（电气工程专业论文）01级电能表现场校验仪的研制.pdf

查! ! 查生塑主堂堡垒查 塑墨 t h er e s e a r c ho fo 1g r a d et h r e e p h a s ep r o g r a m m a b l e w a t t h o u rm e t e r a b s t r a c t e l e c t r i ce n e r g yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n te n e r g y , i nt h em o d e ms o c i e t ye l e c t r i c e n e r g yh a sb e e na p p l i e dt ot h ev a r i o u sf i e l d so ft h es o c i e t yp r o d u c t i o na n dt h e s u b s i s t e n c e i t sa p p l i c a t i o nh a sc a u s e dr e f o r m si nt h ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g y w a t t - h o u r m e t e ri st h em a i ni n s t r u m e n to fe n e r g ym e a s u r e m e n ta n de c o n o m i cs e t t l e m e n t i t s v e r a c i t yd i r e c t l ya f f e c t st h ee c o n o m yb e n e f i to ft h ec o u n t r ya n dt h ec o n s u m e r s t h e p r e c i s i o na n dt h eo p e r a t i n gm o d eo ft h ew a t t - h o u rm e t e r sc a l i b r a t o rh a v eg r e a te f f e c t s o nt h ew a t t - h o u rm e t e r sc a l i b r a t i n gw o r k t oi n s u r et h ew a t t - h o u rm e t e r sv e r a c i t y , t h e n a t i o n a lm e a s u r e m e n ti n s t i t u t ei si nc h a r g eo f t h ew a t t h o u rm e t e r sc a l i b r a t i n gw o r k t h i sd e v i c ei sm a i n l yd e s i g n e dt os o l v ev a r i o u sk i n d so fp r o b l e m se x i s t e dw h i l e t h ee l e c t r i ce n e r g ym e t e ri sa p p l i e dt ot e s ta tt h el o c a l ei no u rc o u n t r y , i t sa c c u r a c yi s0 1g r a d e t h ed e v i c ec a r lb eu s e dt oc a r r yo na u t o m a t i ca n dm a n u a lc h e c k - u pt oa l lk i n d s o fs i n g l et h r e ep h a s e se l e c t r i ce n e r g ym e t e r u n d e ro 5g r a d e s t h em a i np r o d u c tc h e c kg a u g eo fe l e c t r i ce n e r g ym e t e ro nt h em a r k e ta d o p t sd s p t ob ed e s i g n e da tp r e s e n ta n di t sc o s ti sr e l a t i v e l yh i g h w ea d o p tt r a d i t i o n51s c m c o m b i n i n gh i g h a c c u r a c ye l e c t r i ce n e r g ys a m p l ec h i pc s 5 4 6 0t od e s i g n o u rp r o d u c t h a v ek e ：p tt h eb a s i cf u n c t i o no fm a i np r o d u c to nt h em a r k e ta tp r e s e n t ：c h e c k i n gm e t e r l o