电能计量装置现场校验方法探讨.doc

电能计量装置现场校验方法探讨总第43卷第487期2006年第7期电测与仪表ElectricalMeasurement&InstrumentationVo1.43No.487Ju1.2OO6电能计量装置现场校验方法探讨鲍卫东,刘冰2(1.浙江义鸟供电局,浙江义鸟322000;2.营口供电公司,辽宁营口,115100)摘要:本文给出了一种电能计量装置现场校验的方法,通过对三相电能表无功计量误差的校验,可以间接地求得其表计的有功计量误差.关键词:现场校验;无功计量误差;有功计量误差;计量误差分析中图分类号:TM933.4文献标识码:B文章编号:1001-1390(2006)07002704DiscussionOilFieldCalibrationMethodforPowerMeteringDeviceBAOWei-dongI,LIUBing(1.YiwuPowerSupplyBureauofZhejiang,Yiwu322000,ZhejiangChina;2.YingkouPowerSupplyingCompany,Yingkou115100,LiaoningChina)Abstract:TAfieldcalibrationmethodforpowermeteringdeviceisgiven.Bycalibrat?ingtheeliorofthereactivepowermetering,theerrorofactivepowermeteringcallbeindirectlycalibrated.Keywords:fieldcalibration;theerrorofreactivepowermetering;theerrorofactivepowermetering;analysisofmeteringelTor0概述电能计量装置的现场校验是利用现场校验仪在现场负荷条件下进行:(1)测定电能表的误差;(2)检查计量装置二次接线的正确性;(3)检查计量差错和不合理计量方式.与室内校验装置不同的是,现场校验仪本身不产生电压,电流,而是依据现场有功负荷产生的电压,电流来校验.当对电能计量装置进行现场校验时,现场的负荷应大于3%的额定负荷(即通过电能表的电流应大于电能表额定电流的10%,电能表的额定电流一般为1.5A),才能有效地进行现场校验,否则将对现场校验造成困难或不能进行现场校验.本文给出一种通过投入无功补偿装置的无功负荷来完成对计量装置的现场校验的方法.根据电能计量装置管理规程规定,下列情况的电能计量装置应进行现场校验:(1)新投运或改造后的I,II,III,IV类电能计量装置;(2)对运行中的I,II,III类电能计量装置进行定期校验.近年来,随着改革开放的深入,经济迅速腾飞,我局的供电量达到30亿千瓦时,专变用户有4166户,总装机容量为1l54856kW,根据规定需校验的电能计量装置也达到l600余套.随着法制的健全,私营企业主的法律意识也越来越强,因此如何做好现场校验工作,确保电能计量装置这杆秤的准确性,以减少计量纠纷的发生成为电能计量工作和优质服务的重中之重.由于用户数的增长以及用户用电性质的变化,给现场校验工作带来很多不便,例如:有的新用户投运一月后生产设备都未安装好;有的用户有订单时就生产,无订单时就停产;有的用户为降低生产成本,选择在谷时段生产.由于以上原因,当进行现场校验时,用户正好处于无负荷或低负荷(现场的负荷小于3%的额定负荷)的运行状态,造成现场校验困难或不能进行现场校验.2004年我局由于这种情况,将近30%的用户无法进行现场校验.针对这一情况,我局对需要进行现场校验的电能计量装置都装设了三相多功总第43卷第487期2006年第7期电测与仪表ElectricalMeasurement&InstrumentationVo1.43No.487Jul_2006能电能表,并在现场配电柜上装设了无功补偿装置.在此条件下,我们提出了用手动投入无功负荷来完成现场校验电能计量装置的方法,解决了用户无负荷或低负荷运行状态下电能计量装置的现场校验问题,经试行效果良好.1无负荷或低负荷条件下的现场校验方法电能表有功计量误差及无功计量误差的校验,是通过将现场校验仪的电压,电流测量回路接入到电能表的电压,电流回路中,用现场校验仪校验电能表的有功及无功校表脉冲从而得到电能表的误差.低负荷条件下误差校验时间过长且误差不具代表性,而无负荷条件下因无电流则不能进行误差校验.故现场校验仪在无负荷或低负荷条件下因不能测出电压,电流的相位关系,从而不能进行二次侧接线的检查.无负荷条件下,也不能带电检查计量差错和计量方式.在无负荷或低负荷条件下,投入无功补偿装置的无功负荷,当投入容量大于额定负荷的60%,则用现场校验仪可以检查计量装置的无功计量误差,检查二次侧接线以及无功计量方式是否正确.由于投入的是无功负荷,因此还不能校验有功误差.