（电力系统及其自动化专业论文）电能计量装置异常状态监测系统终端技术研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文傥猩嫁徘鼢澎蝴耀是本 人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 盖未五 日期：塑型：望：丝 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被 查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意 学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：基赵 日期：渤么2 2 ：彩 导师签名： 至叠笠 2 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 第一章引言 电能既是电力企业的产品，又是一种商品。作为商品，其交易过程必须遵循市 场规律，做到买卖公平，电能的交易过程是通过电能计量装置来实现的，电能计量 装置起着秤杆子的作用，它的准确与否涉及千家万户的利益，直接关系着各项电业 技术经济指标的正确计算、营业计费的准确性和公正性，事关电力工业的发展、国 家与电力用户的合法权益。 随着我国电力行业的迅速发展，电力市场化改革的逐步推进，电能计量部门开 始面临一系列新的要求和问题，如何满足这些要求以及解决这些问题就成为当前电 能计量工作的当务之急。 1 1 1 电力行业迅速发展的要求 在我国，由于经济的发展和人民生活水平的提高，工业和人民生活用电量急速 增长。2 0 0 3 年全国发电量已经达到1 9 0 3 2 2 亿万千瓦，较1 9 9 0 年的6 2 3 0 4 亿万千 瓦增长了2 0 5 “1 。现在我国的发电总量已经跃居世界第二位，随着三峡工程等一系 列新的发电项目陆续入网，特别是西电东送工程的启动，我国的发电总量将进一步 增加。而作为电能贸易结算中使用的计量器具，电能表的计量准确性关系重大。从 一个简单的估计即可看出电能计量的重要性我国当前的年发电总量约2 万亿千 瓦小时，价值约2 万亿元。如果电能计量准确度为万分之一，即误差1 亿元；计量 准确度为百分之一，即误差为1 0 0 亿元。只有经过公正、准确的计量才能保证电能 贸易的公平，因此电能计量的准确性越来越引起发电、送电、配电、用电各方以及 技术监督部门的高度重视”1 。 1 i 2 电力行业市场化改革的要求 在计划经济时代，全国电力是一家，发电厂到电网、电网与电网之间不存在结 算问题，只有最终电力用户处装的电表才有计量意义。而现在，电力企业都是市场 化运作，电力要经过发电、输电、配电、变电等多个环节才能输送到最终用户处， 发电厂与电网公司之间、电网与电网之间、电网公司内部各供电公司之间、供电公 司内部各区所之间、直至供电所与最终用户之间，都要进行经济结算，而经济结算 的依据就是由在电网的各个环节安装的电能计量装置提供的电量信息”1 。 电力市场化改革要求电能生产、送配和销售等各个环节上的电力企业加强对电 能的监控，以维护自身的经济利益“1 。这就迫使各电力企业加强对电能计量工作的 1 华北电力大学硕士学位论文 重视，提高计量数据的完整性、可靠性和准确性，从而为控制成本和经济核算提供 依据。另一方面，随着电力市场化改革的深入进行，电能计量工作还需要担负起加 强用电需求侧管理，促进电网管理现代化的责任，这就对加强电能计量管理工作特 别是其信息化水平提出了更高的要求。 1 1 3 电量流失问题的要求 在电力行业市场化改革之前，电力企业关心的主要问题是安全生产。而由系统 干扰、人为窃电等因素造成的电能计量电量低于实际供电量的电量流失问题一直没 有得到充分的重视，往往掩盖在供电部门的线损之中，降低了企业的经济技术指标。 随着电力行业市场化改革的深入进行，电力企业开始将工作重心转向创造和维 护自身的经济效益，因而对电量流失问题给予更大关注。近年来电力电子技术得到 了广泛应用，使得电力系统中的谐波源大量增加，引起局部电压、电流波形严重畸 变，影响了电能表的正常工作o “。由于经济利益的驱动，人为窃电情况日益严重， 少数不法分子为牟取私利，采用种种手段进行的窃电活动，给电力企业造成了特别 严重的电量流失问题，不仅极大影响了电力企业的经济利益，而且造成了大量的安 全隐患，危及人身与设备安全。据有关资料披露，湖南每年省电网销售的电量为3 0 0 亿千瓦时左右，实际线损率为8 8 ，除去线路传输及设备损耗的5 ，其余部分都 属于管理损耗即偷、漏掉的电量。根据各市州供电部门不完全统计，其中被窃电量 超过2 亿千瓦时。按照发、供电的最低成本每千瓦时0 2 4 元计算，电力部门每年 因窃电造成的损失在4 8 0 0 万元以上“1 。武汉市供电公司2 0 0 3 年售电量为1 3 4 亿千 瓦时，其中约有2 9 8 的电量即约4 亿千瓦时被窃取，直接经济损失约2 亿元”1 ； 青海电网年均窃电户3 5 0 0 户，年均窃电量5 0 0 0 万千瓦时，造成当地电力企业年均 经济损失1 3 5 0 万元”1 。 