三相多功能电能表无功电量检查方法研究

　　【摘要】随着三相多功能电能表的应用越来越广泛，针对电力系统的实际使用需要，提出了三相多功能电能表无功电量检查的要求。本文具体介绍了无功四象限的定义、四象限电量检查的常用方法，并对这些方法进行了比较分析，与现时新型三相多功能电能表检定装置结合，在计算机操作软件的控制下进行无功四象限电量检查，提出改进建议，保证试验结果判断的准确性，继而满足种类繁多的三相多功能电能表检定及发展的需要。 　　【关键词】电能表；无功；象限；电量 　　1.引言 　　电力系统中，不仅要正确记录有功电量，还要记录无功电量，无功电量的测量是为了考核电力系统无功功率平衡的状况，也可用于考核用户无功补偿的合理性，对电力生产、输送、消耗过程中的管理是必要的。为提高功率因数，正确测量无功电量有重要的意义。根据《中国南方电网有限责任公司三相多功能电能表技术规范》的要求：三相多功能电能表无功四象限应可分别计量；无功电量可设置成任意四个象限量之和，并可以设置组合无功电能。下面针对无功四象限电量检查的方法进行分析。 　　2.无功四象限的定义 　　根据电力行业标准，多功能电能表通信规约对电能测量四象限的定义如图1所示。 　　图1 电能量四象限测量图 　　首先把测量平面用竖轴和横轴划分为四个象限，右上角为Ⅰ象限，右下角为Ⅱ象限，依此按顺时针方向为Ⅲ、Ⅳ象限。竖轴向上表示输入有功（+P），竖轴向下表示输出有功（-P），横轴向右表示输入无功（+Q），横轴向左表示输出无功（-Q）。电压相量用表示，固定在竖轴上。电流相量用i表示，其位置表示当前电能的输送方向。在图中，i位于第Ⅰ象限，i与相位角为（顺时针为正），表示输入有功（+P）和输入无功（+Q）。所谓“输入”、“输出”是相对于电网的用户边而言的。对于有功输入，输出的概念是：输入有功功率，是电网向用户送电，是用户用电功率；输出有功功率是用户向电网送电，是指用户发电。 　　无功概念比较复杂，对于用电用户来讲，用户是负载，分为感性负载和容性负载两种，据IEC标准、1972年13A出版物推荐，当负荷是“感性负荷”时，无功功率为正。容性负荷无功为负。四象限有功、无功含义是：Ⅰ象限输入有功功率P，输入无功功率Q，用户为阻感性负荷；Ⅱ象限输出有功功率P，输入无功功率Q，用户负荷相当于一台欠励磁发电机；Ⅲ象限输出有功功率P，输出无功功率Q，用户负荷相当于一台过励磁发电机；Ⅳ象限输入有功功率P，输出无功功率Q，用户为阻容性负荷。 　　3.无功四象限电量检查的常用方法与分析 　　3.1 人工检查法 　　3.1.1 试验方法 　　使用电工式电能表检定装置或旧式不具备检验多功能电能表特殊功能的电子式电能表检定装置，选择三相无功接线方式，输入参比电压，用手按三相多功能电能表按显按钮分别抄录正反向无功总电量和各象限无功电量，然后输入试验电流（0.1Ib-Imax，根据电能表实际情况进行选定），再设置第Ⅰ象限的所对应的相位角，试验一定时间后进行人工按显抄录正反向无功总电量和各象限无功电量，如此类推，重复以上操作方法分别进行Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限的检定，完成后重新抄录电能表正反向无功总电量和各象限无功电量，根据订货及验收技术标准进行分析计算，从而得出结论。 　　3.1.2 注意事项 　　（1）进行无功四象限电量检查前，电能表应先进行基本误差试验，确保其在基本误差限值内才进行试验，以保证试验结果的准确度。 　　（2）多数三相多功能电能表用按显方式抄录电量时出现小数点后位数不足的现象，试验时较难观察电量变化的情况，造成判断困难，此时应将具有编程按钮的电能表的编程开关打开，使显示屏尽可能显示多几位有效数值，利于抄录和分析计算电量，提高判断的准确性。 　　（3）试验时间选择应合理，使电能表显示屏的电量变化明显，减少误判的机率。 　　（4）根据电能量四象限测量示意图（图1）得知，以电压为基准，i位于第Ⅰ象限，i与相位角为 （顺时针为正），即电流i滞后的相位是，则第Ⅰ象限的所对应的相位角应设置在0?-90?之间，第Ⅱ象限的所对应的相位角应设置在90?-180?之间，第Ⅲ象限的所对应的相位角应设置在180?-270?