当计量装置使用交流采样式三相多功能电能表进行电能计量时,可以通过对无功计量误差的处理,来间接求出有功计量误差的大小.本文即对此无功计量误差与有功计量误差的相关性进行分析.1.1三相多功能电能表的工作原理交流采样式三相多功能电能表由测量单元,数据处理单元以及通信接口等组成,除计量并显示有功,无功电能量和电压,电流,功率,功率因数,频率等电参量外,还具有分时计量,测量需量等功能,并能显示,存储和输出数据.多功能电能表工作原理如图1所示.一28一图1三相多功能电能表工作原理图三相多功能电能表工作时,电压信号和电流信号经过取样电路分别取样后,由A/D模数转换器转化为数字信号,经过数字信号处理器DSP处理后,给出电量及相关电参数.有功功率为单位周期内电压与电流乘积对时间积分的平均值.通过软件将电压移相一90o,或将电流移相90.,则单位周期内电压与电流乘积对时间积分的平均值为无功功率.有功功率和无功功率对时间的积分则为有功电能和无功电能.CPU读取DSP的相关参数,并根据预先设定的时段完成分时有功电能计量,无功电能计量和最大需量计量功能,根据需要显示各项数据并通过红外或Rs485接口进行通信传输,完成运行参数的监测,记录,存储各种数据.1.2有功功率,无功功率及电能计量误差的计算A相有功功率:?,d?cosP.B相有功功率:=?厶?cosP6C相有功功率:=?COSec总有功功率:Pd+Pc;有功电能:=fP?有功计量误差:8P=(一)/1o0%A相无功功率:Qa=?,d?sinq.B相无功功率:Q6=?h?sinq6C相无功功率:Qc=?sinq.总无功功率:Q=QQ6+Qc无功电能:E=fQ?dt无功计量误差:口=一E/,xlO0%式中,d,P.,h,P6,Pc分别为A相,B相,C相的电压有效值,电流有效值及对应相电压电流间相位差;,为有功电能及无功电能真值,即现场校验仪上标准表的显示值;,则为被检电能表显示的有功,无功电能值;8,岛分别为被检表计的有功,无功电能计量误差.1.3有功计量误差和无功计量误差之间的关系三相多功能电能表作为一种计量器具,在投入使用前必须对其性能进行检定.运行一段时间后,随着运行时间的增加以及环境温度,振动等的影响,三相多功能电能表的电子元器件的性能会发生变化,从而使有功电能和无功电能的计量误差发生变化.为保证电量计量准确,需要定期对三相多功能电能表的性能进行检定,以保证三相多功能电能表的性能,特别是其准确度达到技术规范的要求.对计量误差有影响的电子元器件主要有:电压互感器,电压取样回路的电阻,电容,电感,电流互感器,总第43卷第487期2006年第7期电测与仪表EleCtriealMeasurement&InstrumentationVo1.43No.487Ju1.2006电流取样回路的电阻,电容,计量芯片等等.这些电子元器件参数的变化使得电压及电流采样信号的幅值,相位均发生了变化,相应计算出的有功电能和无功电能的误差也发生了变化.(1)先讨论A相在有功功率因数costp=1.0时的有功计量误差与无功功率因数sintp=一1.0时的无功计量误差之间的关系.B相及C相的分析与A相相同.假定现场校验时,投入无功负荷后A相电压回路电压值为,电流回路的电流值为,d,电压电流的相位差为p8.电子元器件性能未发生变化前(以下标0表示)A相无功功率为?,n?sincp.=一?,d相同电压电流条件下,有功功率因数为1.0时A相有功功率为P加=,dC08(P8)=,d当运行一段时间后,由于各类因素的影响,电子元器件性能发生了变化.假设电压,电流的相位差变化量为,电压幅值变化量为,电流幅值变化量为,则这时有功功率(以下标1表示)为Pd1=(,d+)(,d+,d)c0s(pP.)=UJo(1+)c0s(=(1+口)UJocos(o+A.)式中Aa=+A相有功功率的变化比为K=P|Pl+Aa)os(%+htp|ostp8=(1+口)?cos(h.)-tg(tp.)sin(hip.)】在有功功率因数为1.0时(即p=0.)A相有功变化比=(1+Aa)?cos(he.)同样,在相同电压,电流条件下,对于无功有Qa1=(1+Aa)?,d?sin(%+htp.)A相无功功率的变化比为K=Q.u/Qo=(1+Aa)in(P口_卜P.)/(intp.=(1+Aa)?sin(%+Acp.)/sin(cp.)=(1+Aa)?cos(h.)+ctg(tp.)sin(Atp.)】在功率因数sinq=一1.0时A相无功功率的变化比为=(1+ha)?c0s()于是有=(1+Aa)?cos(he.)=此式表示,由于元器件变化(或温度变化)在p:90.(容性负载)引起的无功功率变化比与在P:0.(纯阻性负载)时有功功率变化比相等.同理可以推导出B相及C相的无功功率变化比和有功功率变化比相等即=(1+Ab)?cos(A%)=K6=(1+hc)?c0s(;通常A,B,C相的电子元器件为同一批次,特性基本相同,因此有口一AbAcAPa:=P6=Ago=P-Kqp=(1+h)cos(he)电能是功率对时间的累计,故此结论也可适用于电能表的电能计量.