1 。1 4 课题的意义 推进电力行业市场化改革，提高电力企业的经济效益，必须重视电能计量工作， 克服电量流失问题，加强计量装置异常监测。因此，研究满足市场化、信息化要求， 能够及时发现电能计量异常并做出反应，并为计量和营销管理提供决策支持的高度 信息化的电能计量装置异常监测系统终端，对于帮助企业降低经营成本，挽回经济 损失，维护电力市场的正常运行具有十分重要的意义。 i 2 电能计量装置异常状态的研究现状 i 2 1 电能计量装置异常状态 电能计量装置包括各种类型的计量用电压互感器、电流互感器及二次回路、电 2 华北电力大学硕士学位论文 能计量表计( 有功电能表及无功电能表) 、指示仪表( 电压表、电流表、功率表、功 率因数表) 、二次电缆、计量柜( 或箱) 。 电能计量装置异常状态是指计量装置在运行中不能够正确计量用电量的状态。 电能计量装置异常状态主要包括： 1 电压异常：失压，电压越上限，电压越下限； 2 电流异常：失流； 3 频率异常：频率越上限，频率越下限； 4 三相不平衡：不平衡电压越上限，不平衡电流越上限； 5 接线异常：电压反接，电流反接，电压电流不对应； 6 电能表异常：电能表通信异常，底度变化，误差扩大； 7 c t 、p t 异常：c t 、p t 变比与铭牌不符。 1 2 2 造成电能计量装置异常的原因 造成计量装置异常的原因主要包括：计量装置故障；人为过失；窃电。 1 计量装置故障 电压互感器故障、电流互感器故障、电能表故障、二次电缆故障等，都会造成 计量异常。另外，由于电网的谐振过电压、雷击过电压，造成计量p t 保险熔断， 引发缺相计量，也会造成计量异常。 2 人为过失 由于各种原因，发生的对计量回路的误动，可能会造成电能计量装置异常。例 如，计量人员在相关活动中错误的改变了二次回路的接线，就会造成电能计量异常。 3 窃电 窃电是指不法分子通过各种手段人为地造成电能计量装置的异常，导致计量装 置对其用电量少计或不计，从而获取经济利益的行为。随着我国经济的快速发展和 近几年来电费的提高，窃电犯罪不断增多，窃电已经成为电能计量装置异常的主要 原因。 一个电能计量装置所计量电能的多少，取决于电压、电流和功率因数三要素与 时间的乘积，只要改变三要素中的任何一个要素，就可以达到窃电的目的。针对电 能表的窃电手段，不外乎以下的6 种方式 t 6 - 1 s a ) 欠压法：采用各种手段故意改变计量电压回路，造成电能表的电压回路欠压 和失压、额定电压降低或者接线错误，从而导致电能表不计或少计电量的方 法。欠压法窃电的方式主要包括：电压回路开路；电压回路接触不良；改变 电压回路接线；在电压回路中串入电阻等。 华北电力大学硕士学位论文 b ) 欠流法：采用各种手段故意改变计量电流回路，造成电能表的电流线圈故障 或者接线错误，使电能表的电流回路无电流通过或仅有部分电流通过，从而 导致电能表不计或少计电量的方法。欠流法窃电的方式主要包括：电流回路 开路；电流回路虚接；短接电流回路；改变电流回路接线等。 c ) 移相法：采用各种手段故意改变电能表的正常接线，改变电能表电压、电流 回路间的正常相位关系，从而导致电能表不计或少计电量的方法。移相法窃 电的方式主要包括：改变电压回路接线；改变电流回路接线；接入与电能表 线圈不对应的电压或电流；在回路中接入电感或电容移相等。 d ) 扩差法：通过私拆电表，改变电表内部的机械或电气性能，使表计误差向有 利于用户的方向变大，从而导致电能表少计电量的方法。扩差法窃电的方式 主要包括：改变电能表内部结构；改变电能表零部件参数；改变电能表安装 条件等。 e ) 机械法：通过机械方法，故意更换和损坏计量设备，从而导致电能表不计电 量或少计电量的方法。机械法窃电的方式主要包括：更换电流互感器铭牌： 更换机械式电表计度器；用大电流或机械力损坏电能表；损坏电压、电流互 感器等。 f ) 无表法：未经报装入户就私自接线用电，或者在有表情况下私自甩表用电的 窃电方法。无表法窃电的方式主要包括：私拉乱接用电线路；将进线绕开电 表入户等。 1 2 3 计量装置的接线方式 计量装置的接线异常是一种比较常见的电能计量装置异常状态。准确的判断电 能计量装置的接线情况是判断电能计量装置异常状态的重要内容。 计量回路不正确接线方式依电能表的接入方式及电能表的类型( 单相式、三相三 线式、三相四线式) 而不同，其种类繁多。如：直接接入式单相电能表有1 5 种错误 接线方式，经电流互感器接入的单相电能表错误接线方式有2 0 种；直接接入式三 相三线电能表错误接线方式有7 0 9 种，经电流互感器接入的三相三线电能表错误接 线方式有7 5 0 种；经电压互感器及电流互感器接入的三相三线电能表错误接线方式 有4 0 7 1 种；直接接入或经互感器接入的三相四线电能表错误接线方式在5 0 5 5 1 2 6 5 5 种之间“”。电能计量装置的接线方式纷繁复杂，而且绝大多数不正确接线都会引 起电能计量不准确。因此，如何准确判断电能计量装置的接线情况直是令供电部 门头疼的问题。 