强磁干扰环境下的电能表计量失准研究

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(深圳供电局有限公司营销稽查中心，深圳 518048)

强磁干扰环境下的电能表计量失准研究

黄令忠，李炳要，王琪，侯玉，莫山山

(深圳供电局有限公司营销稽查中心，深圳 518048)

本文研究了强磁干扰对电能表计量误差的相关影响，并提出了防治强磁干扰窃电的方法。

强磁；计量装置；误差

1 引言

在配电网中，电能计量是供电企业与电力用户之间进行经济结算的重要依据，电能计量的准确性直接关系双方的经济利益。然后，盗窃电能的现象时有发生。随着社会的进步窃电手段更像高科技化、隐蔽化、团伙化发展。据了解，有些地方已经出现了利用强磁场干扰电能表窃电的新动向。此类窃电手段效果明显、隐蔽性强、取证困难，给供电企业反窃电工作带来了重重困难。针对上述现象，笔者结合日常工作中发现疑似强磁干扰窃电的现象对强磁干扰环境下电能表计量的准确性进行了试验研究，并进行了初步定量分析，最后提出了预防强磁干扰窃电的措施。

2 理论分析

2.1 强磁铁

我们常称的强磁铁主要是指钕铁硼强磁铁，钕铁硼作为第三代稀土永磁材料，具有体积小、重量轻和磁性强的特点，是迄今为止性能价格比最佳的磁体。预计在未来20～30年里，不可能有替代钕铁硼的磁性材料出现。生产钕铁硼永磁材料的主要原材料有稀土金属钕、金属镨、纯铁、铝、硼铁合金以及其他稀土原材料，其化学式为Nd2Fe14B，在裸磁的状态下，磁力可达到3500mT左右。

2.2 相关标准要求

2013年颁布实施的国家电网标准《三相智能电能表技术规范》(Q/GDW1827-2013)中规定：电能表处于工作状态，将其放置在300mT恒定磁场干扰中，电能表应不死机、不黑屏；电能计量误差改变量不应超过2.0%。阈值由实际安装位置整定。由于外加强磁铁的磁场远远超过标准中电能表所测试的强度，因此不法分子将强磁铁放在在电能表附近时，电能表的误差将增大，导致不能正常计量所用电量。

2.3 电能表工作原理

电能表测量的原理：电能表通过计量芯片采集输入电能表的电压信号和电流信号，并将采集到的信号变换成数字信号进行运算处理并输出显示，如图1 所示。其中电压线路通过一般采用互感器、电阻分压或者两者结合的方式采样；电流线路一般通过互感器加采样电阻的方式采样。

电流互感器采样原理图如图2所示。其中RL为采样电阻，其他部分为电流互感器电路，电流互感器的采样原理就是变压器原理：U1/U2=T1/T2,I1/I2=T2/T1。有欧姆定律U=RI知，在电流通道的两个管脚之间加一个电阻，则可以使两个管脚之间的电压随输入电流变化而变化，以达到采样的目的。

图1 单相电能表原理框图

图2 电流互感器采样原理图

3 强磁场对电能表计量误差影响的试验研究

为了研究强磁场对电能表计量准确性的影响程度，笔者选用了4个厂家、8种型号的电能表，以及三种不同磁场强度的磁铁，并在中国南方电网用电检查专业职工技术创新基地内的电能表高频强磁干扰试验台上进行试验。所选电能表的厂家及型号如表1所示，所选磁铁的尺寸均可同时覆盖电能表的三个(或两个)电流采集线圈。试验分三部分进行，通过已校准的三相电能表校验仪分别测量固定磁场强度固定距离、固定距离不同磁场强度、固定磁场强度不同距离三种情况下试验电能表的计量误差，并对得出的试验数据进行分析，从而实现强磁场对电能表计量误差影响的试验研究。

表1 试验电能表厂家及型号列表

3.1 强磁场干扰前后电能表计量误差对比研究

在强磁场干扰前后电能表计量误差对比研究实验中笔者选用不同厂家、不同型号的三相三线电子式电能表、三相四线电子式电能表进行了实验。将磁铁与电能表的位置固定，在不更换强磁铁(磁场强度3500mT)的情况下测量不同厂家不同型号电能表的计量误差，同一磁场强度同一距离时不同厂家电能表的测量误差记录如表2所示。通过数据分析不难发现，强磁干扰对所选用的4个厂家、8种型号电能表的测量误差均有影响，且被干扰电能表的计量误差均为负，从而可以得出结论：强磁干扰会导致电能表计量失准从而少计电量。

