电能计量误差分析及表计故障处理策略

摘 要：电能计量是电网公司日常工作的重要工作内容， 计量的准确性日益受到人们的关注。引起计量误差的原因很多，但计量装置的误差是计量误差的重要原因之一。如何在减小误差，进行准确的计量，是计量人员急需解决的重要课题。

关键词：电能计量；误差分析；处理策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.194

0 引言

电能计量是电网公司与发电企业之间、电网公司与客户之间，以及发电企业与客户之间进行电能核准与结算的重要依据。

由于各种原因造成的电能计量误差，严重影响了电力部门与用电客户之间的关系，造成了不好的社会影响，客户期待计量装置能够科学、合理、准确的进行电能计量。因此对电能计量装置的误差进行分析、控制和处理显得十分必要，尽力满足双方的要求。本文在分析电能计量装置误差形成原因的基础上，结合工作现场的实际情况，提出解决电能计量装置误差的技术措施。

1 电能计量准确化的重要意义

随着我国电力改革方案的顺利推进，发电公司和电网公司需要进行电量结算，关口电能计量装置的准确性成为双方关注的焦点，电能计量是否精确，将直接影响到电力企业彼此之间的经济效益。同时，各供电公司与用电客户之间也必须进行电量结算，特别是大的用电企业，电费成为了企业产品成本的重要组成部分，因此，提高电能计量的准确性和计费的合理性，无论是对发电公司、电网公司、用户都是非常重要的。各电力企业和用户之间的电能计量和计费，不仅属于经济问题，其中也涉及技术方面的问题。

2 计量装置对电能计量的影响

2.1 电能表的误差分析

目前，在电力系统使用较多的电能表有多种，根据原理不同，可分为感应式（机械式）和电子式两种，而这两种电能表的计量误差主要由电能表本身结构和功能原因引起的误差，以及运行环境所引起的误差，对于电能表本身的误差而言，感应式电能表相对比较明显，而且随着时间的推移，其误差有增大的趋势，故电子式电能表慢慢代替了感应式电能表。

电能表的误差按其产生的原因可分为基本误差和附加误差。基本误差是由于电能表的内部结构、材料或测量原理缺陷引起的，附加误差的主要原因有：电压、频率、环境温度的变化，电压波形畸变的影响，运行不稳定，相序的改变，三相电压不对称，负载不平衡等。

感应式电能表的基本误差与负载电流和负载功率因数有关，对于任何一个已经安装使用的电能表，一定是经过检验并且合格的，它的基本误差经过出厂检验或检定机构调校后均满足国家标准的要求，从而保证电能表误差在合理的范围之内。

然而，在确定电能表基本误差时，改变的往往只是负荷电流和功率因数，而其他条件只允许在一个很小的范围内变化，并且这个范围在电能表技术条件中明确规定，即确定电能表基本误差的外部条件。事实上，电能表在实际使用中所处的外部条件通常会与技术条件规定不同。例如，城市使用的交流电频率经常会偏离额定频率，电能表安装场所的环境温度和电网电压都可能会发生变化，且变化的幅度和范围会非常大，这些外部条件的改变会使电能表的误差改变，则这个改变的量就叫做电能表的附加误差。

2.2 互感器的综合误差

由于互感器本身结构的原因，在其正常工作过程中往往会出现偏差，这就可能出现互感器二次侧实际值与互感器铭牌上标示变比一次侧的真实值不一致，而且其相位也有一定的偏移，多种误差合在一起用表示，即互感器的综合误差值，

则有 ：

（1）

式中 ： K1为电流互感器额定变比； Ku为电压互感器额定变比； P1为一次侧功率真实值 ；P2为二次侧功率测量值。

对于单相线路而言， 当接有电流和电压互感器时，其互感器的合成误差可以用下式表示 ：

（2）

（2）式中 ：为电压互感器比差； 为电流互感器比差；为电流互感器角差；为电压互感器角差； 为功率因数角。

2.3 二次回路因为压降的原因引起的误差

一般说来，二次回路压降引起的比差和角差可以看成电压互感器的比差和角差， 但二次回路压降引起的误差稳定性比电压互感器的误差稳定性要低。另外由于安装在变电站或者电厂的互感器和安装在控制屏上的电能表之间的二次导线往往有走向复杂、距离较长的特点，这会导致电压互感器的二次侧电压与二次回路上电能表端子之间的电压有误差，从而使电压幅值降低和相位发生变化，最终形成压降误差，也就是因为压降的原因引起的误差。