现有的三相三线电能表接线检查方法主要有：断b 相法，电压交叉法， 六角图像法“”。前两种方法只能判断接线方式是否错误，但无法判定具体是哪一种 4 华北电力大学硕士学位论文 错误接线；六角图像法虽然能够准确判定接线方式，但在实际应用中操作繁琐，不 利于自动化操作，不能适用于现代化条件下电能计量异常状态监测的要求。 目前尚没有完善的三相四线电能表接线检查方法。现有的三相四线电能表接线 检查方法主要是分相法，但是该方法只能检查出部分错误接线，且无法判定具体是 哪一种错误接线。 1 3 电能计量异常状态监测系统 欲验证计量装置是否处于正常运行状态，一方面需要提高用电稽查人员的管理 水平，另一方面必须采用先进的电能计量状态异常监测设备，在线测试计量装置的 运行状态，及时发现问题、消除隐患。 电能计量状态异常监测系统用于监测电能计量装置在运行过程中出现的各种类 型故障、计量不准确及人为窃电等情况，并给予及时的报警。同时，采集电压、电 流、功率因数等相关信息，并将这些信息通过通讯网络传送至监控中心，从而构成 一个以电能计量为核心的运行监测系统。 电能计量装置异常监测系统由一个主站和若干子站组成，通过通信网络进行联 系。其整体结构设计如图1 1 所示。主站系统安置于系统管理中心，若干个子站安 装于电力设备现场。子站与主站形成两级分布式计算机控制系统( 主站设在中央控 制室，子站设在各电力设备站) 。 冀嫡露猁匿圣圈 ，j i h m 墙戗潮绺 一藿一 i _ 两 ”囝 匕一一一。i ，：一。一一j 图1 1 电能计量装置异常监测系统结构图 赡鲮 、 菇绞 崮黍 馨劳 一蒙 华北电力大学硕士学位论文 主站由上位机和外围设备组成，上位机负责接收来自子站的数据和信号，进行 分析和处理，实现终端管理、电表管理、运行事件管理、异常状态识别及分析等功 能，还可以同其他信息系统( 如用电m i s 等) 进行信息的共享和交换。 子站以终端为核心，用以采集来自交流电量( 电压，电流) 和电能表信息( 通 过r s 4 8 5 接口读取电子式多功能电能表的电压，电流，功率因数，电量等) ，以及 其他信号设备提供的信号，并对所采集数据进行计算、存储和预处理。 子站和主站通过由移动通信网络、公用网或单位局域网等所组成的通信层进行 信息联系。信息的流动是双向的；子站除了被动的接受来自主站的任务和请求外， 还可以在判断有异常发生时，主动向主站发送现场数据和告警信息；主站可以定时 或不定时地对终端和电表进行查询和检测，也可以根据子站或本地的异常报警信 息，对用户处的电表和终端实行连续地跟踪和监测。 1 4 论文所做的工作 本论文所做的工作主要有： 1 分析电能表的结构以及各种接入方式。 2 分析三相三线电能表和三相四线电能表的各种接线特征，研究准确判别接线 方式的方法。 3 分析电能计量异常状态监测系统终端的功能需求。 4 完成电能计量异常状态监测系统终端的设计工作。 6 华北电力大学硕士学位论文 2 1 电能表 第二章电能计量原理 电能表是电能计量装置的核心部分，它起着计量负载消耗的或电源发出的电能 的作用。目前，国内使用最广泛的是感应式电能表和电子式电能表。 感应式电能表出现于1 9 世纪末，由于具有结构简单、操作安全、维修方便、 造价低廉等优点，一直被广泛应用。但是，由于受工作原理和结构等因素的制约， 感应式电能表准确度低、适用频率窄、功能单一，难以适应当前电力市场的发展。 电子式电能表是上世纪7 0 年代发展起来的一种产品，是应用现代电能测量技 术、微电子技术、计算机软硬件技术及通信技术构成的一类全新的电能表。它除了 具有测量精度高、性能稳定、功耗低、体积小、重量轻等优点外，还易于实现多功 能计量，可现场校验和检索多种计量数据，便于数据采集和处理以及集中监控。电 子式电能表是未来电能表的发展方向。目前，电子式电能表已经开始逐步替代感应 式电能表。 本文中的电能计量装置异常状态监测系统，就是建立在电子式多功能电能表的 基础之上的。如果没有特别说明，本文当中所提及的电能表均是指电子式多功能电 能表。 电子式多功能电能表的结构框图如图2 1 所示。多功能电能表一般由测量单元、 数据处理单元、时钟、通信接口和辅助电源等几部分组成眦1 。 矧糕鐾攀元b 叫壅竺! 1 阜 c啼吲 i 感挂卜 擘 “卜嗣 u叫习 卜黼镳墩b - 叫兰整i 一 曦糕激鞠曦璐 图2 1 多功能电能表结构 1 测量单元 测量单元常以专用集成电路实现。对被测的三相电压、三相电流信号取样经a d 转换电路将它们转换成数字量，对应的数字电压信号、数字电流信号相乘并累加， 求得功率，然后将功率变换成脉冲信号，送数据处理单元处理。 7 华北电力大学硕士学位论文 2 数据处理单元 数据处理单元由c p u 、存储器等组成。c p u ( 单片机或d s p 处理器) 接收测量单元 传送过来的信息，累计电能脉冲，计算最大需量，将结果存入存储器，并与外部通 信，交换数据。表中存储器用来存储各个时段的用电量、最大需量及其发生的时间、 时段费率号、电能表常数和控制程序等。 3 显示器 电子式多功能电能表的显示器通常用l e d 数码管或l c d 液晶显示屏与对应的驱 动电路实现。 