三相供电线路的电能计量接线方式分析

覃应华

摘要:在实际电路测量中，通过二瓦法测量三相四线制电路中的零序功率会带来误差，可能偏大，也可能偏小。本文正是针对这一问题进行分析，判断正负测量误差，找出症结所在，从而提出对策，这将对电力企业、施工单位都有着积极作用。

关键词:三相四线制；二瓦法；正负测量误差

众所周知，二瓦法能准确测量三相三线的有功功率。但是对于三相四线的有功功率，从理论上分析可知，二瓦法因不能测量电路的零序功率，而将少测量功率。但在实际测量中，由于二瓦法不能测量电路中零序分量有功功率，也不能准确反映正序分量和负序分量，二瓦法測量的功率和电路的实际功率不相符，可能偏大，也可能偏小。

1.计量三相三线负载用电

因三相三线对称负载相电压只有正序和负序电压分量，负载相电流也只有正序和负序电流分量，即三相三线负载有功功率P的表达式为:

式中:Ul、U2分别为三相不对称电压的各序对称电压分量;I1，、I2分别为三相不对称电流的各序对称电流分量; 、分别为同序对称分量电压与电流间的相位差。

当DT型电能表不接入中性线时，通过电能表负载相电流有正序和负序电流分量，其电压线圈上相电压只有正序和负序电压分量，所以电能表反映有功功率P的表达式与负载功率相等，说明不接入中性线不会引起线路附加误差。

电能表接入中性线时，流过其负载相电流也有正序和负序电流分量，其电压线圈上相电压有正序、负序、零序电压分量，但电能表反映有功功率P的表达式中零序分量为0，与负载功率相等，说明接入中性线也不会引起线段附加误差。

2计量三相四线负载用电

因三相四线制用电负载三相电流往往不对称，相电流存在正序、负序、零序电流分量，零序电流分量在负载产生零序的电压分量，即三相四线负载相电压存在正序，负序、零序电压分量，当DT型电能表不接入中性线时，通过电能表负载相电流有正序、负序、零序电流分量，零序电流分量大小为负载中性线电流IN的1/3，但其电压线圈上相电压只有正序和负序电压分量，所以电能表反映有功功率P的表达式为:

（1）

与负载消耗功率不相等，说明不接入中性线会引起线路附加误差，差值为:

（2）

式中:U0为三相不对称电压的各序对称电压分量;I0为三相不对称电流的各序对称电流分量; 为同序对称分量电压与电流间的相位差。

当电能表接入中性线时，通过其负载相电流有正序、负序、零序电流分量，其电压线圈上相电压有正序、负序、零序电压分量，电能表所测定有功功率和负载消耗的有功功率P的表达式相同，所以电能表能准确计量负载消耗电能。

因此，采用DT型电能表计量三相三线负载的用电，不管是否接入中性线都是正确的，不会引起线路附加误差，接入中性线会多用材料，多费工时，增加投资;而计量三相四线制负载时必须接入中性线才能准确计量，不会引起线路附加误差。

3. 存在有功功率误差理论分析

3.1测量电路及功率计算

二瓦法测量三相四线电路和三相三线电路有功功率的接线图如图1所示。

(a)二瓦法测量三相三线电路功率 (b)二瓦法测量三相四线电路功率

图1：二瓦法测量三相四线和三相三线电路功率接线图

对这两电路图采用向量法进行比较，在图1(a)中:

(1) （3）

（4）

可见，采用二瓦法能正确测量三相三线电路功率的在所有运行方式下的功率。

三相四线电路一般说来很难满足三相电流之和为零的条件，也就是说、、不能绝对平衡，而是，

因此， （5）

（6）

]

]

] （7）

可见，采用二瓦法测量三相四线电路功率时，(13)式中总功率多了，就是测量误差产生的根源。分析在各种运行工况下的正负情况，即可得出测量误差。

3.2引起测量误差原因理论分析

引起线路误差

如果只有A相负载（感性），那么

则

当时，，电压和电流的相位差小于90°，，电能表测得电能小于负载实际消耗的电能(测量负误差)；当时，，，电能表测得电能大于负载实际消耗的电能(测量正误差)；当时，，，则无线路附加误差。

如果只有A相负载（感性），那么

则

当=0~1时，90°~0°，电压和电流的相位差大于90°，， 电能表测得电能总是大于负载实际消耗的电能。如果只有B相带负载，电能表由于没有电流通过它的电流线圈，根本不计电量。

4.案例分析

某电厂二次升压线路电能的测量方式，设计院设计是三表法测量，而其他所有关口电能表都设计为二瓦法测量。对二次升压变压器的电能测量进行了二瓦法和三表法误差比对。

4.1功率测量误差比对分析

1)二瓦法：UAB=109.2 V，UCB=108.9 V，IA=0.237 A， IC=0.235 A，P1=-0.28 W， P2=21.54 W∑P =21.18 W，∑Q =39.8 var，cosφ=0.47

2)三功率表法：UA=62.7 V，UB=63.3 V，UC=62.2 V，IA=0.237 A，IB=0.251 A，IC=0.235 A，PA=7.39 W，PB=6.03 W，PC=6.49 W，∑P =19.93 W，∑Q =40.7 var，cosφ=0.44

两表法比三表法多测量为(21.18-19.93)/19.93×100%=6.3%

4.2电能测量误差比对分析

从开始到结束，配合设备投运时间，对二次升压线路变压器进行了长时间的二瓦法测量和三功率表法测量的比对，比对表使用电能表，比对结果如表1所示。

表1：二瓦法测量和三功率表法测量比对表

比对项 二瓦法 三功率表法

测定设备 二次升压变 二次升压变

测定日期 2010-07-31 2010-08-17

电能表表码 46.101 43.85

比实际电能测量误差/% +5.13 0

通过对二次升压线路的变压器的比对可以看出，确认二次升压线路的变压器的负载相同的情况下二瓦法比三功率表法(实际电量)多测量5.13%左右。

5.结束语

三相四线电路中，接三相三线电能表计量电能，只有在三相电路负载对称，中性线无电流时，电能表的计量才是正确的。因此，在电能计量方式的选择过程中，必须首先明确电路系统的性质，如果为中性点可靠接地的三相四线供电线路，必须配置三线四线电能表。

参考文献

[1]张建新. 浅谈三相四线制供电线路中的零线电流[J]. 农村电气化， 1994，(12)

[2]刘兴华. 关于三相四线制交流电路中性线的讨论[J]. 攀枝花大学学报， 1996，(03)

[3]贺令辉. 三相四线有功电能表接线中不可忽视的问题[J]. 湘电培训与教学， 2006，(01) .

[4]张泽礼，高瑞丽，阎辉. 用三相三线制有功电能表测量三相三线制电路的无功电能[J]. 滨州职业学院学报， 2007，(03) .

[5]张碧云. 三相四线电能表计量三相三线电路电能的接线讨论[J]. 陕西电力， 2006，(03)

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