n g d i s t a n c e ，s h a r i n gd a t at h r o u g ht h eb u sa tt h es c e n e ，j o i n i n gt h ei n t e r n a t i o n a l n e t w o r k ，a p p l y i n gc e n t r a l i z e dm a n a g e m e n tt oc o m p u t e ri n t e r f a c ec e n t r a l i z e de t c ，a n d h a se f f e c t i v e l yr e d u c e dt h ec o s to fg o o d s ，h a sm a d et h ea d v a n t a g eo fp r i c e s i th a s d e f i n i t em a r k e t i n gp r o s p e c t s w h e ns o l v i n gt h ep r e c i s i o no fs a m p l i n gi no u rd e s i g n ，w ea p p l i e dt h em e t h o do f a d o p t i n gl e a s ts q u a r em e t h o da n dd a t at of i te t ci nt h ec o n t r o l l e rp r o c e d u r ei no r d e rt o i m p r o v et h ep r e c i s i o no f o p e r a t i o n k e yw o r d s ：s t a n d a r tm e t e r ，t h es p o tv e r i f i c a t i o n ，t h ec h e c ki n s t r u m e n to fe l e c t r i ce n e r g y w a t c h ，v e r t o ra n a l y s i s i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：撕 日 期： 矽f 8 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名： 日 期：j 目、 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北火学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 电能表是属于依法管理的、执行强制检定的工作计量器具的范围，其给出的电 能量傣准确与否，随接涉及到节能和经济结算。因j 琏：，长期以来电能计量器具的 法制管理一直受到阑家有关部门的极大重视。在我国，确保电能表准确性的工作 是由国家质量技术监督系统来完成的。为了加强对电能表的计量管理，国家技术 监督周颁布了“j j g 5 9 7 8 9 ”交流电能表检定装置计爨捡定规程来规范校验装置 的设计、生产、使用、检测等工作。为了加强对电能表现场校验时的规范管理， 国家技术j j 董螫局颁蠢了“j j f l 0 5 5 9 7 ”交流邀能表现场校准技术规范攥程来规 范电能表的现场校验。 1 1 电能表现场测量的意义 1 1 1 电能表测量的必要性 ( 1 ) 为了防止供电公司利熬受损。在供彀公司绘用户提供电力的同时，要确 定其最大的经济效赫。在电力生产和传输的巨大投资中，最终结柒是通过一个低 成本豹电能表对用户计收电费。一块误表或电能表安装等方面的阀题，可能母致 供电公司的缀济损失。因此一块低价值误表可能导致供电公司付出昂贵的代价。 ( 2 ) 保护用户豹利益。用户有权了解所装仪表的精度，以使所付的电费公平， 合理。 1 1 2 电能表测量的测量领域 为了同时满足电力部门和用户双方的利益，有两种主要的测最领域。 ( 1 ) 薪仪表和轮换豹电能表由实验室测爨。 ( 2 ) 现场安装电能表并测试电能袭。这是供电公司对电能表检定最后一种方 式。 对运行中的电能表，特别是大的电力用户和计摄电量重要的电能袭，都要定 期进行现场校验。这是我国电力部门一直贯彻执行的制度。 1 1 。3 电能表现场校验仪现场测量电能豹必要性 电自计量装置是进簿电能交易的“稃”，供用电双方都缀重撬。电能计量是否 准确，不只取决于电能表，还与电流互感器、电压甄感器的误差、电压互感器二 次压辩以及计量目貉接线是否正确密切相关，其中接线芷确桎的影晴尤为关键， 特别在有人为蓄意窃电时更是如此。所以电能计量误差的现场测定和电能计量接 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 电能表是属于依法管理的、执行强制检定的工作计量器具的范围，其给出的电 能量值准确与否，直接涉及到节能和经济结算。因此，长期咀来电能计量器具的 法制管理一直受到国家有关部门的极大重视。在我国，确保电能表准确性的工作 是由国家质量技术监督系统来完成的。