之间，第Ⅳ象限的所对应的相位角应设置在270?-360?之间。 　　（5）避免将相位角设置为0?，90?，180?，270?，360?等特殊角度进行试验，且应避免太接近这些特殊角度来试验，由于电能表本身的设计差异，每块电子表可能存在着角度的盲点（死区），造成部分电能表会较难区分它属于哪个象限，容易产生误判。 　　（6）根据“三相多功能电能表无功四象限应可分别计量”的要求，试验过程中同时检查四个象限电量计量是否正确，在每一个象限试验时记录好试验时间和各象限无功电量，然后根据如下公式计算电量与抄录的各象限无功电量是否相符。 　　（1-1） 　　式中：WQ―三相交流无功电量（kvarh）； 　　Q―三相交流无功功率（var）； 　　t―时间（min）； 　　UL―线电压（V）； 　　IN―相电流（A）； 　　sin―无功功率因数。 　　3.1.3 人工检查法的缺点 　　（1）人工用按显方式抄录电量较麻烦，且需反复进行多次抄录，既费时又容易出错。 　　（2）需要人工输入四个象限的参数设定值，容易输错对应的相位角，造成判断困难。 　　（3）试验时间掌握较难精确，试验结果会存在偏差。 　　（4）人工计算各象限无功电量容易产生误差，当要计算无功正反向电量是否设置成任意两个象限电量之和时，需要进行二次计算才能得出结论。 　　（5）容易出现误判现象。 　　（6）操作步骤复杂，适用于旧式电能表检定装置，但随着检定装置新技术不断涌现，此试验方法已经甚少采用。 　　3.2 现时三相多功能电能表检定装置进行检查的方法 　　3.2.1 试验方法 　　使用国内知名企业生产的三相多功能电能表检定装置，在多功能检定过程中进行存储器检查的方法，见图2所示。 　　图2 在多功能检定过程中进行存储器检查的方法 　　通过多功能电能表的RS-485通信接口进行数据抄录，现较广泛应用。首先在存储器检查界面上配置无功正反向电量为哪两个象限电量之和再开始检定，全过程由电脑完成，具体方法是输入参比电压，通过多功能电能表的RS-485通信接口，分别抄录正反向无功总电量和各象限无功电量，然后输入指定试验电流值，依次将四个象限的相位角变换成80?、100?、260?、280?各进行1分钟试验，试验结束后只输入参比电压，抄录正反向无功总电量和各象限无功电量，依据配置要求与试验结果比较得出判断结论。 　　3.2.2 注意事项 　　（1）按照检定装置软件设置，存储器检查是多功能检定过程中有一部分，此前电能表已经通过基本误差试验，保证其在基本误差限值内再进行存储器检查。 　　（2）试验时应将具有编程按钮的多功能电能表的编程开关打开，使显示屏能显示多几位有效数值，利于抄录和分析计算电量，提高判断准确性。 　　（3）在存储器检查界面上配置无功正反向电量为哪两个象限电量之和，一般情况下会默认上次检定时配置，所以每次试验时必须认真检查配置是否符合本次检定的要求。 　　（4）判断时，根据程序内设定的公式算出所有电量差值不能超过0.01为合格。（即要判断WQ正=WQⅠ+WQⅣ时，WQ正-WQⅠ-WQⅣ≤0.01为合格）。 　　3.2.3 缺点 　　（1）部分进口的多功能电子式电能表无法通过RS-485通信接口分别进行四个象限的数据抄录，即无法通过此方法来判断结论。 　　（2）试验过程中仅限检查无功正反向电量是否设置成任意两个象限电量之和，不能同时检查每个象限的电量计量是否正确。 　　（3）按照上述方法，当四个象限输入相同试验参数（如：100V，5A）时，相位角分别变换成80?、100?、260?、280?各进行1分钟的试验，根据公式（1-1）计算电量，计算结果的正负号表示无功功率的输送方向，电能表显示屏中记录的电量是有效值，无功电量计算时可甚忽略方向的问题，通过计算得出表1所示结果。 　　由此可见，每个象限走的电量相同，而程序中只在开始和结束时进行电量抄录，无法确定判断结果的正确性。即当要判断正向无功为WQⅠ+WQⅣ时，由于抄录结论WQⅠ+WQⅣ=WQⅠ +WQⅡ=WQⅠ+WQⅢ=WQⅡ+WQⅢ=WQⅡ+WQⅣ=WQⅢ+WQⅣ，导致判断错误。 　　（4）试验时间设置不合理，使每个象限走的电量相同，即：WQⅠ=WQⅡ=WQⅢ=WQⅣ，且电能表的电量变化不够明显，人工协助判断每个象限的电量计量是否正确时较难区分是哪个象限。 　　