设元器件变化前,后三相电能表的有功电能计量误差为和,无功电能计量误差为8和8,则有学=等=(1+h)(8po+1)一l=e0+8加0+同理,对于无功电能计量误差有学,争一1=(1+h)(8q0+1)-180+从上面分析的结果可以得到,在同一测量点下,由于三相电能表电子元器件参数的变化,在纯阻性负荷时有功计量误差的变化量与纯容性负荷时无功计量误差的变化量相等.(2)在现场不可能得到纯阻性负荷与纯容性负荷,从下面两式可知有功,无功的变化量就不一定相等.无功计量误差的变化比=(1+)?c0s(P)+ctg(P)sin(P)】有功计量误差的变化比Kp=(I+A)?cos(P)一tg(P)sin(P)】电压,电流,相位差受各类因素影响将引起变化.根据有关仪表厂商提供的数据,电能表在正常使用条件下,计量电路中的电阻,电容,电压互感器,电流互感器等所引起的电压,电流间相角变化通常小于2.;我局从2001年开始使用多功能表,除去由于雷击,过负荷等引起的实质性损坏外,也未发现由于元器件本身变化引起的误差超差.当无功负荷投入后的有功功率与无功功率之比小于1/20时,即投入无功负荷大于60%的额定负荷(使其近似于纯容性负荷),则有以下近似关系ctg(tp)sin(Atp)3%/6O%?sin2.总第43卷第487期2oo6年第7期电测与仪表ElectricalMeasurement&InstrumentationVo1.43No.487Ju1.2006=0.05xO.0349=0.0017450cos(hq)=cos2.=0.9994l则=(1+).【c08(P)+ctg(P)sin(P)一(1+)=(1+)?cos(he)=(1+)0.99939一(1+)8ql8+1epo+h依据以上结果,当现场负荷低于3%的额定负荷时,只要投入大于60%额定容量的无功负荷(投入的无功负荷越大越好,使其近似于纯容性负荷),测量出当前的无功计量误差8及表计在实验室内校验时的同一测量点下无功功率因数为1.0的无功计量误差,和同一测量条件下有功功率因数为1.0时的有功计量误差8柏,就可以计算出当前电压电流条件下功率因数为1.0时的有功计量误差,以此计量结果检查该表计有功计量误差是否满足要求,用公式表示即ep=8po+(eq,一8)式中岛一即为.2实验验证取两台表计,其电压电流取样电阻未经老化,测量其老化前及老化后表计在额定电流时有功计量误差及无功计量误差,结果如表l.表l两台表计在元器件老化前后测得的有功误差,无功误差及其变化量表2不同时期表计有功计量误差与无功计量误差的比较安装前误差lO0%Ib现场误差lOOgIb表号校验有功无功校验有功计量无功计量时间计量计量时间误差误差误差误差GG3401836302.05.250006.04.250.0560.03lGG34Ol833602.05.250.20.206.04.250.1l0.1lGG3401942502.06.230006.05J口90.1720.135GG34Ol835702.07.260006.05.090.O950.048GG3402o05202.11.290.2O.206.05.100.1l90.1lGG3402o06l03.01.270.2O.206.05.100.0830.055GG3402O45l03.05.220.20.206.05.1l一0.1050.102GG32004403.09.190O06.O5.1l0.1240.097GG34O237l003.10.120O06.O5.120.O950.088GG3402620304.02.2l0006.O5.120.0230.03l+安装前的计量误差为经修值的约后.4结束语综合以上分析可知,当现场无负荷或低负荷的情况下,通过投入无功补偿装置足够大的无功负荷来完成对计量装置的现场校验的方法是可行的,可完成:(1)测定电能表的误差;(2)检查计量装置二次接线的正确性;(3)检查计量差错和不合理计量方式.本文介绍的这种方法只是在现场负荷低于3%的额定负荷情况下使用,在投入无功时要有大于60%额定负荷,而且投入的无功越大越好,使无功负荷趋向于纯容性负荷,这样有功计量误差,无功计量误差的老化前有老化后有老化前后老化前无老化后无老化前后功计量误功计量误的有功误功计量误功计量误的无功误差差差变化量差差差变化量表计A-o.02.0.05.0.O3.0.06.0.08.0.O2表计B0.00.0.02.0.02-0.04.0.06.0.02由表1中可以看出,表计的有功计量误差及无功计量误差在老化前与老化后的变化量基本相等;依据无功计量误差的变化量与老化前的有功计量误差之和所得的有功计量误差与实测得到的有功计量误差基本相同.3使用中的情况取一批2002-2004年安装的三相多功能