为了加强对电能表的计量管理，国家技术 监督局颁布了“j j g 5 9 7 8 9 ”交流电能表检定装置计量检定规程来规范校验装置 的设计、生产、使用、检测等t 作。为了加强对电能表现场校验时的规范管理。 国家技术监督局颁布了“j j f l 0 5 5 9 7 ”交流电能表现场校准技术规范规程来规 范屯能表的现场校验。 1 1 电能表现场测量的意义 1 1 1 电能表测量的必要性 ( 1 ) 为了防止供电公司利益受损。在供电公司给用户提供电力的同时，要确 定其最大的经济效益。在电力生产和传输的巨大投资中，最终结果是通过一个低 成本的电能表对用户计收电费。一块误表或电能表安装等方面的问题，可能导致 供电公司的经济损失。因此一块低价值误表可能导致供电公司付出昂贵的代价。 ( 2 ) 保护用户的利益。用户有权了解所装仪表的精度，阻使所付的电费公平。 合理。 1 1 2 电能表测量的测量领域 为了同时满足电力部门和用户双方的利益，有两神主要的测量领域。 ( 1 ) 新仪表和轮换的电能表由实验室测量。 ( 2 ) 现场安装电能表并测试电能表。这是供电公司对电能表检定最后一种方 式。 对运行中的电能表，特别是大的电力用户和计量电量重要的电能表，都要定 期进行现场校验。这是我国电力部门一直贯彻执行的制度。 1 1 3 电能表现场校验仪现场测量电能的必要性 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，不只取决于电能表，还与电流互感器、电压互感器的误差、电压互感器一 次压降以及计量回路接线是否正确密切相关，其中接线正确性的影响尤为关键t 特别在有人为蓄意窃电时更是如此。所以电能计量误差的现场测定和电能计量接 特别在有人为蓄意窃电时更是如此。所以电能计量误差的现场测定和电能计量接 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 线的检蠢就成为必不可少的王作。电能表现场校验仪就是为适应逸一需求悉应运 而生。 1 2 电能表检定装置的发展 电能表检定装置作为一个综合计量装置是由许多仪器仪表和常规电器所组成 的。因此，很难以其中使用的某个仪表的特征来划分年代。大致上讲电能表检定 装置的发展经历了从“电工型”检定装置到“电子型”检定装置再到“程控型” 梭定装羲的发展过程。 1 2 1 “电工型”检定装置 “电工型”检定装置可以说是电能表检定装置发腥的第一个阶段，六、七十 年代使用最为广泛。傻点是维构筒单，便于维护，输趣功率大，便于大意滚输出 设计。但也有缺点：综合指标低，电压、电流移相调节细度差，一般采用跨相式移 楣，这样三招校验台需要配三相稳篷电源供电，移檑变纯率不易达到国家规定要 求；输出的电流、电压信号，频率，波形均取决于市电，难以满足规程要求。操作 员的劳动强度也较大。从七十年代初期开始这种检定装置不断地弓l 入新技术，如 采用光魄传感器代替人工记数，改变电压回路、感应式移相器的接法减小噪声， 降低波形失真度等等使“电工型”检定装置也在不断的完善。然而，新烈电子技 术的不断发展必将使“电工型”捡定装鬣退出了捡定装置的历史舞台，取嚣代之 的是“电子型”检定装置。 1 2 2 “电子型”检定装置 从八十年代开始，电子技术正以前所未有的速度快步向前发展，电能表检定装 置也在不断的从中摄取营养，如：园家精密仪器用互感器技术已经成熟，显示仪表 也向数字式仪表发展等。自八十年代中期起校骏装置普遍采用了微机技术，有系 统机，荦叛枫和单片撬。事实上所谓的“毫予梨”是攫采震电子技本产生单、三 相正弦交流信号加以功率放大，其相位、频率、幅度的调节往往在“弱电”部分 完成。其优点悬输出波形葳量好，输出稳定度高，大大降低了操作人品韵劳动强 度。易实现操作程控化；缺点是电路故障率高，大功率输出较困难。八十年代后期 较普遍采用“数字波形合成”原理的“电子型”检定装置己成为现在的主流产品。 其综合性e 大大优予“电工型”检定装暨。 1 2 3 “程控型”检定装置 现在，计算机技术突飞猛进的发展和应用给仪器仪表带来了深刻的影响。从 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 把微处理器引入仪器的设计中产生了智能仪器到在个人计算机上发展出的计算机 仪器，再到现在由计算机技术、仪器技术、以及通讯技术三者相结合形成的新兴 仪器技术的兴起，所有这些都给检定装置的发展提供了一个新的方向“程控型” 检定装置。 “程控型”一般是在“电子型”的基础上实现操作程控化甚至全自动化。即只 须置入相应的一些参数，操作一次或几次键盘即可完成整个检定过程，并打印出 检定结果。“程控型”检定装置充分利用了计算机强大的硬件资源和广泛的软件支 持，具有计算精度更高，速度更快，同时可以排除人为误差干扰等优点。“程控型” 检定装置具有以下几个特点： ( 1 ) 将电能表的检定和管理联系起来，作到一次完成。 ( 2 ) 减轻操作人员的劳动强度，提高工作效率，检定数据由计算机处理。 ( 3 ) 投资少，见效快，适合计量部门、电力系统等使用，可以使电能表的检 定和管理水平提高一大步。 1 3 课题简介 电能是当今世界上最重要的能源之一，它的计量准确与否直接关系到国家与 人民的经济利益。对o 5 级及以下等级的电能表进行现场检定和测试按国家计量检 定规程j j g 5 9 7 8 9 交流电能表检定装置和j j g 5 9 6 8 9 电子式电能表检定规程 要求使用0 1 级以上的现场校验装置。 本装置主要为解决我国电能表检定在现场试验时所存在的各种问题设计的， 该装景准确度为o 1 级，能对0 5 级以下各类单三相交流电能表进行自动和手动校 验。 目前市场主流产品的电能表校验仪均采用d s p 设计，成本较高。本设计采用 传统5 1 单片机结合高精度电能采样芯片c s 5 4 6 0 设计。保持了目前市场主流产品 的基本功能：远程抄表、通过工业现场总线共享数据、连接国际网络、与计算机 接口集中管理等。并有效降低了产品成本，取得价格优势。有一定的市场推广前 景。 同时本设计在采样精度的处理上，在控制器程序中采用最小二乘法和数据拟合 等方法，提高运算精度。 查! ! 叁堂堑主堂垡论文 第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 第二章电能表现场校验仪研制的基本理论 2 1 电能表的检定方法 电能表的检定方法分为两种：一种是“瓦秒法”，另一种是“标准表法”，下面将 具体的讲述这两种方法。 2 1 1 瓦秒法 “瓦秒法”即用标准功率表测量调定的恒定功率，同时用标准测时器测量 被检表累计电能所需的时间，这个时间与恒定功率的乘积为实际电能值，再与被 检电能表所累计的电能值相比较，即可确定被检电能表的误差。瓦秒法的特点就 是直接对功率和时间进行测量得到电能值。用瓦秒法检定电能表时，标准测时器 对时间的测量误差百分数应不大于标准表准确度等级的1 2 0 。同时还要恰当的选 择标准测时器计读时间，要有足够多的读数，使得由末位改变1 个字所引起的计 读时间误差不超过准确度等级的1 l o 。 “瓦秒法”较多用于六、七十年代以前，主要是当时没有高精度标准电能表， 现在基本上都不用瓦秒法了。其主要缺点有如下两个方面： ( 1 ) 检定时对功率源输出稳定性要求高，以0 0 2 级检定装置为例，“瓦秒法” 要求负载功率稳定度为0 0 0 3 ，而“标准表法”为o 0 4 【2 1 。 ( 2 ) 控制测量时间的准确性比较困难，特别是早期采用“手动”控制更容易 出现附加误差。 “瓦秒法”的具体测量方式如下： ( 1 ) 定时测量法 记下在标准测时器测定的一段时间内被检表累计的电能值，用式( 2 i ) 计算出被 检表的相对误差y ( ) 。 y = ( w - p t ) 1 0 0 ，p t + y w( 2 1 ) 式中：y w 一标准功率或检定装置的已定系统误差( ) ，不须修正时yw 一0 ； 卜标准功率表测得的恒定功率值( w ) ； t 标准测时器测得的时间( s ) ； w 一被检表显示的电能值( j ) 。 若标准功率表经外配电流、电压互感器接入，则式( 2 1 ) 中的p 要乘以电流、电 压互感器的变比k i 、k u 。若被检表( 或标准功率表) 的倍率丌关不是在+ 1 档，则式 ( 2 1 ) 中的w ( 或p ) 应乘以倍率k f 。 东北大学硕士学位论文 第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 ( 2 ) 定低频脉冲数( n ) 测量法 当用固定低频赫j 串数( n ) 测量时间的“瓦秒法”检定时，被检表的相对误差y ( 呦按式( 2 2 ) 计算。 y = ( t 1t ) 1 0 0 t + y w ( 2 + 2 ) 式中：y 。标准功率表或检定装置的已定系统误差( ) 。不须修正时y 。一0 ； t 一实测时润( s ) 。即被检表在恒定功率下输出n 个低凝脉冲孵标准i 匿| | 时器测定的时间。 t 一算定时闻( s ) 朝假定被检表没有误差时，在恒定功率下输出n 个低 频脉冲所须的时间，按式( 2 3 ) 计算。 t = ( 3 6 1 0 6 n ) ( c l p )( 2 3 ) 式中n 一选定的低频脉冲数。 c i 。一被检表的低频脉冲常数p l k w h ) 。 2 1 2 标准电能表法 “标准表法”即将标准表测得的电熊与被捡表测得的电能相眈较，来确定被 枪表的相对误麓。 ( 1 ) 定对比较法 在特定的一段时间“s ) 内，分别谶下标准表和被检表累计的电能值，用式( 2 4 ) 计 算出被梭电能表的相对误差y 惭) 。 y = ( w4 w ) 1 0 0 w + y0 ( 2 4 ) 式中：y 。_ 一标准表或检定装置的已定系统误差( ) ，不须修正时y 。- 0 ； w 1 一被检表显示的电能假( j ) ； w 一标准表湿示的电能值( j ) 。 著标准表经外配电漉、电压互感器接入，则式( 2 4 ) 中的w 要乘以电流、 嘏 压互感器的变比k lk l u 。蓿标准衷( 或被枪表) 的倍率开关不是在+ 1 档，则式( 2 4 ) 中的w f 或w 1 ) 应乘以倍率繇。 ( 2 ) 定低频脉冲数( n ) l l 较法 当糟被检表输出一定的低频黥冲数( n ) 停住标准表的方法检定时，被检表的相 对误差y ( 呦按式( 2 5 ) 计算。 y = ( w o - w ) 1 0 0 ，w + y0 ( 2 5 ) 东北大学硕士学位论文 第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 式中yo 一标准表或检定装置的已定系统误差，不需修正时y 。= 0 ： w 一实测电能值，即标准表累计的电能值( j ) ； w o 一算定电能值，被检表在没有误差运行下，输出n 个低频脉冲 时，标准表应累计的电能值( j ) 。按式( 2 6 ) 计算。 w o = ( 3 6x 1 0 。) n o c l 0 ( 2 6 ) 式中c l 0 _ 一标准表的低频脉冲常数； n 0 _ 一算定脉冲常数，按式( 2 7 ) 计算。 n o = ( c l 0 n ) c l k i k u( 2 7 ) 式中c 厂被检表的低频脉冲常数( p l k w h ) ： k 1k u 一标准表外接的电流、电压互感器变比。当没有外接电流、电压 互感器时，k ik u 都为1 。 ( 3 ) 高频脉冲数预置法 原理：在标准表与被校表都在连续运行的情况下，计读标准表在被校表输出n 个低频脉冲时输出的高频脉冲m ，做为实测高频脉冲数，再与算定( 或预置) 的 高频脉冲数相比较，计算被校表的相对误差r ( ) r = ( m o m ) m 1 0 0 + t o ( 2 8 ) 式中：r 0 - 一标准表或校准装置在运行条件下的已定系统误差( ) ，不需修正时， r o = 0 m 一实测高频脉冲数 m 旷一算定( 或预置) 高频脉冲数计算公式： m o = c h o n c l k i k u( 2 9 ) c h 0 _ 一标准表高频脉冲常数( p h & w h ) c l _ 一被校表的低频脉冲常数( p l k w h ) k i 和k u 一标准表外接的电流互感器和电压互感器的变比。没有外接电流、电 压互感器时，k i 和k u 都等于l 。 2 2 电能表现场校验仪的工作原理 当今的现场校验仪正向着高精度、多功能、小型化、智能化方向发展，但其 基本功能一电能表( 或电能计量综合误差) 现场校验和接线检查两大功能并未改变。 电能表现场校验仪的工作原理是由它的两大功能电能计量误差的现场测定和 电能计量接线的检查决定的。要测量电能误差，就要求它首先是一个标准电能表， 而且要方便现场操作；要进行接线检查，就要求它能进行向量分析，显示向量图， 识别线路相别。所以电能表现场校验仪是标准电能表与向量分析软件的结合。 东北大学硕士学位论文第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 2 2 。l 电能表现场按验仪现场校验电能表的误差覆理 关于用电能表现场校验仪现场校验电能表的误差这里采用标准表法中的高频 脉冲数预置法。 原理：在标准表与被校表都在连续运露的憾况下，计读拇准表在被校表输出n 个低频脉冲时输出的高频脉冲m ，做为实测高频脉冲数，辩与算定( 或预置) 的 高频脓冲数相陡较，按式( 2 8 ) 、式( 2 9 ) 计算被校表豹相对误差r ( ) 2 2 。2 电能表现场校验仪电能计量接线检查原理 传统的接线检查是通过作“六角图”的方法来实现的，这种方法操作复杂， 费时费力，还要求测试入掇吴有较高的电工理论水平和丰富的工作经验，难度较 大。 当今的电能表现场校验仪操作非常方便，只要按仪器上的标志接好线，就可 以显示各相趣压、电流的相位鄢相位差，并显示向量图，报告接线识别结果。不 仅具备检查接线是否正确的这些糕本功能，还能通过配套的计算机软件计算差错 电量，傻翅极为方便。进行接线谈别就是确定三穗电压、毫滚之阍的相位关系。 向量的位置是由其初相角决定的，初相角就是向量与参考向量之间的夹角，沿逆 时针方向为正。向薰之间的相位关系与参考向爨的选择无关。通常选择u a 作为参 考向量，其初相角为0 。以对称三相四线电路为例，假定功率因数c o s 巾= 0 5 l ( 即 q b = 6 0 0 感性) ，则各相电压、电流的初相角如式( 1 ) 、( 2 ) 所示，负载阻抗角如武 ( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 ) 赝示，向爨图如图2 。1 所示。 中u a = 0 0 m u b = 2 4 0 0 中u c = 1 2 0 ( 1 ) 牵i a = 3 0 0 0 审瑭= 1 8 0 0 母i c = 6 0 0 ( 2 ) 中a = 巾u a - 由i a = 0 03 0 0 0 = 3 0 0 0 = 6 0 0 ( 3 ) 由b ；由u b 审i b = 2 4 0 1 8 0 0 = 6 0 0 ( 4 ) 巾c = 由u c 由i c = 1 2 0 0 6 0 0 = 6 0 0( 5 ) 假定功率因数c o s 中o 5 c ( 即巾= 6 0 0 容性) ，三相电压的相位同上，电流的初 耜角如式( 6 ) 所示，受载阻抗角如式( 7 ) 、( 8 ) 、( 9 ) 所示，零2 。2 是其向量图。 中i a = 6 0 0 ( b i b = 3 0 0 0 ( b i c = 1 8 0 0 ( 6 ) 由a = q b u a - 由l a = o o 6 0 0 = 6 0 0 ( 7 ) 巾b = c u b 由i b = 2 4 0 0 3 0 0 0 = - 6 0 0 ( 8 ) 中c = 由u c 中i c = 1 2 0 。