表2 同一磁场强度同一距离时不同厂家电能表的测量误差记录表

3.2 距离固定时磁场强度对电能表计量误差的影响研究

在电能表计量误差与磁场强度关系的实验室中，笔者选用不同厂家、不同型号的三相三线电子式电能表、三相四线电子式电能表进行了实验。将磁铁与电能表的位置固定，通过更换三种不同强度的磁铁来测量电能表计量误差的变化情况，同一距离不同磁场强度时不同厂家电能表的测量误差记录如表3所示，三相三线电子式电能表、三相四线电子式电能表的计量误差曲线图如图3、图4所示。通过实验不难发现：(1)电能表的计量误差的绝对值会随着磁场强度的变化而呈正相关变化，即磁场强度小时电能表计量误差的绝对值小，磁场强度大时电能表计量误差的绝对值大；(2)磁场强度较小时(一般小于350mT)电能表计量误差几乎不受磁场强度变化的影响；(3)当磁场强度继续增大到一定程度时，电能表将停止工作，即不会对电量进行计量、有功表码将不走字。综上，磁铁与电能表距离固定时，随着磁场强度的增加，电能表计量误差受干扰程度增大，即同等条件下计量的电量减少。

表3 同一距离不同磁场强度时不同厂家电能表的测量误差记录表

图3 距离一定不同磁场强度时三相三线电子式电能表计量误差曲线图

图4 距离一定不同磁场强度时三相四线电子式电能表计量误差曲线图

3.3 磁场强度固定时相对距离远近对电能表计量误差的影响研究

在电能表计量误差与磁场距离远近关系的实验室中，笔者选用钕铁硼强磁铁(磁场强度3500mT)对不同厂家、不同型号的三相三线电子式电能表、三相四线电子式电能表进行了实验。通过改变钕铁硼强磁铁与电能表的距离来测量电能表计量误差的变化情况，同一磁场强度不同距离时不同厂家电能表的测量误差记录如表4所示，三相三线电子式电能表、三相四线电子式电能表的计量误差曲线图如图5、图6所示。通过实验不难发现：(1)电能表的计量误差的绝对值会随着磁铁与电能表距离的变化而呈负相关变化，即距离小时电能表计量误差的绝对值大，距离大时电能表计量误差的绝对值小；(2)距离较远时电能表计量误差几乎不受磁场强度的影响；(3)当磁铁贴近电能表时，电能表的电流采集线圈瞬间饱和，二次电流突降为0.01A左右，几乎无电流流过电能表内部计量元件，电能表不对电量进行计量、有功表码将不走字。综上，磁场强度固定时，随着磁铁与电能表距离的减少，电能表计量误差受干扰程度增大，甚至出现完全不计量的现象。

表4 同一磁场强度不同距离时不同厂家电能表的测量误差记录表

注：原始数据中0cm的计量误差为∞，此图用“-10000”表示图5 磁场强度固定不同距离时三相三线电子式电能表计量误差曲线图

注：原始数据中0cm的计量误差为∞，此图用“-10000”表示图6 磁场强度固定不同距离时三相四线电子式电能表计量误差曲线图

4 预防措施探讨

鉴于以上三个实验，我们可以得出结论：强磁场干扰环境下电能表计量失准少计电量，电能表的误差大小与强磁铁的位置以及磁场强度有关，且距离越近、磁场强度越强电能表受影响越严重，计量的电量越少。由此，我们不妨大胆的提出几条预防措施。

(1)将计量箱内部空间由常规的200mm厚改为300mm厚，并将电能表按照在距计量箱门200mm处，通过增加磁铁与电能表之间的距离预防强磁干扰窃电；

(2) 计量箱背板改为双层，且两层之间填满细铁粉，利用隔磁的原理通过双层背板之间填充细铁粉达到降低磁场强度甚至隔断磁场的目的，以实现预防强磁干扰窃电的目标；

(3) 将计量装置更换为直接采集变压器进线端的电压、电流进行计量的高压计量装置，从而达到预防强磁干扰窃电的目的；

(4) 在计量箱内加装强磁干扰报警装置，及时通知用电检查人员，及时查处，从而达到打击强磁干扰窃电的目的。

5 结束语

本文通过借助中国南方电网用电检查专业职工技术创新基地内的电能表高频强磁干扰试验台对强磁场环境下电能表计量的准确性进行了试验研究，分固定磁场强度固定距离、固定距离不同磁场强度、固定磁场强度不同距离三种场景对强磁场环境下电能表计量的准确性进行了初步定量分析，得出了强磁干扰环境下电能表计量的电量会出现减少甚至不计量的结论，依据试验结论提出了相应的预防强磁干扰窃电的措施，为预防强磁窃电提供了有力的支撑。

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ResearchonElectricEnergyMeterCalculationInaccuracyunderStrongMagneticEnvironment

HUANGLing-zhong,LIBing-yao,WANGQi,HOUYu,MOShen

(Shenzhen Power Supply Bureau Co.,Ltd.Shenzhen 518048,China)

In this paper,the strong magnetic interference of electric energy meter error influence is to be studied,and the method of preventing magnetic interference electric larceny will be put forward.

strong magnetic;metering device;error

1004-289X(2017)02-0053-05

TM15

B

2016-07-05