4 时钟电路 电能表内设有准确的实时时钟电路，以保证时段的正确切换，使电表具有日历 时钟功能。 5 通信接口 电能表内具有的标准接口通常为红外通信口、r s 4 8 5 通信口和r s 2 3 2 通信口等 多种通信接口。通过接口，可以对电能表进行编程，实现本地或远程数据的信息采 集和交换等。 2 2 计量原理 2 2 i 测量有功电能 有功电能采用直接方法测量。在r 时刻采集被测电压、被测电流，对转换得到 的数字量作数字乘法运算。产生此时刻的有功功率；采集处理的同时进行累加，经 过一段时间后即得这段时间内用户消耗的有功电能e ，： 易= u 。 式中，u 、为电压、电流的第i 个采样值( t i 时刻的采样值) ，n 为这段时间的采 样次数，a f 为采样时间间隔。 2 - 2 2 测量无功电能 万 无功电能可用移相法测量。将电压采样值移相2 ( 工频时，为5 m s ) ，与电流采 样值相乘，然后在一段时间内累加，即得这段时间内的无功电能： e 口：艺+ ，五埘 8 华北电力大学硕士学位论文 式中，q + ，为延时5 a s 的第i 个采样值。 2 2 3 测量最大需量 最大需量可用区间法测量，也可用滑差法测量。 用区间法测量时，通常在1 5 m i n 内累计与功率成正比的脉冲数，乘以脉冲的电 能当量，再除以1 5 m i n 得需量值只，将其保存在最大需量的存储单元中；然后进行 下1 个1 5 m i n 区间的计算，得最。若只 异，则用县代替异，存入最大需量存储单 元；反之不存。依此类推，使最大需量单元中始终保持1 5 m i n 平均功率的最大值。 若以滑差法测量，则第2 次在( 1 + t ) m i n ( 1 5 + t ) m i n 内计算平均功率( 式 中t 为滑差区间对应的时间) 。第n 次在第( 1 + n t ) m i n ( 1 5 + n t ) m i n 内计算 平均功率。每次将当前测得的值与己存入最大需量存储单元的最大值比较，并将数 值较大者保持在最大需量单元中。 2 3 接入方式 目前，国内采用的主要有如下几种计量方式： 1 高供高计( i o k v 以上) 经p t 和c t 接入式：适用于接入中性点有效接地的高压 线路的计量装置； 2 高供高计( i o k v 及以下) 经p t 和c t 接入式：适用于接入中性点非有效接地的 高压线路的计量装置： 3 高供低计( 3 8 0 v ) 不经p t 但经c t 接入式：适用于其负荷电流为8 0 a 以上时， 宜采用经电流互感器接入式的电能表； 4 高供低计( 3 8 0 v ) 直接接入式：适用于三相低压供电线路，其负荷电流为8 0 a 及以下时，宜采用直接接入式电能表； 5 单相直接接入式计量：适用于单相低压供电线路，负荷电流8 0 a 及以下； 6 单相经c t 接入式计量：适用于单相低压供电线路，其负荷电流为8 0 a 以上。 在实际应用中，应根据不同的被测电路( 单相、三相三线、三相四线、高压和低 压) 、负荷情况以及测量对象来选定适当的电能表、互感器，是保证计量准确的又 一关键环节。由于本论文的研究对象主要是针对三相有功计量电路的异常状态监 测，以下重点讨论各种电路有功电能计量的各种计量方式。 2 2 1 直接接入计量方式 对三相四线制电路来讲，可以选用一只三相四线有功电能表，也可选用三只单 相有功电能表。此种接线方式一般是在低压配电系统中，中性点直接接地的三相四 线制系统中应用，而且不论三相电压、电流是否对称都能正确计量。接线方式如图 2 2 所示。 9 华北电力大学硕士学位论文 图2 2 三相三线直接接入方式 在农村配电系统中，宜采用三只单相电能表的接线方式，当一相发生故障时， 就会有一只单相电能表的读数出现差异，比较容易判断出是否有异常计量状况。而 用一只三相四线的电能表，当一相故障时。电能表圆盘转动虽然变慢，造成电量的 少计，但很难判断出是负荷变化了还是有了故障。 家庭用户和小容量照明负荷大多数采用单相直接接入式计量，其接线图如图2 3 ( a ) 所示。 ( a ) 2 。2 2 间接接入计量方式 图2 3 单相表接入方式 ( b ) 间接入计量方式可分为只经电流互感器( c t ) 接入式和同时经电流互感器( c t ) 、 电压互感器( p t ) 接入式。对于计量单相大容量照明负荷( 负荷电流大于8 0 a ) ，采用 经c t 接入式计量，其接线图如图2 3 ( b ) 所示。对于三相四线制电路，有两种经 互感器接入计量方式： 1 电压直接接入，电流经c t 接入式( 完全星形接法) ，如图2 4 所示； 2 电压经p t 接入( 完全星形接法) ，电流经c t 接入式( 完全星形接法) ，如图 2 5 所示。 1 0 华北电力大学硕士学位论文 ：商龠二参 i 、一ii “l u ih ，r jl b 。w i 1or c ；一o & z n 图2 4 三相四线经c t 接入计量 心 争伊 一 。