论文部分内容阅读
[摘 要] 文章介绍了三相三线与三相四线之间误差比较, 分析PT二次压降引起的误差, 阐述谐波对电能计量的影响,最后提出相应的改进方法。
[关键词] 电能计量 综合误差 二次压降 谐波
前言
电能计量是电网经济核算的依据,电能计量精度直接关系到电力供需双方的经济效益和社会效益.确保电能计量的准确具有十分重要的意义.电能表是电能计量的核心部分和基本量具,其计量准确度直接关系到电能计量的精度.因此深入分析影响电能计量综合误差因素是十分必要的.
1.电能计量方式
对于高压电能计量，一般情况下采用三相三线的计量方式，它具有经济(只用两组互感器，两元件电能表)且计量准确的特点。但在一些场合，只有三相四线才能正确计量，而采用三相三线方式将产生系统误差，严重影响计量准确度，并且容易被忽视，这就是有中性点接地系统的电能计量。
1.1三相四线瞬时功率
式中，、、为相电压瞬时值; 、、为相电流瞬时值。
三相电路的平均功率为
。
在三相四线制电路中，各相电压、线路阻抗和负载阻不对称，中线电流
因而，将此公式代入瞬间功率公式，则+，其平均功率为
1.2三相三线电能表的测量功率三相三线瞬时功率为
三相三线电路没有中线，各相零序电流没有通路，中线电流，即，将该公式代入瞬时功率P公式，则
-（
进一步化解
其平均功率为
1.3两者之间误差比较
比较三相三线与三相四线功率的公式，可以得出
是由测量方法引起的系统误差，与电能表和互感器的误差以及二次压降引起的误差无关，该误差不可消除，并将受三相电路对称度影响。
对于有中性点接地的高压电能计量，用三相三线计量会造成计量方式不合理的问题，产生很大的系统误差。因此，中性点接地系统必须采用三相四线的电能计量方式。
2.PT二次压降
PT二次回路阻抗和回路电流的乘积，即二次回路压降，包括电流在电缆、端子排及其接触电阻等上引起的电压之和。目前PT二次压降超标问题是一个比较普遍的问题，由于PT二次压降的存在，致使电能计量装置记录的用电量少于实际用电量。
电压互感器二次压降的测量方法一般采用直接测量法。在三相三线计量方式下，用压降测试仪测出的电能表端电压(或)相对于电压互感器二次端电压(或)的比差(或)和角差(或)。
三相三线电路电压互感器二次压降引起的计量相对误差为
∮∮
三相四线电路电压互感器二次压降引起的计量相对误差为:
∮（%）
由上表可以看出，二次压降引起的误差可能相当大。减小电压互感器二次压降的方法有:
1)P二次回路电流值越小，则计量误差的绝对值越小。减小电流值的办法是直接由PT二次端子单引专用二次电缆至电能表。
2)二次导线电阻值越小，计量误差的绝对值越小。减小二次导线电阻的办法是加粗二次导线截面。
3)增加补偿装置。电压跟踪式补偿器的原理是将电压互感器二次端电压信号与电能表端电压信号进行比较，以产生1个与二次回路压降大小相等，方向相反的电压叠加于电压互感器二次回路，使电压互感器二次回路电压降等效为零。另外，CT比差、角差又与外接负载电流的大小和阻抗值等有关。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线和误差特性之间的关系决定，CT负荷电流必须要控制在额定值25%～100%之间，这样才能使CT运行在最优状态，从而降低CT误差。
3.谐波对准确度的影响
全电能计量方式下的有功功率定义为单位时间内有功电能的平均值：
（1）
工程实际中常将电压、电流离散化，用同一时刻者的采样瞬时值相乘得到离散的瞬时功率，与采样间隔时间相乘并累加得到有功电能：
（2）
谐波是频率为基波频率整数倍的正弦波。假定n次谐波的角频率为ω，其电压、电流波形可以表示为：
（3）
式中、分别为n次谐波的电压、电流的最大值；、分别为他们的初始相角。
功率的理论值根据式（1）计算可得为：
（4）
将电压、电流分别离散化成N点，有：
…，N-1 （5）
根据式（2），通过矩形积分得到的有功功率结果为：
（6）
N取不同值时得到的分别为：
=
=
=
= （7）
依次可以推算得到：…
可见当N≥3时，，可见对n次谐波而言，只要保证该次谐波一周期内采样3点及以上，即采样率满足（为基波频率），即可通过矩形积分的方式得到该次谐波有功电能或功率的准确值。对一款采样率为3.2kHz的0.5S级电能表进行了谐波实验，用可产生100次谐波的标准谐波源FLUKE6100A作为谐波发生装置，将电能表计量所得功率值与功率源输出的标准值进行比较得到的误差结果如表2所示
误差以21次谐波为分界点，小于21次的谐波误差很小，可准确计量，大于21次的谐波误差迅速增大，超过表计的准确度等级限制，与上述理论分析相吻合。
4.电能计量装置
