、U2、U3，接入计量装置的电流，从端子左到右排列分别为I1、I3，用户负载功率因数为感性。
绘制相量图时应计算元件功率因数角，通过元件功率因数值求余弦反函数，从功率数据可知，第一元件功率为负值，因此，该元件功率因数应为负值。
由此算得：φ1=121.7°，φ3=2.56° ，绘制相量图如下。
相量图
图中，两相电流对照，均偏离了正常位置，且两个电流数值相等方向相反，符合两相电流串联的图像，经核查判断，实际接线如上。
三、总结
目前，计量自动化系统具备许多告警功能，唯独缺少对计量错误接线的判断告警，是系统应用的一大缺憾，本方法可配置到计量自动化系统，用于简便、快速地判断及告警，弥补系统这一不足。也可做为监控人员及现场检查人员在不停电情况下分析计量接线的方法，当通过计量自动化系统监控发现异常情况，可立即采用以上方法对异常情况进行分析，并与现场检查结果进行比对。还可以编写程序安装到抄表机、PDA上供现场作业人员使用。现场检查时，应将计量表计测量的电流与进线电源屏指示的电流进行对比，将计量表计测量的功率因数总与功率因数补偿屏（柜、箱）指示的功率因数值进行对比。应用以上方法对计量装置接线情况进行分析，还应综合考虑所有影响因素及潜在的问题，比如计量装置接线为逆相序，用户功率因数为容性等。
参考文献：
[1]陈向群 《电能计量技能考核培训教材》（中国电力出版社）
【关键词】电能计量 系统数据 计量接线 分析
引言：远程监测电能计量装置运行数据，分析计量异常信息，及时发现分析并处理用户用电异常状况，是保障供用电双方利益的关键，也是保证公平交易，维护电力企业社会形象的需要。
计量自动化系统有着丰富的数据内涵，应开辟其更大的应用空间，通过计量表达式功率因数（相角）核对和计量相量图对照两步法，正确判断计量接线问题，是计量自动化系统数据的重要应用。
一、数据分析依据
计量装置能够正确计量电能，首先必须保证接线对应正确。正确接线下，从计量装置读取的数据包括电压、电流、日电量、功率和功率因数角，它们在二维相量图中有着固定的变化区间，并且相互之间有密切关联。
二、数据分析方法及应用
正确接线下，计量装置读取的功率因數总为计数期间负载的平均功率因数，当计量装置接线发生错误，大多数情况下，计量装置读取的功率因数与负载功率因数不相符，依据这一特点，将错误接线下读取的功率因数总换算到角度，代入正确接线下的计量表达式分相功率因数算式，与读取的分相功率因数比对，再经过相量图验证，展开对计量装置错误接线的分析及应用。
（一）三相四线计量装置的接线分析
1.正确接线的分析
三相四线计量装置正确接线时，三个电压值和三个电流值不仅反映三相用电的平衡度，从三个电压值还可以判断出电压端子的压接状况，功率因数反映了计量单元元件接入的电压与电流的相位关系。
正确接线时应同时符合以下特征：
①三个计量元件功率因数都为正值；
②计量元件有功功率和无功功率均为正值，功率总为各元件功率之和；
③记录的日电量正向有功有累计数，反向有功为0；
④计量装置的功率因数与用户用电负载功率因数相同；
⑤元件电流与电压之间夹角的变化区间为-90°<φ<90°，功率因数值在0到1之间变化。
在满足以上条件下，进行功率因数代入比对结果是相符的。
证例：表1为某用户三相四线计量装置正确接线时代表日记录的数据。
表1三相四线计量装置正确接线时计量自动化系统读取的数据
上表中，各元件功率因数与功率因数总一致，元件有功、无功功率值之和等于有功、无功功率总，元件电压、电流及功率因数的乘积与功率值一致。
①进行计量表达式相位校对
三相四线计量装置的计量表达式为：
因此，可以用功率因数总校核元件功率因数，根据功率因数总计算得φ=35.7°，代入式（1）、（2）、（3），计算结果与表中元件功率因数一致。
②正确接线时的计量相量图
元件的电压、电流及相位关系可用相量图表示绘制相量图时应先计算元件功率因数角，通过元件功率因数值求余弦反函数得到：φU=36°，φV=36°，φW=35°
相量图
以上是三相四线计量装置正确接线时的相量图，由图可见，每相电压与电流之间有确定的跟随关系。
2.错误接线的分析
当发生接线错误时，也就是接入计量元件端子的电压或电流不是规定相别，这时，元件的电压与电流相位角将发生改变，计量装置记录的有功功率、无功功率、正向电量和反向电量将随之改变。
存在以下现象可以确定发生了错误接线：
①读取的计量功率因数与用户负载功率因数不相同；
②三相负荷平衡时，三相元件功率之和不等于功率总；
③三相负荷平衡时，三相计量功率因数值符号不相同；
④反向电量有累计数，正向电量为0。
当存在以上情况时，进行功率因数代入比对结果是不相符的。
证例：表2为某用户三相四线计量装置错误接线时代表日记录的数据。
表2三相四线计量装置错误接线时计量自动化系统读取的数据
上表中，记录期间三相负荷基本平衡，但三个元件功率因数与功率因数总完全不相符，三个元件功率之和不等于有功功率总，可以判定存在接线错误。分别用每相电压、电流与该类用户可能的功率因数进行测算，三个元件所计量的有功功率符合对应相功率值，但有功功率总小于每相功率，说明其中一相功率为负值，且是最大数值一相为负功率。造成负功率的原因是电流极性接反，即U相元件电流极性接反。
对于部分单向多功能表，当功率因数值为负时，表计不能显示正确的功率因数值，这时必须用同一时刻的电压、电流和有功功率进行计算，计算方法为：