u jl u一 冈焉陌南 ： 1 f 气k j 1 * b 毒 l ，a 弋 z c 鹬! ，i n 一 ， 图2 5 三相四线经c t 、p t 接入计量 三相三线制高压电路主要采用如下计量方式：电压经p t 接入( 不完全星形接法) ， 电流经c t 接入式( 不完全星形接法) ，如图2 6 所示。 。抵 1ii 半。 龠 川 ii r qr ” k r j ：、k 刈 b ”、_ f 图2 6 三相三线经c t 、p t 接入计量 华北电力大学硕士学位论文 第三章三相电路接线方式判别 准确判别电能计量装置的接线方式是正确判断电能计量异常状态的重要内容。 如何准确判别电能计量装置的接线方式是本章探讨的主要内容。 下面针对情况最为复杂的三相三线经c t 、p t 接入方式和三相四线经c t 、p t 接 入方式的计量特点，进行详细的理论分析，找出其电量特征，从而找出相应的接线 判别方法。 为了简化计算，现假设： 1 三相电压、电流、功率因数符合对称关系； 2 功率因数角矽在一3 0 。到6 0 。之间( 电力系统的功率因数一般都较高，最大可 能变化范围在- 3 0 。到6 0 。之间) ； 3 计量回路中不存在断线故障。 3 1 三相三线制电路接线方式判别 3 1 1 三相三线制电能表的接线种类 三相三线电能表是具有二个电能计量元件的电能表，每个元件有一个电压绕组 和一个电流绕组，其正确的接线方式如图3 1 所示。第一元件和第二元件应分别接 入和l 、和l 。计量结果为两元件功率之和： p = 丑+ 最= u i a c o s ( 3 0 。+ 仍) + u 。i c c o s ( 3 0 。一纯) h v ：龠 乩 l ，j 了罚 i a二 刈 b 、r 呶 一 图3 1 三相三线有功电能表与电压、电流互感器联合接线及相量图 文献 1 8 1 9 中提到经电压互感器及电流互感器接入的三相三线电能表错误 接线方式有4 0 7 1 种。结合图3 1 分析可以发现，产生如此多种接线方式的原因是 p t 和c t 的接入。如果将着眼点放在电能表上，以流入电能表的电量来重新划分接 华北电力大学硕士学位论文 线方式，就可以极大地化简接线方式的种类。 在实际接线中： 1 电能表a b c 电压端予可能被接入的互感器二次电压相别共6 种：正序方式 接入的a b c ，b c a ，c a b 三种；负序方式接入的a c b ，c b a ，b a c 三种。 2 电能表二对电流端予可能被接入的电流互感器二次电流相别及极性有8 种： l a 和i c ，一i 帮一i c ， i i 和一i c ，一l a 秘i c ， i c 帮i l ， 一i c 和 一i 。i r 魏一i t 一i ：鹌i t 。 因此，可能的接线种类有6 8 = 4 8 种。其中只有电压端子正序接入a b c ，电流 端子接入j 和，是正确接线；其余的4 7 种都是不正确接线。 3 1 2 三相三线制电能表的接线判别方法 本文定义：勿论电能表电压端子被接入的实际电压是那一相电压，凡是接在电 能表a b 相电压端子上的电压表示为u a 。勿论电能表电流端子被接入的实际电流是 那一相电流，勿论极性如何，凡是接入电能表a 相电流端子上的电流表示为l 。依 次类推。 3 1 2 1 三相三线制接线的电压、电流特征分析 结合相量图分析电压端子的接入情况，如表3 1 所示。 表3 1 三相三线制电压端予接入情况 电压端子a r g u g ，。 a b c 正序 b c a6 0 。 c a b a c b 负序b a c 6 0 。 c b a 结合相量图分析电流端子的接入情况，如表3 2 所示。 华北电力大学硕士学位论文 表3 2 三相三线制电流端子接入情况 电流端子 a r g e 4 c 厶 l c 1 2 0 一i a 一毛 i 一毛 3 0 0 一i 毛 l cl 2 4 0 。 - c i 丘- l , 6 0 一，cl 根据表3 1 和3 2 的分析，发现4 8 种接线方式可以归纳为8 种情况，如表3 3 所示。 表3 3 三相三线制接线的8 种情况及特征 电压端子 a b c b c ac a ba c b b a cc b a i a 1 c 情况1情况2 a r g z ；| i j = 1 2 0 。5 a r g z ；i , = 1 2 0 占 一l a ，一l c a r g 屹u ；。= 6 0 。士万a r g u 盘t r b = 6 0 9 士艿 i 一l c 情况3情况4 电 - l ，i c a r g z c i ；= 3 0 0 。6a r g l ；c = 3 0 0 。万 a r g u 二配b = 6 0 。土万a r g 吃v ；。= - 6 0 。占 流 i c j 情况5情况6 端 a r g z ；x ；= 2 4 0 。士艿a r g z ；c = 2 4 0 士艿 子 一l c ，一i 缸g u 二f u 衄= 6 0 。6a r g 呢z b = - 6 0 万 l c ，一l a 情况7情况8 一i c ，i a r g l ；l i ；= 6 0 。万a r g e z ；= 6 0 。士艿 a r g u 二i u 船= 6 0 t 5a r g 吃= - 6 0 。