电能计量与错误接线分析报告

.PAGE.电能计量及错误接线分析摘要电力的生产和其他产品的生产不一样,其特点是发、供、用这三个部门连成一个系统,不能间断的同时完成,而且是互相紧密联系缺一不可,他们互相如何销售,如何经济计算,就需要一个计量器具在三个部门之间进行测量计算出电能的数量,这个装置就是电能计量装置,没有它,在发、供、用电三个方面就无法进行销售、买卖,所以电能计量装置在发、供、用电的地位是十分重要的。本人以电能表修校员的角度,结合工作实践,本文进行了电能计量及错误接线的分析。文章首先阐述了选题的背景和意义,并对电能计量原理进行概述,介绍了电能计量装置的接线,从中侧重对电能计量电能表错误接线进行分析,文章最后还例举了两起发生在XX的计量错误接线导致电费少收的事件。关键词：电能计量电压互感器电流互感器电能表错误接线电费目录摘要1第一章绪论31.1课题的背景31.2课题的意义3第二章电能计量原理52.1电能计量概述52.2电能计量装置52.3测量用互感器6电压互感器7电流互感器82.4电能表概述9电能表的分类9电子式电能表10第三章电能计量装置的接线123.1单相有功电能表的正确接线123.2三相有功电能表的正确接线14三相四线有功电能表接线14三相三线有功电能表接线15第四章电能表典型错误接线分析174.1单相有功电能表的错误接线174.2三相三线有功电能表的错误接线18一相电流互感器一次或二次极性接反18电压互感器逆相序排列194.2.3C相电流反进,但两元件回线仍按正确接线考虑19电流互感器副边公共电流线断线20电压二次回路断线的分析21第五章两起计量装接差错造成电费少收事件分析23总结24参考文献25致谢26第一章绪论1.1课题的背景随着社会主义市场经济的日益完善,我国经济得到持续而快速的发展,社会用电量日益增加。社会经济的发展为电力市场提供了广阔的发展空间,电能已成为经济建设中十分重要的能源。为准确预测电能的供求变化,合理的计收用户电费,电能计量已被电力企业所重视。电能计量作为计量工作的一个重要组成部分,是电力企业生产经营管理及电网安全运行的重要环节,其技术水平和管理水平不仅事关电力工业的发展和电力企业的形象而且影响电能贸易结算的公平、公正和准确、可靠,关系到电力企业、广大电力客户和老百姓的利益。电能表的计量准确性可以通过电能计量检定机构的校验得到保证,而现场接线的准确性,不仅取决于装表人员的工作责任心、业务水平及工作的熟练程度,而且由于电力客户法律、法规意识谈薄、有意窃电,致使计量装置错误接线,直接影响到计量的准确性。1.2课题的意义当今电力工业发展迅猛,为了保证电力工业生产、电能计量能安全、可靠、准确和经济地运行,我们必须依靠安装在电力生产现场上的能测量电压、电流、功率、电能等电参数的仪器仪表来保证。电能计量装置是进行电能交易的"秤",供用电双方都很重视。电能计量是否准确,除了与电能计量装置的准确度有关之外,还与计量回路接线是否正确有密切关系。如果由于电能表本身的误差和超差,使电能计量产生的误差一般只有百分之几,但如果由于电能表计量回路有错误接线,可能会使电能计量的误差达到百分之几百,这会给用户或供电企业带来极大的经济损失。为了把握好电能计量这一重要环节,电能计量人员必须具备更高的业务素质和工作技能。在电能表接线检查的培训工作中,电工式和传统的程控式电能表接线培训仪器,已满足不了培训的要求。电工式培训设备一般都是手动接线,技术落后,而传统的程控式仪器,虽然是用计算机进行程控的,但由于设计原理的限制,只能把已知的、常见的一千多种错误接线预先录入到计算机的数据库中,使用时再从数据库中检索出符合已知条件的错误接线,这种方法局限性大,不能覆盖现场各种各样的错误接线。