4.无功四象限电量检查的改进建议 　　4.1 改进的具体思路 　　4.1.1 通过对无功电量检查的常用方法进行分析，将上述两种方法取长补短，设计出一个较理想的试验方法：应用三相多功能电能表检定装置，在多功能检定过程中增加一项“电量检查”试验项目，通过多功能电能表的RS-485通信接口进行数据抄录，首先确定判断依据、试验项目、试验参数和每个象限的试验时间后开始进行试验，依次将四个象限的相位角变换成对应的象限角，根据每个象限的设定试验时间进行试验，每完成一个象限的试验就抄录一次正反向无功总电量，最后根据抄录状况进行电脑计算及比较分析判断出结论。 　　4.1.2 全部操作都在计算机操作软件的控制下进行，使检定过程达到更高水平的自动程度，从而提高工作效率，简化工作程序。 　　4.1.3 试验过程中既能检查无功正反向电量是否设置成任意两个象限电量之和，又能分别检查每个象限的电量计量是否正确。 　　4.1.4 试验方法应适用于现时所有三相多功能电能表。 　　4.1.5 要保证试验结果判断的准确性。 　　4.2 注意事项 　　4.2.1 要确保电能表在基本误差限值内，才进行此项试验，以保证试验结果的准确度。 　　4.2.2 试验时应将具有编程按钮的多功能电能表的编程开关打开，使显示屏能显示多几位有效数值，利于抄录和分析计算电量，提高判断准确性。 　　4.2.3 依次将四个象限的相位角变换成对应的象限角，可按2.2.1试验方法中分别取：80?、100?、260?、280?进行试验。 　　4.2.4 每个象限的试验时间设定要符合科学性，避免每个象限试验电量及任意两个象限电量之和相同的情况出现，减少误判的机率。 　　4.2.5 针对部分进口的三相多功能电能表无法通过RS-485通信接口直接进行四个象限的数据抄录，只能通过RS-485通信接口抄录正反向无功总电量，故设计出下列程序： 　　（1）开始时先抄录一次正反向无功总电量（起电量），每完成一个象限的试验就抄录一次正反向无功总电量（止电量）。 　　（2）正（反）向无功试验电量等于试验后正（反）向无功总电量减试验前正（反）向无功总电量，即四个象限的试验电量分别为： 　　（3）将各象限的试验电量与公式（1-1）所计算得出电量比较，电量差值不超过0.01可判该象限的电量计量正确。 　　（4）检查无功正反向电量是否设置成任意两个象限电量之和，可根据预先确定判断依据进行程序运算得出结论。 　　4.2.6 对于大多数能通过RS-485通信接口直接抄录正反向无功总电量和各象限无功电量的多功能电能表，可在程序中增加一项配置选项，选择直接采用RS-485口抄录数据，则各象限无功试验电量等于该象限试验后抄录的止电量减试验前抄录的起电量，与公式（1-1）所计算得出电量比较，直接得出判断结论。 　　图3 在多功能检定过程中增加“电量检查”项目 　　4.3 与检定装置结合应用 　　将此方法应用到三相多功能电能表检定装置上，在多功能检定过程中增加一项“电量检查”试验项目，显示界面如图3所示。 　　5.结束语 　　通过应用上述在多功能检定过程中增加一项“电量检查”试验项目的方法检查了国内外生产的多种类型的三相多功能电能表，证实此方法能符合使用的需要，解决了原来部分进口的三相多功能电能表进行无功四象限电量检查时无法正确判断结果的问题，值得推广应用。 　　目前三相多功能电能表的应用越来越广泛，集多参数测量、电能计量、分析、控制等功能的多功能电能表正随着市场的需求而快速发展，对多功能电能表功能上提出的新要求将越来越多。 　　电能表检定必须不断地寻求技术上的完善和进步，充分利用现有资源，与检定装置结合应用，顺应各种类型电能表的检定需要，从而适应市场的发展。 　　参考文献 　　[1]DL/T 614-2007，多功能电能表[S]. 　　[2]DL/T 645-2007，多功能电能表通信协议[S]. 　　[3]中国南方电网有限责任公司三相多功能电能表技术规范[S].2011. 　　[4]陈向群，主编.电能计量技能考核培训教材[M].北京：中国电力出版社，2003. 　　作者简介：钟蔚（1973―），女，大学本科，工程师，现供职于广州供电局有限公司计量中心工作，从事电能计量技术研究与电能计量管理工作。