占 1 4 华北电力大学硕士学位论文 情况1 ： 1 当a r g g - - 1 2 0 。艿时，电能表可能被接入的实际电流有l 和如，一l 和一两 种组合； 2 当a r g 吃，= 6 0 0 占时，电能表电压端子被接入的实际电压相别组合有a b c ， b c a ，c a b 三种正序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。其中艿为系统电压或电流相位不对称性而引 起的相位偏差，以下同。 情况2 ： 1 当a r g ，c = 1 2 0 士占时，电能表可能被接入的实际电流有l 和毛，一l 和一如两 种组合； 2 当a r g 屹= - 6 0 艿时，电能表电压端子被接入的实际电压相别组合有a c b ， b a c ，c b a 三种负序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 情况3 ： 1 当a 唱e c = 3 0 0 。艿时，电能表可能被接入的实际电流有l 和也，一l 和毛两 种组合； 2 当a 玛屹= 6 0 。6 时，电能表电压端子被接入的实际电压相别组合有a b c ， b c a ，c a b 三种正序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 情况4 ： 1 当a r g e ，c = 3 0 0 。j 时，电能表可能被接入的实际电流有l 和一如，一l 和七两 种组合； ， 2 当a r g 吃= - 6 0 。士艿时，电能表电压端子被接入的实际电压相别组合有a c b ， b a c ，c b a 三种负序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 情况5 ： 1 当a r g e c - - - 2 4 0 。士占时，电能表可能被接入的实际电流有如和l ，一如和一l 两 种组合； 2 当a r g 吃= 6 0 。万时，电能表电压端予被接入的实际电压相别组合有a b c ， b c a ，c a b 三种正序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 情况6 ： 1 当a r g e c = 2 4 0 。艿时，电能表可能被接入的实际电流有l 和一毛，l 和两 种组合： 2 当a r g 吃，= - 6 0 。艿时，电能表电压端子被接入的实际电压相别组合有a c b ， 15 华北电力大学硕士学位论文 b a c ，c b a 三种负序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 情况7 ： 1 当a r g i ；c = 6 0 。士艿时，电能表可能被接入的实际电流有毛和，一乇和厶两 种组合； 2 当a 玛吃= 6 0 。土艿时，电能表电压端予被接入的实际电压相别组合有a b c ， b c a ，c a b 三种正序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 情况8 ： 1 当a r g i ；c = 6 0 。艿时，电能表可能被接入的实际电流有七和一l ，和l 两 种组合； 2 当甜g 屹= - - 6 0 。艿时，电能表电压端子被接入的实际电压相别组合有a c b ， b a c ，c b a 三种负序方式。 满足上述条件的接线组合共六种。 每一种情况都包含6 种接线方式，总接线方式为4 8 种。其中有4 7 种误接线。 3 1 2 2 三相三线制接线的分组 1 按照电流相位特征可以将4 8 种接线分为4 个大组； a ) 满足_ a r g l c ，c = 1 2 0 。万属性的为第1 大组，共包括具有情况1 和情况2 的 1 2 种接线方式； b ) 满足a r g c = 3 0 0 。艿属性的为第2 大组，共包括具有情况3 和情况4 的 1 2 种接线方式； c ) 满足a r g l ；c = 2 4 0 。士艿属性的为第3 大组，共包括具有情况5 和情况6 的 1 2 种接线方式； d ) 满足甜g e c = 6 0 。占属性的为第4 大组，共包括具有情况7 和情况8 的1 2 种接线方式。 2 按照电压相位特征还可以把每一大组分为2 个小组： a ) 满足a r g 吃= 6 0 艿属性的为第1 小组，每一小组只有6 种接线方式； b ) 满足a r g 吃= - 6 0 占属性的为第2 小组，每一小组也只有6 种接线方 3 1 2 3 每小组中6 种接线方式的识别 结合相量图分析第1 大组第1 小组( 即情况1 ) 中6 种接线方式，如表3 4 所示。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 表3 4 三相三线制第1 大组第1 小组的6 种接线方式 编号电压端子电流端子 a r g 吒c 1a b c 1 1 i c 口+ 3 0 。 2b c a l 1 c 妒- 9 0 。 