第二章电能计量原理2.1电能计量概述随着国民经济的不断发展和人民生活水平的持续提高,电能已经得到越来越广泛的运用。电能有别于其他产品,首先它是看不见、摸不着的,在使用的过程中无法直接通过人的感观器官确定量的多少,必须通过专用的设备进行测量。这种专门用于测量电能量的设备叫电能计量装置,即电能计量的专用设备叫电能计量装置；电能一般不能储存,电力企业的生产和销售是同时完成的,等用户使用后再测量是无法测量的。所以在电能的生产、传输和使用中,电力部门装设了大量的电能计量装置,以正确、及时了解各环节中电能的数量。这些数量不仅是电力系统内部进行生产安排调度的依据,还关系着国计民生和千家万户,尤其在如今的社会主义市场经济条件下,更需要依法测量,保证测量数值的准确、公正,以保护国家、电力用户和电力部门的经济利益。如何对电能进行测量?又如何能够保证测量的准确、公正?这是一门复杂的学科,我们称它为电能计量。计量的涵义是以法定形式和技术手段实现以单位统一和量值准确、可靠的测量。电能计量就是在有关计量法律、法规提供实施保障的前提下,对电能进行的准确测量。电能计量包含以下两层涵义：<1>由电能计量装置来确定电能量值的一组操作。<2>为实现电能量单位的统一及其量值准确、可靠的一系列活动。2.2电能计量装置电能计量装置包括电能表、计量用互感器及其二次回路、计量柜〔计量箱。电能计量装置是用于测量和记录发电量、厂用电量、供电量、线损电量和客户用电量等的电能计量器具及其辅助设备的总称。电能计量装置分类：根据DL／T448—2000《电能计量装置技术管理规程》的规定,运行中的电能计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度分五类<I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V>进行管理。划分规定如下。I类电能计量装置：月平均用电量500万及以上或变压器容量为10000及以上的高压计费用户、200MW及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经营企业与其供电企业的供电关口计量的电能计量装置。Ⅱ类电能计量装置：月平均用电量100万及以上或变压器容量为2000及以上的高压计费用户、100MW及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置。Ⅲ类电能计量装置：月平均用电量10万及以上或变压器容量为315及以上的计费用户、100以下发电机、发电企业厂、站用电量、供电企业内部用于承包考核的计量点、考核有功电量平衡的110及以上的送电线路电能计量装置。Ⅳ类电能计量装置：负荷容量为315以下的计费用户、发供电企业内部经济技术指标分析、考核用的电能计量装置。V类电能计量装置：单相供电的电力用户计费用电能计量装置。2.3测量用互感器在电能计量中,经常会遇到电路中的电压或电流较大,超过电能表规定的量程,此时电能表就不能直接接入电路,而是经过测量用互感器间接接入电路,如图2-1所示。图2-1电能表经过测量用互感器间接接入电路接线图从原理上看,互感器就是一种容量小、用途特殊的变压器。在电气测量中,测量仪器有时无法对被测的高电压和大电流进行直接测量,这时就需要把高电压和大电流变换成低电压和小电流再进行测量,互感器就是这样一种具有变换作用的仪器。测量用互感器的作用主要有以下几点：〔1将大电流变为小电流,高电压变为低电压,与测量仪表配合,对线路的电压、电流、电能进行测量。〔2将人员或仪表与高电压、大电流相隔离,以保证安全。〔3能够使测量仪表实现标准化和小型化,以便于仪表的批量生产,降低生产成本。