一1 8 0 6 0 0 ( 9 ) 东北大学硕士学位论文第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 “。 + ，。、k 6 q ，。 ”赢：# 7 7f 、。、 也 r 咿d 。 ，。 图2 1c o s 巾= 0 5 l 向量图图2 2c o s 巾= 0 5 c 向量图 f i 吕2 1c o s 币= o 5 l v e c t o r d i a g r a mf i g 2 2 0 0 s 币= 0 5 c v e c t o r d i a g r a m 由图2 1 和图2 2 可见，当功率因数为0 5 l 和0 5 c 时，电流向量与相邻电压向量 之间的夹角相等，都等于6 0 0 。当功率因数在0 5 l 和0 5 c 之间变化时，电流向量 总是处于同相电压向量+ 6 0 0 的范围之内，各相电压、电流向量不会出现位置交叉 的情况。电能表现场校验仪就是根据这一关系来识别接线。它将接到校验仪u a 端 子上的电压作为a 相电压u a ，并以u a 作为参考向量，然后测量接到其他电压端子 和电流端子上的电压、电流的相位( 即与u a 的相位差) ，根据式( 1 ) 识别其他两 相电压( 日p u b u c ) 。电压相别确定之后，比较各相电压、电流的相位，将夹角不大 于6 0 0 的一对电压、电流确认为属于同一相，从而确定电流相别。当功率因数c o s 由接近0 5 l 或0 5 c 即中m + 6 0 0 时，由于校验仪的相位测量误差和分辨力的限制， 可能会出现判断错误。为此，校验仪规定了使用条件，要求用户确定功率因数是 否在0 5 7 l 与0 5 7 c 之间，即一5 5 2 5 0 中+ 5 5 2 5 0 ：或者在0 l 与0 4 3 l 之间，即9 0 0 巾6 4 7 5 0 ；或者在o c 与0 4 3 c 之间，1 1 口6 4 7 5 0 由9 0 0 。当巾一6 0 0 时，会 出现死区。功率因数超出此范围的情况较少，所以不能正确判断的几率很小。 三相四线电路各相的内在性质是没有区别的，相别a 、b 、c 纯粹是人为命名 的，校验仪无法一一对位识别它们，但可以识别它们之间的相位关系，而影响电 能计量结果也只是这种相位关系。校验仪认定接到它的u a 端子上的电压就是a 相 电压( 也可以认定其他相电压) ，然后根据其他相电压、电流与此电压的相位关系 确定其相别。也就是说，如果接到u a 端子上的电压不是a 相电压，那么识别出 的各相电压、电流的相别也都会与实际相别不同，但是超前滞后的关系不变。例 如，假定接到校验仪端予上的实际电压是u b ，而被识别为u a ，则实际的u a ，u c ， i a ，i b ，i c 不管如何接入校验仪，都将依次被识别为u c ，u b 。i c ，i a ，i b ，相别全 部向超前方向移动一位。 东北大学硕士学位论文 第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 2 2 2 1 校验仪的接线检查基本要求 为了进行接线检查，现场校验仪一般应具备以下基本功能： ( 1 ) 显示三相电压、电流向量图。 ( 2 ) 显示三相电压、电流的相位和相位差。 ( 3 ) 识别三相四线电路和三相三线电路常见各种可能的接线方式，给出三相 电压、电流相别和电流极性识别结果。 2 2 2 2 接线识别结果显示 现场校验仪的接线识别结果显示方式各有不同，但应包含以下内容： ( 1 ) 指明实测值为零的电压、电流的相别。 ( 2 ) 给出各相电压、电流线路的相别及电流的极性。 下面以本装置为例，介绍接线识别结果显示方式。 图2 3 三相四线电路缺相识别结果 f i g 2 3t h r e ep h a s ef o u r - w i r ec i r c u i tl a c k st oa c q u a i n tw i t hd on o tr e s u l t 图2 4 三相四线电路正确接线识别结果 f i g 2 4t h r e ep h a s ef o u r - w i r ec i r c u i ta c c u r a t ew i r i n gr e c o g n i t i o nr e s u l t 图2 5 - - 相四线电路错误接线识别结果 f i g 2 5t h r e ep h a s ef o u r w i r ec i r c u i tb u gw i r i n gr e c o g n i t i o nr e s u l t 2 2 3 接线识别结果分析 在三相四线电路和三相三线电路中，究竟可能出现多少种接线方式? 理论分 析表明，数量相当巨大。当然其中只有一种是正确的。所幸的是，在理论上存在 的所有可能性中，由于受到其他因素的限制，大部分是不可能出现的。下面分析 实际存在的可能性。 查些墨堂堡生芏垫选 第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 2 。