3 c a b i i c 口+ 1 5 0 。 4a b c i ，一i c 伊- 1 5 0 。 5b c a l t 一i c 口+ 9 0 。 6c a b i ，一i c 矿- 3 0 。 当功率因数角伊在_ 3 0 。到6 0 。之间变化时，接入电能表a 相电压端子的电压互感 器二次a 相电压( 或b 相电压，或c 相电压) 与接入a 相电流端子的电流互感器二次 电流之间相位差a r g 吃c 的变化范围可以根据表3 4 确定为图3 2 中长方形两边 对应的区间。长方形内的编号与表3 4 中的编号一致。每一长方形两侧所对应的角 度表示功率因数角妒在一3 0 + 到6 0 。之间变化时，所对应接线的鹕吒c 变化范围。 堋”n 铲。矿ri 擗4a t e 图3 2 第1 大组第1 小组的a r g 吒c 变化范围 根据图3 2 所示的6 种接线的a r g 矿。，：角度可以区分这6 种接线方式： 1 如果a r g u ：。j ：在单一长方形内，则判定接线方式为该长方形所对应的接线 方式。例如a r g 吒c = 4 5 。时，a r g 吒c 仅在1 号长方形内，此时电能表 电压端予接入了a b c ，电流端予接入了，。、厶。 2 如果a r g u ：。，j ：在两个长方形内，则需要根据负荷性质判定接线方式。例如 a r g u 二。c = - - 4 5 。时，a r g 屹c 在2 号长方形和6 号长方形内，当负荷为 容性时判定a r g u ：。，：在6 号长方形内，此时电能表的电压端子分别接入 c b a ，电能表的电流端子分别接入，；当负荷为感性时判定a r g 吒c 1 7 华北电力大学硕士学位论文 在2 号长方形内，此时电能表的电压端子分别接入b c a ，电能表的电流端子 摄入i 。i ! 。 其他组也可以由同样的方法区分接线，由于篇幅原因其它组的具体判别方法不再 赘述。 3 1 。2 4 识别三稻三线制接线的程序流程 总结3 1 2 1 3 1 2 3 的内容，可以把识别过程分成3 步： 1 计算a r g e c ，并根据其大小判断属于哪一个大组： a ) 是否等于( 1 2 0 。士万) 是。则判断电流回路接线为l ，c 或，。 否。则继续向下判断。 b ) 是否等于( 3 0 0 。艿) 是。则判断电流回路接线为l ，一t 或一l ，l 。 否。则继续向下判断。 c ) 是否等于( 2 , 4 0 。士万) 是。则判断电流回路接线为毛，l 或一毛，一l 。 否。则继续向下判断。 d ) 是否等于( 6 0 。士艿) 是。则判断电流回路接线为一，l 或毛，一。 2 计算a r g 吃，并根据其大小判断属于哪一个小组： a ) 是否等于( 6 0 万) 是。则判断电压回路接线为正序，即相序为a b c 、b c a 或c a b 。 否。则继续向下判断。 。 b ) 是否等于( 一6 0 。艿) 是。则判断电压回路接线为负序，即相序为a c b 、b a c 或c b a 。 3 计算a r g e 么，e ，并根据其大小和负载的性质判断具体是哪一种接线方式。由于 篇幅限制，在此不再赘述。 3 1 2 5 举例验证 现假设一用户其负载三相平衡，功率因数角为1 5 。，电能表电压端予接入相序位 b a c ，电流端子接入一，cl ， 对应的相量图如下图所示。 1 8 华北电力大学硕士学位论文 ： u州l王娃 图3 3 三相三线制电路举例相量图 此时，c 为一毛，e 为l ，屹为，吒为 可以测量到a r g e ，c = 6 0 。，缸g 吃口= - 6 0 。，a r g 吒，c = - 7 5 。 接线方式判别过程如下： 由于a r g e c = 6 0 ，判定接线方式属于第4 大组： 由于m g 吃= - 6 0 4 ，判定接线方式属于第2 小组； 对照附表1 8 ，作出第4 大组第2 小组的a r g 以。，c 变化范围。 1 f驸甜r甜l 硝埘 图3 4 三相三线制第4 大组第2 小组的a r g 屹c 变化范围 由于a r g 吃c = _ 7 5 。，在4 7 号方框内，可以判定此时的接线方式为4 7 号接线 方式，即电能表电压端子接入相序位b a c ，电流端子接入一毛l 。 判定结果与先前的假设完全一致。 3 2 三相四线制电路接线方式判别 3 2 1 三相四线制电能表的接线方式种类 三相四线电能表是具有三个电能计量元件的电能表，每个元件有一个电压绕组 和一个电流绕组，其正确接线如图3 5 所示。三个元件应分别引入和l ，和 1 9 华北电力大学硕士学位论文 厶，和毛。计量结果为三个元件的功率之和，e p = p = 只+ 岛+ 足 ， = u n i s 9 + u w i b c o s + u “i ；c o s 带玲争 l 罱：高： 矧 上 = 1 ；f _ k j 1 广 b j j r k a j c 图3 5 三相四线有功电能表与电压、电流互感器联合接线及相量图 文献 1 8 1 9 中提到直接接入或经互感器接入的三相四线电能表错误接线方 式在5 0 5 5 - 1 2 6 5 5 种之间。