目前我国生产的互感器均为减极性,当被测电流或电压在初级绕组的极性标记端为进的时候,其次级电流或电压在次级绕组的极性标记端出来,这样的接线方式称为减极性。互感器分类：测量用互感器分为电压互感器和电流互感器,将电路中的大电流变为小电流的电气设备称为电流互感器；将电路中的高电压变为低电压的电气设备称为电压互感器。2.3.1电压互感器〔1电压互感器的结构：电压互感器的结构相当于一台降压变压器,由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等组成。它把高电压变换成低电压,供给测量仪表和继电保护装置,以保证测量仪表与测试人员的安全。电压互感器的一次绕组与高压电力线路连接,二次绕组与计量仪表电压回路并联,因此,一次绕组的匝数多,二次绕组的匝数少。〔2电压互感器的类型:根据安装地点分为户内型和户外型电压互感器；根据用途分为测量用和保护用电压互感器；根据结构不同分为单级式和串级式电压互感器。单相电磁式电压互感器的结构如图2-2所示。它是由两个绕组和公用铁芯构成。接高电压的绕组称为一次绕组；接低电压的绕组称为二次绕组。一次绕组并联于电网,故其额定电压标准与电力网的额定电压系列相一致。二次绕组向并联的测量仪表的电压线圈供电。图2-2单相电压互感器的结构〔3电压互感器工作原理：假设电压互感器一次侧额定电压为,二次侧额定电压为,一、二次侧线圈匝数为,则一次绕组和二次绕组的额定电压比,称为电压互感器的额定变压比,用表示,则有：〔2-1三相电压互感器的额定变压比在一般情况下规定为一、二次线电压之比。一般以不约分的分数形式表示变压比。例如：10kV／100V。2.3.2电流互感器〔1电流互感器结构：目前,电力系统中使用的电流互感器一般为电磁式,其基本结构与电磁式电压互感器的结构类似。电流互感器也是由一次绕组和二次绕组以及铁芯构成,接大电流的绕组我们称为一次绕组,接小电流的绕组称作二次绕组。一次绕组和二次绕组互相绝缘。〔2电流互感器的类型：根据一次绕组可分为单匝式和多匝式；根据铁芯的数目可分为单铁芯式和多铁芯式；根据安装方式可分为穿墙式、支柱式和套管式；根据使用场所可分为户外式和户内式。〔3电流互感器工作原理：假设一次电流绕组的匝数为,额定电流为,二次电流绕组的匝数为,额定电流为,则与之比,称为电流互感器的额定变流比,简称变比,用表示,则有：〔2-2在高压电力计量系统中,电流互感器是一种重要电器设备,是一次系统和二次系统之间的联络元件,被广泛应用于继电保护、系统监测和系统分析中。电流互感器是一种电流变换装置,它把大电流变换成小电流,供给测量仪表和继电保护装置,以保证测量仪表与测试人员的安全。电互感器二次额定电流为5A。2.4电能表概述测量电能的专用仪表称作电能表。它是电能计量装置中最基本的设备,与电能计量装置中的其他设备配合使用或单独使用,用于测量和记录发电量、厂用电量、供电量、线损电量和客户用电量等。通过某网络的瞬时功率如为,则在时间内通过的电能为：〔2-3在t1到t2一段时间内,网络吸收或发出的电能为：〔2-4要将以上电能测量出来,首先要有测量电能的专用仪表,称作电能表。当电路中的电压或电流没有超过电能表规定量程时,电能表可直接接入电路计量电能,这种电能表称直接接入式电能表；当电路中的电压或电流超过电能表规定量程时,电能表就不能直接接入电路,而是经过测量用电压互感器或电流互感器间接接进电路。2.4.1电能表的分类为满足不同的电能测量需要,有多种类型的电能表,其类别可按不同情况划分如下：<1>按结构及工作原理分：1>感应式电能表。2>电子式电能表。电子式电能表进一步又可分为全电子式电能表和机电脉冲式电能表。<2>按准确度等级分：普通级：0．2S,0．2,0．5S,0．5,1．0,2．0,3．0级,用于测量电能。精密级：0．01,0．05级,主要作为校验普通级电能表的校验基准。