低压电能计量装置的检查、分析与故障处理

电能计量装置接线检查一般分为停电检查和带电检查。

停电检查是对新装或更换互感器以及二次回路后的计量装置,投入运行前在停电的情况下进行接线检查,主要内容包括电流互感器变比和极性检查、二次回路接线通断检查、接线端子标识核对电能表接线检查等。

带电检查是电能计量装置投入使用后的整组检查,运行中的低压电能计量装置根据需要也可进行带电检查,以保证接线的正确性。 带电检查的方法有瓦秒法(实负荷比较法)、逐相检查法、电压电流法、相量图法(六角图法)及综合分析法等。

1)瓦秒法(实负荷比较法)

用计时器测量电能表在所带的实际负荷功率或二次侧功率下发若干个脉冲所需的时间,并与该负荷功率下的理论时间进行比较,即能确定电能表的相对误差,这种方法称为瓦秒法。 其计算公式为：

则电能表的相对误差为：

式中　N——选定的被测电能表的脉冲数,g;

C——被测电能表铭牌上标注的电能表常数,imp/(kW·h);

P——被测电能表所带的实际负荷功率或二次侧功率,W;

T——电能表对应于功率P 发若干个脉冲需要的理论时间,s;

t——电能表对应于功率P 发若干个脉冲需要的实际时间,s。

实负荷比较法是将电能表反映的功率与电能计量装置实际所承载的功率比较,确定百分误差γ 的方法,一般也称为瓦秒法。

具体检查方法：用一只秒表记录电子式电能表发N 个脉冲所用的时间t,然后根据电能表常数求出电能表计量功率,将计算的功率值与线路中负荷实际功率值相比较,若二者近似相等,则说明电能表接线正确;若二者相差甚远,超出电能表的准确度等级允许范围,则说明电能计量装置接线有误。 运用实负荷比较法时,所求负荷功率在测试期间相对稳定,波动过大会降低判断的准确性。 负荷功率的计算公式为：

式中　N——选定的被测电能表的脉冲数,g;

P——被测电能表的理论负荷功率,W;

P′——被测电能表所带的实际负荷功率,W;

t——电能表对应于功率P 发若干个脉冲需要的实际时间,s;

C——被测电能表铭牌上标注的电能表常数,imp/(kW·h)。

【例3.1】　有一只2.0 级智能电能表,电表常数为2 500 imp/(kW·h),额定电压为3 ×380/220 V,电流为3 ×3(6)A,接入负荷1 000 W,当电能表脉冲发10 个脉冲时,记录时间为6 s,试问该电能表计量是否准确?

解：根据实测时间计算电能表计量功率为：

电能表的误差为：

答：该计量装置不准确。

【例3.2】　一居民用户,电能表常数为5 000 imp/(kW·h),测试负荷为2 kW,请问电能表发10 个脉冲时需要多少秒? 发10 个脉冲的实测时间为4 s 时,电能表的误差为多少?

解：根据瓦秒法,测试时间为：

答：电能表发10 个脉冲需要3.6 s,发10 个脉冲的实测时间为4 s 时,电能表的误差为10%。

2)逐相检查法

在电能表三相接入有效负荷的条件下,断开另外两个元件的电压连接片,让某一元件单独工作,观察电能表转动或脉冲闪烁频率,若正常,则说明该相接线正确,这种现场检查方法就是逐相检查法。 其具体步骤介绍如下：

首先检查U 相(第一组件),接线如图3.3 所示。 断开电能表的V、W 相电压连接片,使第二、三元件失压,此时电能表转动趋势明显减慢且正转,则说明U 组元件接线正确。 若电能表反转,则该组件接线错误。 若电能表不转,又排除了U 相负荷为零或非常小的情况,说明第一组件存在问题。

图3.3　低压三相四线电能表错误接线图

以此类推,检查V 相时,应断开电能表的U、W 电压连接片;检查W 相时,应断开电能表的U、V 电压连接片。 其判断方法与U 相相同。

3)相量图法(六角图法)

相量图法是指根据现场采集的电能计量装置有关参数绘制相量图,即通过测量电能表的各电压、电流及各电压、电流之间的相位差角,作出相量图来分析判断电能计量装置错误接线的一种方法。 分析判断电能计量装置错误接线及故障应遵守的“三符合原则”和电压电流间的“随相关系”,据此能快速准确地得出结论,极大地简化了烦琐的分析过程。

