一种三相四线接线编码及优化识别算法

黄世回

摘 要：详细介绍了三相四线三元件电能表的不同接线方式中的电压、电流相序编码方法，其以相电压线电流矢量间的逆时针方向旋转角作为判断因子，可提高识别效率，还能给出不同接线方式的功率补偿系数。该算法适用于三相电能用电检查仪电能表接线的快速识别。

关键词：三相四线；接线识别；功率补偿系数；用电检查

中图分类号：TM932 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.011

在三相四线供电系统中，受错误接入电压相序、电流顺序和电流方向的影响，电能表的计量常出现错误，进而影响了正常的用电秩序，造成计价损失。研究表明，三相四线的接线方式比三相三线多，但其识别具有更清晰的规律性。受到部分使用者或程序员空间思维能力的影响，在程序化运行中运用纯粹的向量图法并不方便。本文总结了三相四线三元件制式电能表的接线方式，并研究了对应相序编码和基于逆时针相量角的接线识别优化算法，实现了快速识别的优化。本算法较易实现，适应于三相电能现场检查仪的接线识别，可为相关电力工程人员提供参考。

1 三相四线的主要接线方式

在理论方面，三相四线三计能元件的接线方式组合多于三相三线两计能元件的电能表接线方式组合。考虑到变压器初级、次级接线和短接、断接等因素，本文只分析接入电能表端子时的接线情况，其具有很强的代表性。

三相四线比三相三线多了一相零线N和一个用在B相上的计能元件。无论接入哪一相电压、电流，电能表的相电压端子由UA，UB，UC表示，电流端子由IA，IB，IC表示。在实际相中，电压和电流用Ua，Ub，Uc，Ia，Ib，Ic表示。接线示意图如图1所示。

3个电压端被接入的电压相序分别为ABC，ACB，BAC，BCA，CAB，CBA.如果不考虑电流方向，则共有6种电流顺序组合，每一组有8种电流方向，因此，电流端接线有48种，6种电压相序共有288种接法。其中，正确接入只有A相、B相、C相和Ia，Ib，Ic。

2 三项四线接线方式的编码和识别

2.1 288种接线方式的编码

对于本文中288种接线方式的编码，一方面用数字符号体现其规律性；另一方面，换算了编码，以适合查表应用和方便软件编写。

总的编码格式为：[3位电压相序码][6位电流码]。

电流码可以拆分成3位顺序码和3为方向码，因此，总编码格式可改写如下：[3位电压相序码][3位电流顺序码3位电流方向码]。

电压相序编码：ABC（000）、ACB（001）、BAC（010）、BCA（011）、CAB（100）、CBA（101）。

电流方向码：正向为0，反向为1.6位电流码，如表1所示。

比如，电能表接线为B相、C相、A相和Ic，-Ia，-Ib时，其编码为[011][100011]。与三相三线编码类似，换算成接法序列号时按以下定义公式计算：

式（1）中：D电压码和D电流码为对应的十进制。

则上述接线的编码为[011][100011]，对应序号为180，即第180种接线状态。

2.2 接线的三步识别优化算法

根据对称平衡三相电路的电压电流矢量图，如图2所示，相电流到相电压的功率因素角为φ，其范围为（-60°，60°）。

图2 三相对称电路矢量图

相电压向量到电流向量之间逆时针方向的旋转角如表2所示。

对于对称三相电路相电压之间顺序相差120°角的正弦信号，采用三相四线的识别方法比较简单，步骤如下：①在用电检查仪电压接线的UN端口依次接入UA，UB，UC端。如果仪表对应显示某相电压值为0，则UN端接入电压端的实际电压为仪表显示数值为0的一相。②相电压确定后，通过检测夹角 、 、 可确定电流的接线。

将UN端接入UA端后，如果仪表B相显示电压值为0，则实际接入的为Ub；将UN端接入UB端后，如果仪表C相显示电压值为0，则实际接入的为Uc端；将UN端接入UC端后，如果仪表C相显示电压值为0，则实际接入的为Ua端。

如果 = =300°-φ，则IA接入的为-Ia；如果 =

=120°-φ，则IB接入的是Ib；如果 = =300°-φ，则IC接入的是-Ic，进而可判断接线方式为BCA，-Ia，Ib，-Ic。

3 不同接线法的功率补偿系数

三相四线电能表计算功率公式为：

式（2）（3）中：n为第n种接法。

根据上文可计算每种接线的功率：

.（4）

则补偿系数k1=1.

.（5）

则补偿系数k2=3.

.（6）

则无法确定补偿系数k9.

经分析发现，对于288种接线方式的功率，只要算出电压相序为ABC时，则48种电流组合的功率、其余电压相序的功率可通过变换的方法得到。比如，接法为BCA，-Ic，Ia，-Ib时，可变换为ABC，-Ib，-Ic，Ia，从而得到功率和补偿系数。补偿系数用编码表示为k（[011][100101]）=k（[000][011110]），即k181=k30= .

电压相序为ABC时，48种电流组合的功率补偿系数如表3所示。

4 结束语

编码三相四线三元件电能表接线相序时，一方面可表现出接线相序的规律性；另一方面，可为软件开发提供一种方便的运算方法，同时，可建立对应的功率补偿系数表，为弥补错误接线造成的计费损失提供换算依据。基于矢量图，限定范围为-60°～60°的功率因数角区间，运用逆时针旋转角有效提高了接线判别速度，实现了快速识别。如果已知电路的功率因素角，则运用本算法的计算速度会更快。

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〔编辑：张思楠〕