<3>按用途分：1>有功电能表。用于测量有功电量。2>无功电能表。用来计量发、供、用电的无功电能。3>最大需量表。是一种既积算用户耗电量的数量,还指示用户在一个电费结算周期中,指定时间间隔内平均最大功率的电能表。4>费率电能表。复费率电能表是按指定时段分别按要求计量各时段的用电量及总用电量的电能表。5>多功能电能表。除了计量有功<无功>电能外,还具有分时、测量需量等两种以上功能,并能显示、储存和输出数据的电能表。<4>根据接入电源的性质可分为：交流电能表和直流电能表。<5>按照表计的安装接线方式可分为,直接接入式和间接接入式<经互感器接入>；其中由于测量电路的不同,通常又分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。2.4.2电子式电能表随着社会的发展,用电量的加剧,势必对电能表的功能提出更高的要求,普通的感应式电能表已逐渐被全电子式电能表所取代,目前我国普遍采用的是电子式电能表,下面着重对电子式电能表进行介绍：〔1基本结构：电子式电能表按相线数可分为单相电子式电能表、三相电子式电能表；按功能可分为预付费表、多功能表、集抄表等。一般来讲,从基本结构来看,各种类型的电子式电能表基本上由电源单位、显示单元、电能测量单元、中央处理单元〔单片机、输出及通信单元等6个部分组成。〔2电子式电能表电能计量原理：有功电能是有功功率与时间的乘积,与感应式电能表完全一样。即〔2-5被测的高电压u、大电流I经电压变换器和电流变换转换后送至乘法器M,乘法器M完成电压和电流瞬时值相乘,输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压,然后利用/转换器,被转换成相应的脉冲频率,即得到正比于平均功率,将该频率分频,并通过一段时间内计数器的计数,显示出相应的电能。图2-3为采用模拟乘法器的全电子式电能表的工作原理及方框图。图2-3全电子式电能表的工作原理及方框图第三章电能计量装置的接线电能计量装置的接线是指电能表或电能表连同测量互感器与被测电路间的连接关系。由于被测电路有不同的电压等级和线路电流；电能表又有不同的额定电压和电流；线路的接线方式也各不相同,有单相、三相三线、三相四线等。鉴于上述诸多原因,电能表在实际中的接线是多种多样,必须根据实际情况选择合适的接线,同时还要保证接线的正确性,达到正确计量的目的。被测电路的接线方式主要分为单相、三相三线、三相四线,除此之外,还有一些特殊的接线方式,如电焊机的接线<我们把它归到单相接线方式中>。电能计量装置的接线根据电压、电流的不同,分为两种。一种是被测电路的电压、电流均较低,电能表能够承受被测电路的电压、电流,可以直接接入,这种电能计量装置的接线方式叫直接接入式,这种电能表叫直接接入式电能表；另一种是被测电路的电压或电流较高或较大,电能表不能够承受被测电路的电压或电流,必须经互感器接入,这种电能计量装置的接线方式叫经互感器接入式,这种电能表叫经互感器接入式电能表。3.1单相有功电能表的正确接线单相电能表有一个电流线圈和一个电压线圈。电流线圈与负载串联,电压线圈与负载并联,当电能表不经过互感器接入时,称为直接接入式接线,其接线如图3-1所示。根据电能表接线盒内电压、电流接线端子的排列顺序不同,又可将直接接入式接线分为单进单出和双进双出两种接线方式,分别可见图3-1<a>、<b>图,在接线时具体采用哪种接线方式,可看表计接线盒盖上的接线图。图中所测量的电能以功率形式表示为：〔3-1式中——有功功率,W；——相电压,V；——相电流,A；——负荷功率因数。因此电能表的读数表示的是单相有功电能。