cosφ=，φ=arccos
上例中，U相功率因数角φU= arccos=154°
由于表中电流和有功功率值存在采集的时序差，计算出来的角度与实际值可能存在偏差，但不影响定性分析结果。
①进行计量表达式相位核对
用功率因数总校核元件功率因数，根据功率因数总计算得φ=65.1°，代入式（1）、（2）、（3），计算结果与表中元件功率因数完全不符。
②错误接线时的计量相量图对照
相量图
图中，IU电流偏离了正常位置，将IU电流相量反向后，电压、电流及相位关系符合三相四线计量装置正确接线情况。 （二）三相三线计量装置接线分析
1.正确接线的分析
三相三线计量装置正确接线时，电压值和电流值不仅反映三相用电的平衡度，从电压值还可以判断出电压端子的压接状况，以及电压互感器一、二次绕组极性连接情况，功率因数反映了计量装置元件接入的电压与电流的相位关系。
三相三线计量装置正确接线时应同时符合以下特征：
①计量裝置的功率因数总与用户用电负载功率因数相同；
②记录的日电量正向有功有累计数，反向有功为0；
③感性负载时，U向元件功率因数小于W相元件功率因数，容性负载则相反；
④负载功率因数值大于±0.5时（定性分析可假设负载功率因数大于±0.5），两个计量元件功率因数都为正值，功率总为各元件功率之和；
⑤感性负载，负载功率因数大于0.5时，U相元件电流与电压之间夹角的变化区间为30°≤φ<90°，功率因数值在0到0.866之间变化，W相元件电流与电压之间夹角的变化区间为30°≤φ<-30°功率因数值在0.866到1之间变化，容性负载时，两元件的变化区间互换。
在满足以上条件下，进行功率因数代入比对结果是相符的。
证例：表3为某用户三相三线计量装置正确接线时代表日记录的数据。
表3 三相三线计量装置正确接线时计量自动化系统读取的数据
①进行计量表达式相位核对
正确接线时，上表中功率因数总与用户负载功率因数一致，三相三线计量功率表达式为：
因此，可以用计量功率因数总校核元件功率因数，根据功率因数总计算得φ =27.38°，代入式（4）、（5），计算结果与表中元件功率因数一致。此外，元件有功、无功功率值之和等于有功、无功功率总，元件电压、电流及功率因数的乘积与功率值一致。
②正确接线时的计量相量图
绘制相量图时应计算元件功率因数角，通过元件功率因数值求余弦反函数得到：φU=57.38°，φW=-2.62°
相量图
图中，两个电流相量与就近相电压之间符合用户负载实际情况。
2.错误接线的分析
当三相三线计量装置发生接线错误时，也就是接入计量元件端子的电压或电流不是规定的相别，这时，元件的电压与电流相位角将发生改变，计量装置记录的有功功率、无功功率、正向电量和反向电量将随之改变。
存在以下现象可以确定发生了错误接线：
①计量功率因数与用户负荷功率因数不相同；
②功率因数算出的相位角，代入式（2）、（3），计算结果与记录的元件功率因数值不一致；
③反向电量有累计数，正向电量为0。
以下情况应该怀疑可能发生错误接线：
①用户已经配置无功补偿装置，用电负载正常，但功率因数较低；
②新装、增容或计量装置接线变更后首月，功率因数偏低；
③U元件功率因数值大于W元件功率因数值。
当存在以上情况时，进行功率因数代入比对结果是不相符的。
证例：表4为某用户三相三线计量装置错误接线时代表日记录的数据。
表4 三相三线计量装置错误接线时计量自动化系统读取的数据
表中，该用户用电负载正常，增容后功率因数从增容前0.95下降到低于0.5，与实际情况不相符。
①进行计量表达式相位核对
功率因数总为0.452，算出功率因数角为φ=63.13°，代入式（4）、（5），得U元件功率因数为-0.055，W元件功率因数为0.837，与表中元件功率因数不相符。
②错误接线时的计量相量图对照
绘制相量图
设接入计量装置的电压，从端子左到右排列分别为U1、U2、U3，接入计量装置的电流，从端子左到右排列分别为I1、I3，用户负载功率因数为感性。
绘制相量图时应计算元件功率因数角，通过元件功率因数值求余弦反函数，从功率数据可知，第一元件功率为负值，因此，该元件功率因数应为负值。
由此算得：φ1=121.7°，φ3=2.56° ，绘制相量图如下。
相量图
图中，两相电流对照，均偏离了正常位置，且两个电流数值相等方向相反，符合两相电流串联的图像，经核查判断，实际接线如上。
三、总结
目前，计量自动化系统具备许多告警功能，唯独缺少对计量错误接线的判断告警，是系统应用的一大缺憾，本方法可配置到计量自动化系统，用于简便、快速地判断及告警，弥补系统这一不足。也可做为监控人员及现场检查人员在不停电情况下分析计量接线的方法，当通过计量自动化系统监控发现异常情况，可立即采用以上方法对异常情况进行分析，并与现场检查结果进行比对。还可以编写程序安装到抄表机、PDA上供现场作业人员使用。现场检查时，应将计量表计测量的电流与进线电源屏指示的电流进行对比，将计量表计测量的功率因数总与功率因数补偿屏（柜、箱）指示的功率因数值进行对比。应用以上方法对计量装置接线情况进行分析，还应综合考虑所有影响因素及潜在的问题，比如计量装置接线为逆相序，用户功率因数为容性等。
参考文献：
[1]陈向群 《电能计量技能考核培训教材》（中国电力出版社）