三符合原则：各电压相量间和各电流相量间的相位关系分别“符合正相序UVW”;同相电压与电流相量间的相位差分别“符合随相关系”;各相量之间的角度关系“符合正常情况”。

随相关系：若某一电压与电流之间的相位差等于功率因数角φ1,则称该对电压电流为正随相关系;若某一电压与电流之间的反相量之间的相位差等于功率因数角φ1,则称该对电压电流为反随相关系。

经互感器接线的三相四线有功电能表有10 个接线端。 正确接线时,2、5、8 和10 端(或11 端)分别接电压线U、V、W 及N;1、3 端分别接U 相电流进出线,4、6 端分别接V 相电流进出线,7、9 端分别接W 相电流进出线,如图3.4 所示。

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图3.4　低压三相四线有功电能表经电流互感器正确接线

判断方法和步骤如下：

①测量各线电压、相电压：用钳形相位伏安表(交流电压档)测量电能表电压接线端(2、5、8 端)各两端之间的线电压为U25、U58、U28,各数值若基本相等(约380 V)则说明TV 接线正确,若为零或相差较大则说明电压回路中存在有断路或接错相故障。 再分别测2、5、8 端与10 端(或11 端)之间的相电压,正确接线时,各数值基本相等,约为220 V。

②测定电压相序：将相序表上的U、V、W(黄、绿、红)3 只接线夹分别夹住电能表2、5、8 3 个电压接线端,测量2、5、8 端相序。 若相序表正转,表示为正相序uvw 或vwu、wuv;若相序表反转,表示为负相序uwv 或wvu、vuw。 正确接线时应为正相序。

定相：通过参考相点,确定具体相序。

③测量各二次电流：用钳形相位伏安表(交流电流档)分别测量流入电能表元件1、元件2、元件3 的电流I1、I4、I7,正常接线时,三者数值基本相等。 三者中若有为零的,说明该相TA 二次断线或短路。

⑤画相量图,判断错误接线方式：根据上述测量结果,画出相量图分析判断计量装置的错误接线方式。

【例3.3】　对某现场的三相四线电能计量装置中的有功电能表测试结果,见表3.1,试判断该计量装置的接线方式是否正确。

表3.1　某现场的三相四线电能计量装置中的有功电能表测试结果

解：①所测各线电压均为380 V 左右,各相电压均为220 V 左右,说明电压回路中不存在断路或接错相的故障。

②所测电能表电流均不为零,说明不存在电流回路(或TA 二次)断线或短路的故障。

所以该三相四线有功电能表的错误接线方式为：

图3.5　向量图

根据3 个元件所接电压、电流向量图得负载对称时3 个元件的功率,分别为：

故该电能表少计了225 000 kW·h 的电量,要收回相应的电费。

【例3.4】　对某现场的三相四线电能计量装置中的有功电能表测试结果,见表3.2,试判断该计量装置的接线方式是否正确。

表3.2　某现场的三相四线电能计量装置中的有功电能表测试结果

分析：

①所测各线电压均为380 V 左右,各相电压均为220 V 左右,说明电压回路中不存在断路或接错相的故障。

②所测电能表电流均不为零,说明不存在电流回路(或TA 二次)断线或短路的故障。

图3.6　例3.2 相量图

所以该三相四线有功电能表错误接线方式为：

当然,实际在三相电能计量装置的错误接线中,也有误将电压线接入电能表的电流接线端,或将电流线接入电能表的电压接线端。 如果将电压线接入电能表的电流接线端,再将电流互感器接线端K2 并联并接地,通电时就烧坏了。 将电流线接入电能表的电压接线端则表不走。 这些在装表后送电时就会发生。

【思考与练习】

1.简述用相量图法分析电能计量装置错误接线的基本步骤。

2.一居民用户电能表常数为1 600 imp/(kW·h),测试负荷为100 W,电能表1 imp 时应该是多少时间? 如果测得电能表发5 个脉冲的时间为11 s,误差应是多少?

3.某用户TV 变比为10/0.1,TA 变比为200/5,电能表常数为2 500 imp/(kW·h),现场实测电压为10 kV、电流为170 A、cos φ 为0.9。 有功电能表在以上负荷时5 imp 用20 s,请计算该表计量是否准确?

4.对某现场的三相四线电能计量装置中的有功电能表测试结果,见表3.3,试判断该计量装置的接线方式是否正确。

表3.3　某现场的三相四线电能计量装置中的有功电能表测试结果