从接线图可以看到,电流元件的进线端和出线端是同电位,分别接在两个接线孔中；而零线的进线和出线从原理上讲可以接在一个接线孔中,但为了防止孔大、线细对防窃电不利,故也分为两个接线孔分别接入,也是同电位。同时为了防止因过电压引起电能表击穿烧坏,同电位的两个接线孔的距离较近,而异电位接线孔距离较远。即对单进单出式接线,1、2孔是同电位,互相之间距离较近,3、4孔也一样,距离较近；但2、3孔之间是异电位,距离就较远。图3-1单相电能表直接接入式接线图〔a单进单出式；〔b双进双出式当电能表的额定电压或额定电流小于实际电路的电压或电流时,电能表就需经互感器接入,有时只需经电流互感器接入,有时需经电流互感器和电压互感器接入。当电能表的电压正极性的连接片和电流的流入端的连接片是连着的,可采用电流、电压共用方式接线,这种接线方式也称为同电位接线；若连接片不连,可采用电流、电压分开方式接线,这种接线方式也称为异电位接线。如图3-2为单相电能表经电流互感器接入的接线图,其中图3-2<a>为电流、电压共用方式接线；图3-2<b>为电流、电压分开方式接线。图3-2单相电能表经电流互感器接入接线图〔a电流、电压线共用方式〔b电流、电压线分开方式上图为单相电能表经电流、电压互感器接入的接线图,其中图<a>为电流、电压共用方式接线；图<b>为电流、电压分开方式接线。在实际应用中,由于单相电能表一般不用于高压、大电流的环境,故单相电能表经电流、电压互感器接入的接线方式基本不用。图中电流互感器二次非正极性端可以连接起来并接为一根后接地。通常由于低压回路互感器与电能表接线较短,为便于检查,减少错接几率及负荷不平衡时可能产生的附加误差,最好分相连接。3.2三相有功电能表的正确接线3.2.1三相四线有功电能表接线三相四线制电路可视为由三个单相电路组成见图3-3。图3-3三相四线电路接线图总有功功率为各相有功功率之和：可用三只单相表分别测量三相的有功电能。〔3-2三相四线三元件接线图如图3-4所示：〔a〔b〔c图3-4三相四线三元件接线图〔a原理接线图〔b相量图〔c实际接线图三元件接线分别为：、、3.2.2三相三线有功电能表接线三相三线制电路中,设负载Y形连接如图3-5所示：图3-5三相三线负载Y型连接电路图负载的三相总瞬时功率为：〔3-3由：〔3-4则其平均值即为三相总有功功率：〔3-5三相三线两元件有功接线图如图3-6所示：图3-6三相三线两元件接线图〔a原理接线图〔b相量图〔c实际接线图两元件接线分别为：、第四章电能表典型错误接线分析4.1单相有功电能表的错误接线〔1当直接接入式单相电能表装表时,误将进电能表的火线与零线接反了,零线从电能表引出后处在开断状态,而负载跨接在火线和地线之间,如图4-1所示,用电依然正常,因电能表电流线圈无电流通过而不转。图4-1电能表不转〔2当电压小钩断开或接触不良造成开路时,其接线如图4-2所示,此时电能表的测量功率,电能表不转。图4-2电能表不转〔3当电流互感器二次侧开路时,电能表电流线圈无电流通过,电能表测量的功率,电能表不转。同样,电流互感器二次侧短路时,因无电流通过电流线圈,电能表也会不转。当电流互感器二次侧极性接反时,电能表测量的功率P'=-电能表反转,其接线如图4-3所示：图4-3电流互感器二次侧极性接反,电能表反转4.2三相三线有功电能表的错误接线一相电流互感器一次或二次极性接反如果某用户正常用电,功率因数为0.95时,当我们经伏安相位法按电能表表尾接线端子标记测得的各元件电流、电压相位关系如下：Uab和Ia之间的相位角为228О左右,Ucb和Ic之间的相位角为348О左右。此时,我们可首先测量电压互感器二次相序是否正确。V/V接线的PT二次测相量很容易测得,经测试电压相序正确。根据测得的相量画出的各元件相量图如图4-4所示：图4-4三相三线一次电流接反相量图根据正确的相位关系可以判断,此时接入电能表第一元件的电流应该是-Ia,可以确定为a相电流互感器一次或二次极性接反。