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电能计量装置接线检查及分析


电能计量装置接线检查及分析

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电能计量装置接线检查及分析
一. 概述
电能计量装置是供用电双方进行电能贸易结算的工具,同时也是企业加强内部管 理,实行经济核算必不可少的手段。因此其准确性、正确性越来越受到人们的重视。要 确保计量装置准确、可靠,必须确保: (1) 电能表和互感器的误差合格; (

2) 互感器的极性、组别及变比、电能表倍率都正确; (3) 电能表铭牌与实际的电压、电流、频率相对应; (4) 根据电路的实际情况合理选择电能表接线方式; (5) 二次回路的负荷应不超过电流互感器或电压互感器的额定值; (6) 电压互感器二次回路电压降应满足要求; (7) 电能表接线正确。 在试验室修校好的电能表和互感器其基本误差一般都很小,1 级表的误差不超过 1%,但错误的接线所带来的计量误差可能高达百分之几十甚至百分之几百,从这种意 义上讲,正确的接线也是保证准确计量的前提。 在电力系统和电力用户中,计量装置的错误接线是有可能发生的,若有人为窃电的 话,错误的接线更是花样百出。除互感器二次开路、短路、熔丝断路等明显造成计量不 准确的电路状态外,还有一些常见的错误接线。如:一相或二相电流反接;电流二次接 线相位错误;电压互感器二次相位错误;电流和电压相位、相别不对应等。 单相电能表或直接接入式三相电能表,其接线较为简单,差错少,即使接线有错误 也比较容易发现和改正;而高压大用户所使用的经互感器接入的三相三线电能表,则比 较容易发生错误接线。因为是电流、电压二次回路两者的组合,再加上极性接反和断线 等就有几百种可能的错误接线方式,所以研究三相三线电能表的接线具有代表意义。而 且三相三线接线的检查方法也同样适用于三相四线电能表接线的检查。 电能计量装置的接线检查分为停电检查和带电检查。 停电检查主要是新安装和更换 互感器后,在一次侧停电的情况下对互感器、二次回路、电能表接线按接线图纸进行检 查。带电检查是在计量装置投入使用后在一次侧带电的情况下的整组检查。 电能计量装置在运行中一旦发生错误接线,必须及时查处并要进行电量的退补计 算,是一项比较复杂、烦琐的工作。所以最根本的方法是在安装计量装置时应该采取一 些必要的措施来防止错误接线的发生。

二. 电压互感器错误接线分析
1.电压互感器一次断线 当电压互感器一次断线时, 二次各线电压的值与互感器的接线方式以及所断线的相 别有关。电能计量装置所用的电压互感器一般有两种接线方式,一种是用两台单相电压 互感器接成 V,v 接线,另一种是用一台三相五柱电压互感器或三台单相电压互感器接 成 Y,y 接线。下面分别分析这两种接线方式下电压互感器一次断线时的情况。 (1) 电压互感器 V,v 接线,一次 A 相或者 C 相断线:

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电压互感器 V,v 接线一次 A 相断 正常情况下,三个线电压都是 100V,当一次 A 相断线时,AB 间没有电压,相应 的二次侧 ab 间也没有感应电压,即 Uab=0。此时,二次侧 Ubc=Uac=100V。同理,当 一次 C 相断线时,Ucb=0, Uca=Uba=100V。 (2)电压互感器 V,v 接线,一次 B 相断线

电压互感器 V,v 接线一次 B 相断 这种情况下,我们可以看成是在 A、C 间加了一个单相电源,所以 Uac=100V,若 两个单相电压互感器的励磁阻抗相等,则 AB、CB 两个绕组串联,二次平均分配 100V 电压,即 Uab=Ucb=50V。 (3)电压互感器 YN,yn 接线,一次断线

电压互感器 YN,yn 接线,一次 A 相断线 如一次 A 相断线,即一、二次都缺少了一相电压,二次 a 相绕组无感应电压,此时 a 点和 n 点为等电位。Ubc 还是正常电压 100V,而 Uab=Uac=57.7V。 同理,断 B 相时,Uab=57.7V,Ubc=57.7V,Uca=100V; 断 C 相时,Uab=100V,Ubc=57.7V,Uca=57.7V。

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2.电压互感器二次断线 电压互感器二次断线时,二次线电压值与电压互感器的接线方式无关,但和电压互 感器二次是否接有负载及接负载的情况有关。 下面分别研究电压互感器二次空载和带负 载的情况下,A、B、C 相断线时的二次线电压。 (1) 断 A 相

电压互感器二次断 A 相(空载)

电压互感器二次断 A 相(带载) 空载时,a 相断开,ab 间、ac 间不构成回路,所以 Uab=Uac=0。bc 间为正常 回路,所以 Ubc=100V。 带载时, 假设所接负载为一台三相三线有功电能表, 一台 60゜型三相三线无功 电能表,并假设各电压线圈阻抗相等,就可以得出等效电路。 从等效电路上可以清楚地看到 Ubc=100V,Uab=Uac=50V。 (2) 断 B 相

电压互感器二次断 B 相(带载) 空载时,与断 a 相类同:Uab=Ubc=0,Uac=100V。 带 载 时 , 根 据 等 效 电 路 可 得 : Uac=100V , Uab=2/3×100=66.7V , Ubc=1/3×100=33.3V。

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(3) 断 C 相

电压互感器二次断 C 相(带载) 空载时,与断 a 相类同:Uab=100V,Ubc=Uac=0。 带载时, 根据等效电路可得: Uab=100V, Ubc=1/3×100=33.3V, Uac=2/3×100=66.7V。 3.电压互感器绕组极性接反 (1)电压互感器 V,v 接线 正确接线时,电压互感器原理接线图及相量图如下:

正确接线时的原理接线图、相量图 当一台电压互感器极性接反(bc 相)时,原理接线图及相量图如下:

bc 相极性接反时的原理接线图、相量图

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从上面相量图上可以看出,由于互感器二次侧 bc 相极性接反,使得 Uca 在幅值 与相位上都起了变化,Uca=√3Uab=173.2V。由此可见,cb 相电压互感器极性接反, 其结果是 Uab=Ubc=100V,Uca=173.2V。 ab 相互感器极性接反时,其结果与 bc 相接反时相类似。 (2) 电压互感器 Y,y 接线 正确接线时,电压互感器原理接线图及相量图如下:

正确接线时的原理接线图、相量图 当一台电压互感器极性接反(a 相)时,原理接线图及相量图如下:

a 相极性接反时的原理接线图、相量图 从上面相量图上可以看出,由于互感器二次侧 a 相极性接反,使得 Uab、Uca 在 幅值与相位上都起了变化,Uab=Uca=Ubc/√3=57.7V,而 Ubc 则不变。同理,互感 器二次侧 b 相极性接反时,Uca=100V ,Uab=Ubc=Uca/√3=57.7V。互感器二次侧 c 相极性接反时,Uab=100V, Ubc=Uca=Uab/√3=57.7V。

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三.电流互感器错误接线分析
1.电流互感器不完全星形接线 正确接线时,电流互感器原理接线图及相量图如下:

电流互感器正确接线 根据基尔霍夫电流定律, 在电路中的任一个节点, 其电流的代数和等于零。 故:

ia+ib+ic=0,即:ib=-(ia+ic)。当三相电流对称时,三个电流的幅值相等,相
位上互差 120゜。 当 a 相电流互感器极性接反时, 公共线上的电流 Ib 为-ia 和 ic 的相量和, 其 幅值为正常相电流的√3 倍。 同理,当 c 相电流互感器极性接反时,公共线上的电流 Ib,幅值也为正常相 电流的√3 倍。 由此可见,电流互感器不完全星形接线时,任一台电流互感器极性接反,公共 线上的电流都要增加至正常值的√3 倍。具体接线图及相量图如下:

电流互感器 a 相极性接反

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2.电流互感器星形接线 正确接线时,电流互感器原理接线图及相量图如下:

电流互感器正确接线 正确接线时,ia+ib+ic=in,当三相电流对称时,ia+ib+ic=0,即:in=0。 假如 a 相电流互感器极性接反,a 相电流为-ia,而 ib、ic 的相量之和也是 -ia,所以 in=-ia+ib+ic=-2ia。 同理,b 相电流互感器极性接反,in=ia-ib+ic=-2ib。c 相电流互感器极性接 反,in=ia+ib-ic=-2ic。具体接线图及相量图如下:

电流互感器 a 相极性接反

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四. 带电检查
1.带电检查的注意事项: 对运行中的电能计量装置,在下列情况下应进行带电检查接线: (1) 新安装的电能表和互感器; (2) 更换后的电能表和互感器; (3) 电能表和互感器在运行中发生异常现象。 带电检查是直接在互感器二次回路上进行的工作, 一定要严格遵守电力安全规 程,特别要注意电流互感器二次不能开路,电压互感器二次不能短路。因为电流互 感器是工作在短路状态下,一旦二次开路,二次线圈上会感应出很高的电势,对人 身和设备都会造成极大的危害; 而电压互感器二次一旦发生短路, 不仅会损坏互感 器本身,还会使继电保护装置误动作,可能造成严重的系统事故。 2.带电检查步骤 单相接线与三相四线接线相对简单,出现错误的机会相对较少,且容易发现, 故我们只研究三相三线时的情况。 (1) 测量三相电压 用电压表测量电能表电压端钮的三相线电压, 在正常情况下, 三相电压是接近 相等的,约 100V(以高压三相表为例) 。如测得的各相电压相差较大,说明电压回 路存在断线或者极性接反的情况。具体错误上面已分别加以分析。 (2) 检查电压接地点及判明接线方式 将电压表的一端接地, 另一端依次触及电能表的电压端钮, 如有两个电压端钮 对地电压为 100V, 余下一端对地电压为 0, 则说明是两台电压互感器接成 V,v 形连 接,电压约为 0 相为 b 相。如各电压端钮对地电压都约等于相电压(57.7V) ,则说 明是三台电压互感器接成 Y,y 形连接, 二次中性点接地。 如电压端钮对地无电压或 者电压数值很小,说明二次电压回路没有接地。 (3) 测三相电压相序 用相序表测三相电压相序, 确定是正相序还是逆相序。 再根据已判明的接地相 为 b 相,就能确定其余两相的相别。 (4) 检查电流接线 首先查明电流互感器二次回路接地点, 可用一根两端带有夹子的短路导线来确 定。将导线一端接地,另一端依次连接电能表电流端钮。若电能表转速变慢,则该 端钮没有接地,若电能表转速无变化,则该端钮是接地点。当电流二次共用连线断 开时,用短路导线接地,则电能表转速变快。 用钳型电流表依次测量各相电流,要是数据基本接近,则说明接线正确。若测 得两相电流约为√3 倍的关系,则说明其中有一相电流互感器极性接反。 (5) 判断电能表接线方式 经过上述检查, 还无法确定电能表电流与电压之间的对应关系, 还不能真正确 定接线是否正确。因此,还必须用其他方法来确定,常用的方法有断 b 相电压法、 ac 相电压交叉法、六角图法、相位表法等等。 3.断 b 相电压法、a、c 相电压交叉法 (1)断 b 相电压法 在三相电路对称,负荷稳定,而且已知电压相序和负荷性质(感性或容性)情 况下,如电能表的 b 相断开,电能表的转速约慢一半,则电能表的接线是正确的。 其理论根据是:当 b 相断开时,Uab=Ucb=1/2Uac,电能表所测的功率为:

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P=1/2UacIaCos(30゜-Ф )+ 1/2UcaIcCos(30゜+Ф )=1/2×√3CosФ 。 (2)a、c 相电压交叉法 用 a、c 相电压交叉法的步骤是将电能表的电压端钮 a、c 相接线对调,对调后 电能表若不转动或微微转动,则说明电能表接线是正确的。其理论根据是:当电能 表 ac 相电压对调后 Uab 变为 Ucb,Ucb 变为 Uab,此时所测的功率为: P=UcbIaCos(90゜+Ф)+ UabIcCos(90゜-Ф)=0。 以上两种方法的具体相量图如下:

断 b 相电压法、a、c 相电压交叉法的相量分析 4.六角图法确定电能表的接线方式 六角图法就是通过测量与功率相关量值来比较电压、 电流相量关系, 从而判断 电能表的接线方式。它的适应条件是: (1) 三相电压相量已知,且基本对称; (2) 电压和电流都比较稳定; (3) 已知负荷性质(感性或容性)和功率因数的大致范围,且三相负荷 基本平衡。 六角图法的理论依据: 假设已知三相电压和电流的相量,负载为感性且三相对称,如下图所示:

用电压电流相量确定功率

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从 Ia 的顶端分别向 Uab、Ucb 作垂线,则可得到 Ia 对应线电压的有功功率分 量 Pab、Pcb;同样,从 Ic 的顶端分别向 Uab、Ucb 作垂线,则可得到 Ic 对应线电 压的有功功率分量 Pab'、Pcb'。反过来,如果已知 Pab、Pcb、Pab'、Pcb',并在 相应线电压上作垂线,则两条垂线相交点与原点的连线即分别为 Ia、Ic。 由于电能是功率跟时间的乘积, 所以, 我们也可以在一定时间里用标准电能表 来测量相应的功率值,从而确定电流。 六角图的检查步骤与方法: (1) 测量电压端钮间的线电压值; (2) 确定 b 相电压并测定电压相序; (3) 测量电流值; (4) 利用标准电能表或者相位表画出六角图确定电流相量。 5.标准电能表法 用两只单相标准电能表接入三相电路,选定测量时间读取标准表的读数 W1(Uab、Ia)、W2(Ucb、Ic)。之后将 a、c 相电压互换,选定同样的测试时间,再 读取标准表的读数 W1'(Ucb、Ia)、W2'(Uab、Ic),根据 W1、W1'的投影画出 Ia 的 相量,根据 W2、W2'的投影画出 Ic 的相量。然后根据已知的负荷功率因数分析相 量图,从而确定电能表的接线方式。 【例】已知三相三线电路对称,负荷为 0.9(滞后)左右,根据上述方法测得 W1=137,W2=235,W1'=-98,W2'=102。试确定电能表接线是否正确。 解:由条件可作出相量图如下:





5.相位表法 相位表法是六角图法的一种,它是利用钳型电流表、电压表、相位表联合测 绘六角图。相位表法是以电压为参考相量,测量电流相量与电压参考相量的相位 差,根据电压相序及电压、电流相量,确定电能表的接线方式。其具体步骤为: (1)通过测量三相电压值、电压相序、判定接地相电压,确定接入电能表的 电压大小、电压相序以及接入电能表第一元件、第二元件的线电压相别。

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(2)利用相位表分别测出得的第一元件、第二元件的电压、电流相位角。 (3)分析电流之间的相位。如有一相电流接反,I1、I2 之间的夹角为 60゜, 而不是 120゜。 (4)判断电流是正相序还是逆相序。 (5)根据已知的负荷性质及与相应电压就近原则,判断电流接线是 Ia、Ic 还 是-Ia、-Ic。 (6)最后确定电能表接线方式。 下面以一个现场实例来说明相位表法进行接线检查的具体方法 (假设用户功率 因数为 0.8—0.9) : (1)测得 U12=U23=U32=100V,说明电压回路无断线和极性接反现象; (2)测得三相电压为正相序,各电压端钮对地电压为 U1=100V,U2=100V, U3=0V ,说明接入电能表 c 相电压端钮的是 b 相电压,即:接入电能表第一元件的 电压是 Uca,接入电能表二元件的电压是 Uba。 (3)用钳型电流表测得 I1=I2=2.5A,电流平衡,说明电流回路无断线。 (4) 测得电能表第一元件电压与电流间的相位差为 62.9゜, 第二元件电压与电 流间的相位差为 243゜。 (5)画出电流电压相量图如下:

用相位表法检查接线例图(相量图) (6)从相量图可知,电流间的相位差为 120゜,第一元件电流滞后第二元件电 流,说明电流接线为逆相序;即 I1 为 Ic,I2 为 Ia。 (7)综上所述,电能表的接线方式为:Uca、Ic;Uba、Ia。接线如下图:

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用相位表法检查接线例图(接线图) 【例】在某三相三线用户处进行电能表接线检查,测得各线电压均为 100V, 接入电能表的电压为逆相序,电流平衡,第一元件电压电流相位差为 280゜,第二 元件电压电流相位差为 160゜,已知负荷性质为感性,且Ф﹤60゜,试确定其接线 方式。 解:首先画出三相电压,由于为逆相序,所以按 1、3、2 顺序画出 U1、U3、 U2;根据电压、电流相位差,画出电流相量,由于电流之间的相位差为 60゜,且 I1 超前就近电压,与负荷性质不符,即 I1 应为-I1,倒向后的电流为逆相序,所 以实际电流接线为第一元件为-Ic,第二元件为 Ia。 根据负荷性质及功率因数,按照就近原则,U3 为 Ua,U2 为 Uc。所以电压实际 相序为:b-a-c。检查结果:电能表的接线方式为:Uba、-Ic;Uca、Ia。具体相量 图如下:






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