3 谐波对电能计量带来的误差

随着社会经济的快速发展，各种非线性负荷的电力电子设备被广泛地应用到了电力系统中，如各种UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等，由此也导致了系统中大量谐波的出现。这些谐波会影响电能表的准确性，致使用户的功率因数降低，而且对其它设备元件也产生了危害。谐波是电力系统中的一种能量污染，会导致电机发热而产生故障、电力保护误动作、电脑通讯设备受干扰等等，其危害很大。

3.1 谐波产生的主要原因

谐波产生的原因多，过去电力电子设备在电力系统使用较少，变压器是是谐波产生的主要原因，谐波源的量值较小。随着科学技术的发展，其他各类电力电子设备逐渐替代了变压器成为了谐波产生的主要原因。由于电力电子技术通常是以整流二极管作为其整流器件，实现交流电和直流电之间的转换，所以，电子电力技术中使用最广泛的转化形式就是 AC/DC转换。在通常情况下，在选择电力电子设备时，通常优先选择大电容器和桥式整流器滤波作为AC/DC 转换器。通过实验得知，大容量滤波电容器对二极管导通角的影响较小，当交流电压达到正弦波的波峰时，二极管能够开始导通，这就电流波形发生了变形的根本原因，有些情况下三次谐波会超过基波，并表现为窄尖峰脈冲形式， 因而线路功率因素通常会比较低。

3.2 电能计量受电力系统谐波的影响

（1）如果是全电子式的电能表，如现在广泛使用的智能表，表计在工作时， 其中央处理器能够将采集到的电压电流信号的瞬时值进行计算。从理论分析的角度来看，CPU的这种处理方式对记录的电量、电力系统谐波总的平均功率耗用值和负载基波记录是准确的，但在真实的环境下，由于受到谐波电流的干扰，当该电流从负载流向电网时，此时全电子式电能表需要加总谐波有功电能和基波有功两部分电能，那么此时记录的电能值将会小于负载实际消耗的基波电能，从而造成误差，这也是全电子式电能表在受谐波影响时的最大缺陷。不仅如此，全电子式电能表也会会受到其他因素的影响而出现计量上的误差，包括计量电能的计算方法、电流电压变换组件的影响等因素，以及系统频率、电压电流、温度等外界因素，都会对高次谐波产生直接的影响，从而影响计量的准确性。

（2）对于电磁式感应电能表，是以采集基波信号为基础设计的。如果在电能表工作过程中电流电压的基波和高次谐波分量同时存在，则电能表的功能元件旋转圆盘阻抗和电压线圈的阻抗会出现一定的变化，工作电压磁通和电流磁通的随之发生改变，电磁转盘的驱动力也会变化，电能表的计量误差随之产生。除此之外，由于基波与谐波的相互叠加，波形也会发生一定程度的畸变，由于电流线圈和电压的铁心不是线性元件，因此波形的改变无法让磁通发生线性改变。根据电路计算的有关理论可知，平均功率是根据相同频率的电流和电压作为条件进行计算的，因此，谐波对电磁感应式电能表同样存在影响。

4 电能准确计量的典型故障处理策略

在通常的分类方法中，电能计量装置主要由电能计量表计、互感器、二次接线等几部分组成， 因此电能计量装置的综合误差也相应由这几部分误差组成。在实际工作中，综合误差在数值上等于互感器合成误差和电能计量表计误差、电压互感器二次回路压降引起的误差三者之和，具体如下式 ：

（3）

式（3）中为电压互感器二次回路压降引起的误差（%），为电能计量表计的相对误差（%）， 为互感器的合成误差（%）。

4.1 互感器配置不合理造成的影响

4.1.1 计量用电流互感器的准确度等级选用不达标

（1）选用电流互感器不满足有关计量规程的要求。在互感器安装使用前，应对计量用的电流互感器严格按照0.2S电流互感器的误差检测标准进行检测，如果误差检测结果满足0.2S级误差的计量要求， 其准确度等级可以看成“同 0.2S 级 ”。