错误接线的功率表达式为：P=P1+P2=Uab·-Iacos<210О+φ>+Ucb·Iccos<30О-φ>=UIsinφ4.2.2电压互感器逆相序排列某用户正常用电,功率因数为0.95时,这时我们发现用户表计几乎不走。当我们经伏安相位法按电能表表尾接线端子标记测得的各元件电流、电压相位关系如下：Uab和Ia之间的相位角为228О左右,Ucb和Ic之间的相位角为48О左右。此时,我们可首先测量电压互感器二次相序是否正确。经测试V/V接线的PT二次电压相序为bac。根据测得的相量画出的各元件相量图如图4-5所示：图4-5三相三线一相电压反向相量图根据正确的相位关系可以判断,此时接入电能表第一元件的电压和电流是UbaIa,接入电能表第二元件的电压和电流是UcaIc,可以确定为电压互感器二次按bac逆相序排列,C相电流反进。错误接线的功率表达式为：P=P1+P2=Uba·Iacos<210О+φ>+Uca·Iccos<30О+φ>=04.2.3C相电流反进,但两元件回线仍按正确接线考虑这种错误接线也是在实际运行当中非常多见的一种错误接线,在这种错误接线的分析中往往回出现只认为是C相电流反进,但实际情况并不是如此。因为,三相三线电能表在接线时为节约导线材料,A、C相电流回线往往在C相电流出线端子合并,在这种情况下,当出现此种错误接线时,C相元件电流并不只是-Ic,而是-Ia和-Ic的相量和,实际上是-Ib电流。这种情况的接线图和相量图如图4-6所示：图4-6C相电流反进接线图和相量图错接线时的功率表达式为：P=P1+P2=Uab·Iacos<30О+φ>+Ucb·-Ibcos<30О+φ>=UI<cosφ-sinφ>4.2.4电流互感器副边公共电流线断线此种错误接线在实际运行的电能表错误接线中也有不少,这种情况并不会造成CT开路,但由于非正常运行,当负荷电流较大时,由于通入电流线圈的电流是AC相电流的相量和,可能远远大于标定电流,致使铁芯磁通密度和有功损耗有所增加,会产生一个很微小的角差。但考虑到引入角差在计算中比较复杂,可以忽略不计。这种情况的接线图和相量图如图4-7所示：图4-7电流互感器副边公共电流断线接线图和相量图错接线时的功率表达式为：P=P1+P2=Uab·1/2Iaccos<60О+φ>+Ucb·1/2-Iaccos<60О-φ>=U·/2Icos<60О+φ>+U·/2Icos<60О-φ>=/2UIcosφ4.2.5电压二次回路断线的分析电压二次回路断线引起的计量差错在实际当中经常发生,在三相三线制计量方式中,电压断线往往比较容易分析和查找。当A相电压发生断线时,通入电能表第一元件的工作电压为零,第一元件不工作,第二元件工作正常。当C相电压发生断线时,情况与A相电压发生断线时正好相反,相量图与正确接线时相量图无异,只是缺少了相应断线相别的工作电压。当B相电压发生断线时,AC两电压元件成为串联电路,加于两元件的电压分别为AC电压的一半。B相电压发生断线时相量图如图4-8所示：图4-8电压二次回路断线相量图B相电压发生断线时的功率表达式为：P=P1+P2=1/2Uac·Iacos<30О-φ>+1/2Uca·Iccos<30О+φ>=/2UIcosφA相电压发生断线时的功率表达式为：P=P1+P2=Ucb·Iccos<30О-φ>=1/2UI<cosφ+sinφ>C相电压发生断线时的功率表达式为：P=P1+P2=Uab·Iacos<30О+φ>=1/2UI<cosφ-sinφ>第五章两起计量装接差错造成电费少收事件分析XX电力局连续发生两起因电能计量装置接线差错造成大额电费少收事件。事件经过是这样：2010年