随着电网的发展，对电能计量的要求也在不断提高，而计量装置中电能表、互感器也不断地改进和发展，其中对于衡量计量装置先进与否的一个重要指标就是计量装置的准确度、稳定度问题。传统的电能表、互感器由于模拟信号受外界影响较大，同时互感器存在磁饱和等问题，造成计量准确度和稳定性低。而数字化计量装置运用光学和电子学原理的测量方法，经过发展，能够克服相关问题，成为最有发展前途的一种电能计量方法。
4.1电子式互感器
电子式互感器是采用磁光、电光变换原理或由无铁芯线圈构成的新型互感器，它包括电流(电压)传感器、传输系统、二次转换器，具有模拟量输出或数字量输出。相对于传统的电磁式互感器，电子式互感器有明显的优点:1)在高电压、大电流的测量环境中，光纤或光介质是良好的绝缘体，它可以满足高压工作环境下的绝缘要求;2)没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险，以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险;3)不会产生磁饱和及铁磁共振现象，它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断;4)动态范围大，能在大的动态范围内产生高线性度的响应;5)整套测量装置结构紧凑重量轻、体积小。
4.2数字电能表
数字电能表是一种适用于数字化变电站的专用电能表，相比于传统的表计，其运用光学和电子学原理的测量方法，能够提高准确度、稳定度。其优点是:1)精度稳定，不受温度、湿度、磁场等环境因素的影响;2)电能表不受一次设备电磁环境影响，电表具有更好的电磁兼容性能;3)具备通信数据分析功能，对由于通信而丢失的数据进行容错处理，保证电量计量准确;4)具有通信异常事件记录，便于事件追溯;5)工作电源独立，减少了从PT取电带来的计量误差。
由上表可见，新型数字化电能计量装置的准确度有了很大提高。
5.结束语
综上所述，影响电能计量准确度的因素很多，若能在工作中确保计量方式合理，切实降低二次压降，努力解决谐波影响，适当采用数字化计量装置，将有效提高电能计量准确度，维护发供用各方利益。
参考文献:
[1]刘延冰等．电子式互感器原理技术及应用．北京:科学出版社，2009.
[2]谢文．电压互感器二次压降分析及其改进措施．科学研究与实践，2007(22).
[3]孙裼，舒开旗，刘建华．电能计量新技术应用手册．北京:中国电力出版社，2010.
[关键词] 电能计量 综合误差 二次压降 谐波
前言
电能计量是电网经济核算的依据,电能计量精度直接关系到电力供需双方的经济效益和社会效益.确保电能计量的准确具有十分重要的意义.电能表是电能计量的核心部分和基本量具,其计量准确度直接关系到电能计量的精度.因此深入分析影响电能计量综合误差因素是十分必要的.
1.电能计量方式
对于高压电能计量，一般情况下采用三相三线的计量方式，它具有经济(只用两组互感器，两元件电能表)且计量准确的特点。但在一些场合，只有三相四线才能正确计量，而采用三相三线方式将产生系统误差，严重影响计量准确度，并且容易被忽视，这就是有中性点接地系统的电能计量。
1.1三相四线瞬时功率
式中，、、为相电压瞬时值; 、、为相电流瞬时值。
三相电路的平均功率为
。
在三相四线制电路中，各相电压、线路阻抗和负载阻不对称，中线电流
因而，将此公式代入瞬间功率公式，则+，其平均功率为
1.2三相三线电能表的测量功率三相三线瞬时功率为
三相三线电路没有中线，各相零序电流没有通路，中线电流，即，将该公式代入瞬时功率P公式，则
-（
进一步化解
其平均功率为
1.3两者之间误差比较
比较三相三线与三相四线功率的公式，可以得出
是由测量方法引起的系统误差，与电能表和互感器的误差以及二次压降引起的误差无关，该误差不可消除，并将受三相电路对称度影响。
对于有中性点接地的高压电能计量，用三相三线计量会造成计量方式不合理的问题，产生很大的系统误差。因此，中性点接地系统必须采用三相四线的电能计量方式。
2.PT二次压降
PT二次回路阻抗和回路电流的乘积，即二次回路压降，包括电流在电缆、端子排及其接触电阻等上引起的电压之和。目前PT二次压降超标问题是一个比较普遍的问题，由于PT二次压降的存在，致使电能计量装置记录的用电量少于实际用电量。
电压互感器二次压降的测量方法一般采用直接测量法。在三相三线计量方式下，用压降测试仪测出的电能表端电压(或)相对于电压互感器二次端电压(或)的比差(或)和角差(或)。
三相三线电路电压互感器二次压降引起的计量相对误差为
∮∮
三相四线电路电压互感器二次压降引起的计量相对误差为:
∮（%）
由上表可以看出，二次压降引起的误差可能相当大。减小电压互感器二次压降的方法有:
1)P二次回路电流值越小，则计量误差的绝对值越小。减小电流值的办法是直接由PT二次端子单引专用二次电缆至电能表。
2)二次导线电阻值越小，计量误差的绝对值越小。减小二次导线电阻的办法是加粗二次导线截面。
3)增加补偿装置。电压跟踪式补偿器的原理是将电压互感器二次端电压信号与电能表端电压信号进行比较，以产生1个与二次回路压降大小相等，方向相反的电压叠加于电压互感器二次回路，使电压互感器二次回路电压降等效为零。另外，CT比差、角差又与外接负载电流的大小和阻抗值等有关。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线和误差特性之间的关系决定，CT负荷电流必须要控制在额定值25%～100%之间，这样才能使CT运行在最优状态，从而降低CT误差。
3.谐波对准确度的影响
全电能计量方式下的有功功率定义为单位时间内有功电能的平均值：
（1）
工程实际中常将电压、电流离散化，用同一时刻者的采样瞬时值相乘得到离散的瞬时功率，与采样间隔时间相乘并累加得到有功电能：
（2）
谐波是频率为基波频率整数倍的正弦波。假定n次谐波的角频率为ω，其电压、电流波形可以表示为：
（3）
式中、分别为n次谐波的电压、电流的最大值；、分别为他们的初始相角。
功率的理论值根据式（1）计算可得为：
（4）
将电压、电流分别离散化成N点，有：
…，N-1 （5）
根据式（2），通过矩形积分得到的有功功率结果为：
（6）
N取不同值时得到的分别为：
=
=
=
= （7）
依次可以推算得到：…
可见当N≥3时，，可见对n次谐波而言，只要保证该次谐波一周期内采样3点及以上，即采样率满足（为基波频率），即可通过矩形积分的方式得到该次谐波有功电能或功率的准确值。对一款采样率为3.2kHz的0.5S级电能表进行了谐波实验，用可产生100次谐波的标准谐波源FLUKE6100A作为谐波发生装置，将电能表计量所得功率值与功率源输出的标准值进行比较得到的误差结果如表2所示
误差以21次谐波为分界点，小于21次的谐波误差很小，可准确计量，大于21次的谐波误差迅速增大，超过表计的准确度等级限制，与上述理论分析相吻合。
4.电能计量装置
随着电网的发展，对电能计量的要求也在不断提高，而计量装置中电能表、互感器也不断地改进和发展，其中对于衡量计量装置先进与否的一个重要指标就是计量装置的准确度、稳定度问题。传统的电能表、互感器由于模拟信号受外界影响较大，同时互感器存在磁饱和等问题，造成计量准确度和稳定性低。而数字化计量装置运用光学和电子学原理的测量方法，经过发展，能够克服相关问题，成为最有发展前途的一种电能计量方法。
4.1电子式互感器
电子式互感器是采用磁光、电光变换原理或由无铁芯线圈构成的新型互感器，它包括电流(电压)传感器、传输系统、二次转换器，具有模拟量输出或数字量输出。相对于传统的电磁式互感器，电子式互感器有明显的优点:1)在高电压、大电流的测量环境中，光纤或光介质是良好的绝缘体，它可以满足高压工作环境下的绝缘要求;2)没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险，以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险;3)不会产生磁饱和及铁磁共振现象，它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断;4)动态范围大，能在大的动态范围内产生高线性度的响应;5)整套测量装置结构紧凑重量轻、体积小。
4.2数字电能表
数字电能表是一种适用于数字化变电站的专用电能表，相比于传统的表计，其运用光学和电子学原理的测量方法，能够提高准确度、稳定度。其优点是:1)精度稳定，不受温度、湿度、磁场等环境因素的影响;2)电能表不受一次设备电磁环境影响，电表具有更好的电磁兼容性能;3)具备通信数据分析功能，对由于通信而丢失的数据进行容错处理，保证电量计量准确;4)具有通信异常事件记录，便于事件追溯;5)工作电源独立，减少了从PT取电带来的计量误差。
由上表可见，新型数字化电能计量装置的准确度有了很大提高。
5.结束语
综上所述，影响电能计量准确度的因素很多，若能在工作中确保计量方式合理，切实降低二次压降，努力解决谐波影响，适当采用数字化计量装置，将有效提高电能计量准确度，维护发供用各方利益。
参考文献:
[1]刘延冰等．电子式互感器原理技术及应用．北京:科学出版社，2009.
[2]谢文．电压互感器二次压降分析及其改进措施．科学研究与实践，2007(22).
[3]孙裼，舒开旗，刘建华．电能计量新技术应用手册．北京:中国电力出版社，2010.