结合图3 3 分析可以发现，产生如此多种接线方式的原 因是p t 和c t 的接入。如果将着眼点放在电能表上，以流入电能表的电量来重新划 分接线方式，就可以极大地化简接线方式的种类。 在实际接线中： 1 电能表a b c 电压端子及中性线端子可能接入的电压信号的组合有8 种：a b c n ， a c b n ，a b n c ，a c n b ，a n b c ， a n c b ，n a b c ，n a c b 。 2 电能表电流端口可能接入的电流信号的相别组合方式有6 种，如表3 5 所示， 由于每相电流信号存在正反接两种情况，电流信号的极性组合有8 种，如表3 6 所示，则电能表电流端口可能接入的电流相别及极性的组合方式有6 x 8 = 4 8 种。 三相四线电能表可能出现的接线方式的种类等于电压端子可能出现的接线种 类与电流端口可能出现的接线种类的乘积。因此，三相四线电能表可能出现的接线 方式共有8 4 8 = 3 8 4 种，其中3 8 3 种是错误接线。 表3 5 三相四线制电流信号的相别 塑量厶：盘!生1 1 i i bi c 2l bi c i a 3 l ci18 4 llc1 8 5l bl i c 华北电力大学硕士学位论文 表3 6 三相四线制电流信号的极性 塑呈厶：生：生： 1+ 2一+ 3- i -一+ 4+ 一 jl 上 l 注：“+ ”表示电流正极性接入，“一”表示电流反极性接入。 3 2 2 三相四线制电能表的接线方式判别方法 3 。2 2 1 三相四线制接线的电压、电流特征分析 结合相量图分析电压端子的接入情况，如表3 7 所示。a r g 乩+ + 和a r g + u c 的组合共有8 种，对应于电压端子可能接入的8 种电压信号，因此根据a r g 玑+ 和 a r g 的组合，可以区分8 种电压端子接入情况 表3 7 三相四线制电压接入情况 编号电压端子越 ：| u ；越 ；| u i 1a b c n 1 2 0 。1 2 0 。 2 a c b n- 1 2 0 - 1 2 0 。 3a b n c 6 0 。 3 0 。 4a c n b 6 0 。 3 0 。 5a n b c 3 0 3 0 。 6a n c b 3 0 。3 旷 7n a b c 3 0 。6 0 。 8n a c b 3 0 6 0 结合相量图分析电流端子的接入情况，如表3 8 所示。a r g l 厶+ 和a r 9 0 七的 2 1 华北电力大学硕士学位论文 组合共有8 种。根据a r g l b 和a r g l a ，七的组合可以将4 8 种电流端子接线划分成 8 种情况，每种情况包含6 种电流接线。 表3 8 三相四线制电流接入情况 编号电流端子 a r 9 1 a i 艇g i ；| l ： l i b i c ，1 8 i c i i c i 1 8 l1 2 0 。1 2 0 。 一i 一i b i c ，一1 8 一i c i ，一i c i 一i n 】 ib i c ，1 8l c l a ，i ci 一1 8 21 2 0 。 一6 0 。 一i 一l bi c ，一l8 一i ci t 一i c i a lb l a l c l 3 ，1 8 一i l c ，i c i b i ， 36 0 。6 0 。 一i i c i b ，一i b i 一i c ，一i c l 8 一l i 一l c l b ，ib i t i c ，l c l b l a ， 46 0 0 一1 2 0 。 一la i cl b 一i 8i a l c t l ci8i i 一i b l c ，ib 一1 c i ，i c i 一i b ， 5 一6 0 。 1 2 0 。 一i a l 8 i c 一i b i c l 一i c i i b l a i8 i c ，i8 一i c i ，i c i a l b ， 66 0 。一6 0 。 一l t i b i c t ibi c i ，一i ci a 1 8 i i c 1 8 1 8 i 一i c i c l 8 一i a ， 7 一1 2 0 。 6 0 。 一i 一i c i b ，一1 8 一i i c 一i c ib l i i c i b ，1 8 i i c ，l c l8 i t - 8一1 2 0 。一1 2 0 。 一i 一i c i b 一i b i 一l c ，一i c lb i 3 2 2 2 三相四线制接线的分组 1 按照电压相位特征可以将3 8 4 种接线分为8 个大组： a ) 满足条件a r g u = 1 2 0 j 且a r g u s u c = 1 2 0 。艿的为第l 大组，包 括电压端子接线为a b c n 的4 8 种接线。 b ) 满足条件a r g v , + = - 1 2 0 。：t ：8 且a r g ，叮= - 1 2 0 占的为第2 大组， 包括电压端子接线为a c b n 的4 8 种接线。 c ) 满足条件a f g 叱= 6 0 。sj a r g 叮u c = _ 3 0 。6 的为第3 大组，包括 电压端子接线为a b n c 的4 8 种