2 。3 + 1 三相鞠线电路识粥结栗分析 在三相鼹线电路中，一般认为火线与零线不会发生颠倒，因为如果发生颠倒， 将导致加到电能表菜两相的电压从相电压提高到线电压，遂将造成严重后果，不 会留待接线检查来解决。强愿不必将此壤况列入接线识别藏围内。 接到测试仪u n u b u c 输入端都有u au b u cw u a - u b - u c 6 种可能，因此电压接线 方式可能有6 x 6 6 = 2 1 6 稀；接到擦试仪i a 、i b 、k 输入端都有王a b 差c i a 1 b 1 c6 种 可能，这样，电压电流接线方式可能商2 1 6 x 2 1 6 = 4 6 6 5 6 种，其中只有一种接线是 正确的，其余都是错误的。 如前所述，校验仪通常以接到其u a 输入端的电压输入斌的电握作为纂准，只 要各相电压、电流之间的相位关系相同。( 超前或滞后的角度相间) ，不管接到 u a 端予上的电压是u a ，还是u b 、u c 、* u a ，- u b 、一u c ，识别结采都是辖网的，弓| 起的差错电量也是相同的，识别结果共有6 6 x 2 1 6 = 7 7 7 6 种，代表着4 6 6 5 6 种接线 方式。 其实，上述接线方式中的多数也只是理论上存在，实际上是不可能出现的。例 如，其中的电压反极性错误( u a ，u b 、u c ) ，必然是由电压互感器二次绕组或 电源变压器低压绕维( 无电压互感器时) 极性接反引起的，这将造成严豢后果， 所以在进行电能计量接线检查时，这种错误是不可能出现的，所以电压接线方式 只有3 x 3 x 3 = 2 7 静，怂的接线方式只有7 2 1 6 = 5 8 3 2 荦申，识别绪果共存3 x 3 2 1 6 = 1 9 4 4 种。 关于其他因素，分以下两种情况进行分析。 ( 1 ) 如果检查的目的是发现窃电，上述5 8 3 2 ：种接线都有可能出现，检查后可 出现1 9 4 4 种识别结果。 ( 2 ) 如果检查的目的是发现安装时的接线错误，则情况比较篾单。因为此时 只可能出现相别颠倒的情况，不可能出现不局相电联端子接同一电压，不同相电 流回路接同一电流的情况。也就是说，接入u a ，u b 、u c 、端子的电蘧既不可熊出 现负极性，也不可熊出现相别重复的情况，而只可能出现三种难相序电压和三种 负相序电压，共6 种方式。接入i a i b i c 端予的电流也不可能出现相别重复的情况，接 线方式应为( h 或奴) 、( b 或1 b ) 、( 1 c 或1 c ) 三组的排列，共2 x 2 x 2 x a 3 3 = 4 8 种， 式中a m 州表示在m 个元素中取n 个的排列。电压、电流总的接线方式有6 x 4 8 = 2 8 8 种，鼋；! 别结粜共有2 x 4 8 = 9 6 种。也蒇是说，一种识剐结果可能是囊三静不同的原因 造成的，但它 f t j 弓l 起的差错电量是相同的。要想找到唯一的原因，只有在进行接 线识剐前，先确认a 相电压。 上面分析的是有互感器的情况，对于无互感器的三相l q 线电路，接线识别十 东北大学硕士学位论文第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 分简单。因为总共只有四摄线，奄滤就是从电压线上流过豹，踬以同援线上豹 电压、电流肯定同相。线路上的电流也不可能反向，因此等于只对电压线路进行 识别。如采认为不会出现桶剐重复的情况，刚有6 种接线方式，识羽结桑只有两种。 2 。2 3 2 三相三线毫路识别结果分柝 由于电力系统和重要电力用户的电能计量装置都属于高压三相三线有功电能 计量，所以重点分析这种计量方式下的错误接线情况。 三相三线接线识别前废先确认无l b 接入，电压豆感器二次绕组的极性没有接 反。如果不考虑相别重复的情况，电压的接线方式有u a b cu b c a u c a b u a c b u c b a u b a c 共6 种。电流接线方式有( 至a ，至c ) ( i a 毽) ( i a + 一i c ) ( 一i a 王c ) ( i c i n ) ( i c ，| a ) ( i c ，i n ) ( i c i a ) 共8 种。总的接线方式有6 x 8 = 4 8 种，不仅能识别相序，而且能 定相，这是与前面提到的识别前的先决条件有关。 对于无互感器的三相三线电路，接线识别比较简单。与无互感器三棚四线电 路相似，接线方式与识别结果都只有6 种，即正相序3 种，负相序3 种。 2 3 电能表现场校验仪的组成 电能表现场校验仪是一种利用以j ! ：原理及方法对电能表进嚣现场校验的装 置。根据计算电量的公式以及上述的两种方法，电能表现场校验仪应由下述基本 设备组成。采用“实负荷”法。其体设备组成如圈2 6 掰示： ( 1 ) 标准电能表由于精度的要求，还须增加： ( 2 ) 精密标准电压互感器( p t ) 和精密标准电流互感器( c t ) 以及相应的转换开关 使标准功率袭或标准电能表不管被检表在任何量限下都能工作在额定电压和额定 电流之下以保证有足够的准确度。 ( 3 ) 殛板 ( 4 ) 开关电源，电源保护板 ( 5 ) 保护电路 ( 6 ) 电流互感器 ( 7 ) 液晶采用大屏幕液晶显示，内容清楚明了，操作简单直观。 ( 8 ) 主扳 查j ! 叁茔塑主堂堡垒叁 第二章电能表现场检定装置研制的基本理论 图2 6 仪器组成框图 f i g 2 6i n s t r u m e n tc o m p o s i t i o nb l o c kd i a g r a m 2 4 电能表现场校验仪的技术要求 根据j j g1 0 3 6 9 3 交流电能表检定装置试验规范，j j f l 0 5 5 9 7 交流电能表 现场校准技术规范规程中的相关条款 1 、标志 装置上的标志应符合国家标准或有关技术条件的规定。 2 、结构 ( 1 ) 现场校验仪必须具备运输和保管中的防尘，防潮和防震措旌，且附有分度 值为1 的温度计； f 2 ) 现场校验仪和试验端子之间的连接导线应有良好的绝缘，中间不许有接 头，防止工作中松脱；亦应有明显的极性和相别标志，防止电压互感器二次短路， 电流互感器二次开路，以确保人身和设备的安全。 3 、装置的误差 ( 1 ) 装置的误差是指装置在标称工作条件下的测量误差，由试验确定。 ( 2 1 各级装置的测量误差应不超过表2 1 中的规定值。 ( 3 ) 如果使用中的装置测量误差超过表2 1 中的规定值，但未超过规定值的两倍 东北大学硕士学位论文 第二章电能表现场捡定装置研制的基本理论 时，必须用装置的( 或工作标准表) 已定系统误差修正检定结果。 ( 4 ) 电能校验仪的准确度等级和对电能的测量误差如表2 2 规定： 4 、标准偏差估计值 在装置的常用量限，对被测电能量不少于5 次的重复测量时，其测量结果的标 准偏差估计值s 不应超过表2 3 规定值。 表2 1 以百分数表示的允许误羔1 3 】 f i g 2 1w i t ht h ep e r m i s s i b l ee r r o rt h a tp e rc e n tm e a n 装置准确度等级 0 0 30 0 50 1o 20 5 c o s 巾= 1 o0 0 3土0 0 50 1 00 20 3 c o s 中印5 ( 感性) 0 0 40 ，0 70 1 50 30 4 5 c o s 中= o 5 ( 容性)0 0 50 ，10 20 406 s i n 中= 1 0 ( 感性或容性) 0 5 s i n 中= 0 5 ( 感性或容性) 0 7 用户特殊c o s 由= o 2 5 ( 感性) 0 10 20 40 80 1 要求时s i n 巾= 0 2 5 ( 感性) 0 1 不平衡负瞄忙l o u q 5 口斟堂 0 0 50 10 2 50 5_ - 2 1 0 、 载时如蚓o 和q 5 ( 感陆爨辩曲 1 o 注：功率因数角巾是指加在工作标准表有电流那一组元件上的电流与电压间的相位著。 表2 2 电能校验仪的准确度等级和对电能的测量误差【4 i f i g 2 2t h ea c c u r a c yc l a s ss u mo f t h ee l e c t r i ce n e r g yc h e c ki n s t r u m e n tt ot h em e a s u r e m e n t 被校验电能表的准确度等级 0 2 0 51 o2 03 0 电能校验仪准确度等级 o 0 5o 1o 2 o 30 3 电能校验仪允许的测量误差 c o s 由= 1 00 0 50 1 00 2 0 3 c o s 巾= 0 5 ( 感性)0 0 7o 1 5o 30 4 5 c o s 巾= 0 5 ( 容性) 0 10 20 4 0 ，6 s i n 巾= 1 0 ( 感性或容性) 0 10 20 4 0 5 s i n 中= o 5 ( 感性或容性) 0 1o 30 60 7 用户特殊 c o s 中= o 2 5 ( 感性)士0 2 o 4o 81 0 要求时s i n 巾= 0 2 5 ( 感性) o 81 0 不平衡负 c o s 巾= 1 0 和0 5 ( 感性)0 i0 2 50 5 1 0 、 载时 s i n 母：lo 和q5 ( 感瞄蠡靴) 1 o1 0 垒些叁堂翌主堂堡堡圭笙三主量丝查塾望丝塞鲞里堑型塑叁查墨垒 表2 3 装置的允许标准偏差估计值【” f i g 2 3e r r o ro f t h ee l e c t r i ce n e r g yt h ew a t c hp r o v i s i o n 装置类别装置准确度等级 0 0 30 ，0 5o 10 20 3 功率因数允许的标准偏差估计值 新生产的装置c o s 巾= l ，00 ，0 0 30 0 0 5o 0 1o 0 2o 0 3 c o s 巾= 0 5 ( 感性)0 0 0 4 0 0 0 60 0 20 0 30 0 5 s i n m = 1 0 o 0 5 s i n 巾= o 5 ( 感性)o 0 8 使用中的装置 c o s 中= 1 00 0 0 40 0 0 60 0 1 5o 0 30 0 4 c o s 中= 0 5 ( 感性)0 0 0 6 0 0 1o 0 20 0 40 0 6 s i n 巾= 1 00 0 6 s