（2）在实际工作中，经过检验达不到 0.2S 级误差要求的电流互感器 ， 而且装互感器的计量点是结算点，该线路月平均负荷比較小 （如< 20% In）， 那么建议在适当时机对互感器进行更换；其他互感器的只要能满足0.2级误差要求就可以保留，暂不进行更换。

（3）对新建工程做供电方案的时候，设计人员要严格按照规程规范的要求，准确计算，严把设计选型关，不要出现误差误差超标的情况。

4.2 计量用互感器未采用专用绕组的情况

（1）在现场，有时为了工作方便，常常有测控、保护、远动等设备与计量共用一个绕组的情况，这虽然减少了互感器的数量，但也为准确计量留下了隐患，如果有这种情况建议采用如下措施：

1）设专用计量互感器，或从电压互感器落地端子箱到电能表屏铺设专用计量电压回路，以尽量减少计量二次回路电流的大小，从而降低 PT 二次压降。

2）在PT落地端子箱处加装空气开关，以减少计量装置现场校验对其他回路的影响。

（2） 对新建或扩建工程，做供电方案设计时就尽量采用计量专用的的电流、电压绕组。

4.3 互感器二次负荷偏小的情况

（1）互感器的实际负荷应该与设计选型相符，但是实际使用中，常常发现互感器的额定二次负荷大于实际负荷太多。这就要求在工程设计阶段， 一定要严格按照设计方案进行选型，余量不能留太大。

（2）如果互感器实际二次负荷偏小，会严重影响互感器的精度， 如果出现这种问题，可以对计量中使用的电压互感器进行二次负荷改造，如更换互感器、调整互感器误差曲线、调低额定二次负荷等等。

4.4 电压互感器二次压降超差的情况分析

（1）造成电压互感器超差的因素很多，主要有： 1）电压互感器二次回路导线长且截面积小，导致阻抗增大；2）如果二次回路接入的设备多，则二次回路电流就会增大，二次压降就会变大；3）长期运行二次压降随着接触电阻的增大而增大；4）由于互感器二次回路存在多点接地，造成电能表侧中性点电位偏移，导致二次压降测量值偏大。总之，前面三个原因可以通过增大有效导线截面积和减少回路阻抗来解决；但中性点电位偏移常常被所忽视，但是实际测量中发现这一点对PT二次压降影响极大。所以，应根据实际情况分析互感器超差原因， 制定切实可行的措施减小误差。

4.5 电表故障分析处理策略

当前，电能表停止计量（停走）的原因很多，通过信息采集系统检索出来的数量也多，根据实际情况很难判断，我们主要关心的是，电表原来是计量的，突然不再计量，它的原因在哪里。由于信息采集系统的广泛使用，可以借助该系统进行一些必要的筛查。

建议采取以下策略：

（1）建立停走电表的记录，以月为单位，分月初和月末，分别为起点和终点，如果电表整月都不走，则形成历史月记录。

（2）检索当前月停走的电表，以当月1号到当前日为跨度形成当月停走电表。

（3）将当月停走电表与任何一个历史月记录比较，若当月停走电表也存在于历史月记录中，则认为正常，不显示。若当月停走电表不在历史月中，则认为是当月停走，属于异常，显示到分析结果中，这样，分析结果的记录将大为减少，将对这部分显示的记录进行重点分析。

（4）如果一块电表一直未走，且没有读数，则可单独显示出来。

通过以上的逐步筛查，能大大缩短寻找当月停止计量的表计的时间，通过现场核查，一般能顺利解决该类计量故障。

5 结论

导致电能计量误差的原因很多，其中谐波和电能计量装置误差是其主要的原因之一，因此必须对造成误差的根源进行认真仔细分析，才能找到真实的原因。随着信息采集技术的全面推广，利用电能信息采集系统进行误差分析是一种新的技术手段，特别是电能表停走这种现象，运用系统进行初步筛查，缩小了故障范围，在现实的工作中具有一定的实际意义。

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2015年湖南省教育厅科学研究项目，一般项目一览表序号：5

作者简介：杜宗林，男，四川广安人，研究生，讲师，从事电能计量教学工作。