电能计量装置综合误差分析
摘要阐述电能计量装置的重要作用和特点。用试验数据和算例分析互感器二次回路阻抗增大对电能计量装置综合误差的重要影响,强调并指出电流互感器二次负载测量和确定的必要性及方法。
关键词电能计量;综合误差;周期检验
1电能计量的概述
电能计量是一项涉及国民经济各领域、各方面的重要计量活动,电能计量有别于其它计量,它既是一般意义的计量工作,更是与电力生产、经营不可分割的重要组成部分。电能计量的技术水平和管理水平不仅影响电能量结算的准确性和公正性,而且事关电力工业的发展,涉及国家、电力企业和广大电力客户的合法权益。电能计量装置是用于测量和记录发、供、用电量的电能计量器具及其辅助设备的总称。包含各种类型计量用电能表,计量用电压(TV)、电流互感器(TA)及其二次回路、电能计量柜(箱)等。
2电能计量装置综合误差分析
电能计量装置的综合误差是电能表误差、测量用互感器合成误差和电压互感器二次回路压降引起的误差的代数和。其计算公式为:
γ=γb+γh+γyj(1)
式中γ —电能计量装置综合误差,%;
γb—电能表误差,%;
γh—互感器的合成误差,%;
γyj—电压互感器二次回路压降引起的误差,%。
综合误差直接影响着电能计量的准确性,如何将其控制在尽可能小的范围,一直是各界关注、研究的课题。
通过式(1)可以看出γ是γb、γh、γyj三相误差的代数和。那么减少γ的有效的方法是尽可能降低γb、γh、γyj的数值,并可通过正、负值来相互补偿。互感器合成误差γh的值通过式(2)、式(4)可知,合成误差是与各互感器的比差、角差有关。所以在电力系统中安装或实际使用时,决不可随意处置,而要合理的组合配对。配对原则是:按到电能表同一元件的电流互感器和电压互感器比差fI1与fU1、fI2与fU2符号相反、数值接近或相等,而它们的角差δI1与δU1、δI2与δU2符号相反、数值接近或相等,这样就能得到最小的合成误差。而γyj必须在整个计量回路
安装完毕后才能测出。为尽可能减少γyj,对计量回路做出了相应的安装方式、材料等方面的要求。
对三相三线V/V接法互感器组合误差γh和二次回路组合误差γyj分析如下: (2) (3)
其中:fab = fabI + fabUδab =δabI -δabU
对三相四线Y/Y接法互感器组合误差γh和二次回路组合误差γyj分析如下:
γh =(fa+fb+fc)/3+0.0291(δa+δb+δc)tgφ/3(4)
γyj =(fa+fb+fc)/3 - 0.0291(δa+δb+δc)tgφ/3 (5)
其中: fa = faI + faUδa = δaI-δaU
那么运行后的计量装置综合误差是否会改变呢?答案是肯定的。如环境温度的变化、环境磁场的影响、运行电压的高低、电流的大小、cosφ的变动、频率的波动等因素,都会直接影响成套电能计量装置的准确性,所以我们必须定期对运行中的计量装置进行现场检验。
根据计量点的重要程度,国家电力部门将计量装置分为五类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)进行管理。并根据现场实际情况和多年的经验对电能计量装置各组成部分规定了相应的现场检验周期。
1)Ⅰ类电能表至少每3个月现场检验一次;Ⅱ类电能表至少每6个月现场检验一次;Ⅲ类电能表至少每年现场检验一次。
2)高压互感器每10年现场检验一次。
3)运行中的电压互感器二次回路电压降应定期进行检验。对35kV及以上电压互感器二次回路电压降,至少每两年检验一次。
通过几年的工作实践得知,在对电压二次回路的压降测试中,由于回路负载数量可能增加,回路结点的接触电阻会因锈蚀、氧化和松动而增加,所以尽管电压互感器二次阻抗很大,高达数百数千K欧姆,尽管电压二次回路中的电流很小,只有几个毫安,但每次测试结果都有变化。电压降等于回路电流的平方与回路中阻抗的乘积,压降测量值的变化主要是电阻的变化,具体的说,主要是接线结点的接触电阻变化引起的。
由此可见,结点接触电阻及其变化,对电能计量的可靠性、准确性带来的影响
不容忽视。然而,它的存在只影响到电压部分吗?不是的。笔者认为,它同样影响着,甚至更严重地影响着电流部分。开路是阻抗的一种极端状态。更多的是:没有开路,回路仍然通畅,而阻抗大到一定程度,将起计量的严重失准,才被我们察觉。如果影响量是百分之几,又没有电量平衡手段的监控,这种情况是不易被我们察觉的。若在例行检查被察觉,多数会认为是负荷不平衡所至而忽略。长期维持这种状态,电量的损失将非常严重。
如上所述,电压二次部分工作阻抗高达数百数千K欧姆,二次导线及其结点的接触电阻与之比较,只占较小的分量。相对电流互感器而言,在满足精度要求的条件下,二次负载,包括接线电阻、结点的接触电阻和电能表电流线圈的阻抗,只允许——多则2欧姆,少则0.4欧姆。这点阻抗若在电压回路影响不大,甚至可以说微不足道。然而对于电流回路,对电流互感器误差可能产生的影响,则是举足轻重的。
对电流互感器误差定义为:
根据其等值电路图: 将:
分解为:
从上式可知,互感器误差与二次负荷的大小成正比,实际上,计量用电流互感器在设计制造时采取较大的铁芯截面,以降低磁通密度和激磁电流来提高准确度,当二次负荷增大时,铁芯的磁密增大,导磁率也略为减少。所以,互感器的误差随二次负荷的增大而增大,但小于成正比的增大。
根据等值电路图,绘制其向量图:
通过向量图,将其误差分解为比差f,和角差δ
f=(kIN-k1)/k1×100%=(kINI2-I1)/I1×100%
kIN为额定变比,k1为实际变比。
在一般情况下,测量用互感器的相位差δ以及比差值f都相对较小,可近似认为:
I1=kINI2+bc = kINI2+Imsin(θ+ψ)
所以,
f = -Imsin(θ+ψ)/I1 = -ImN1sin(θ+ψ)/I1N1×100%
δ=sinδ=ab/I1 =Imcos(θ+ψ)/I1=ImN1cos(θ+ψ)/I1N1×3438
式中I1N1为一次绕组安匝数;ImN1为激磁安匝数。
从上式可以看出,二次负载功率因数的改变也势必影响电流互感器的准确度。功率因数角ψ为Zf的阻抗角。互感器二次回路的总阻抗角ψ的主要成分是φ角,φ角的增大使ψ角增大,因此使sin(θ+ψ)增大,cos(θ+ψ)减小。可见二次负荷的功率因数角ψ的增大将引起互感器的比值差增大,相位差减小。
下面通过模拟实验,分析电流、电压、二次负载增大,对电流、电压互感器误差的影响:
