影响电能计量装置准确性的因素及解决方法

张丹晨 常皓

摘 要： 本文针对影响电能计量装置准确性的内部和外部因素，包括测量表计误差、电压互感器和电流互感器的合成误差，电压互感器二次回路压降误差及谐波影响等进行综合分析，提出了几种提高电能计量装置准确性的措施，对供电企业的计量管理工作，维护发、供、用各方利益具有一定的指导意义。

关键词： 电能计量装置；准确性；因素；解决方法

1导言

电能计量装置是电力系统中进行一切关于电能经济核算的核心装置，其准确性关系到电力系统中发、输、配、用各方面的经济利益，在电力系统中扮演着十分重要的角色[1]。影响计量准确性的因素众多，其主要分为计量装置内部影响因素和外部影响因素。内部因素包括测量表计误差、测量互感器误差和二次回路压降误差。同时很多来自计量装置外部的因素如电力系统高次谐波也会对电能计量带来一定影响。

2电能计量装置内部误差分析

2.1电能表误差分析

目前，电力系统中广泛使用的电能表为电子式电能表。电子式电能表的工作原理是对负载电压和负载电流采样，然后相乘得到与负载功率成正比的模拟量或数字量，送给功率/频率转换器转换为高频脉冲，再经过分频器变为低频脉冲，最后通过脉冲计数器计数，显示所得到的电能[2]。

假设在一段时间T内，采样平均电压和电流为U和I，功率因数为cosφ，则该段时间内累计电能量为W=TUIcosφ，但在实际运行中，被测电压、电流经乘法器后，会引入一个相位偏移δ，此时电能计算公式为

（1）

电子式电能表的计量误差为：

（2）

通常情况下，幅值误差伴随着相位偏移，假设实测电压电流分别为U'、I'时有

（3）

误差变为

（4）

令 ，则有

（5）

电子式电能表在经过采样电路、乘法器和转换器后，电压和电流在幅值和相位上均存在误差r和δ。电子式电能表计量误差εod随着功率因数cosφ的减小而变大，随电压电流幅值变化的相对值r的升高而升高。

2.2 互感器误差分析

電力系统中广泛应用于电压电流测量的是电磁式互感器其误差是由铁芯的结构和材料的性能决定的。其比差、角差与铁芯导磁率及截面积、二次线圈的匝数的平方成反比，与磁路长度及二次线圈阻抗、二次负载成正比，并受二次负载功率因数角和铁芯损耗角的影响。同时一些外界条件如一次电流、电源频率、二次负载阻抗（包括接触电阻）、铁芯剩磁等也会对其误差产生很大影响。

2.3 电压互感器二次回路压降误差分析

电压互感器二次回路阻抗和回路电流的乘积，即二次回路压降，包括电流在电缆、端子排及其接触电阻等上引起的电压之和。目前PT二次压降超标问题是一个比较普遍的问题，由于PT二次压降的存在，致使电能计量装置记录的用电量少于实际用电量。电压互感器二次压降的测量方法一般采用直接测量法。在三相三线计量方式下，用压降测试仪测出的电能表端电压U'ab（或U'cb）相对于电压互感器二次端电压U'ab（或U'cb）的比差fab（或fcb）和角差δab（或δcb）。

三相三线电路电压互感器二次压降引起的计量相对误差为

（6）

三相四线电路电压互感器二次压降引起的计量相对误差为

（7）

现实中电压互感器二次压降引起的误差可能相当大。

3电能计量准确性的其他影响因素

3.1谐波影响

谐波对电能计量装置的正常工作造成很大影响。尤其是当今生活中非线性负荷。使用电子式电能表计量时，被测量的含有高次谐波的电压、电流通过非线性的输入电路和乘法器后，会使被测电压、电流值发生畸变，从而影响电能计量的准确性，其中乘法器是产生计量误差的主要部件。在不同的谐波指标下，电子式电能表产生的误差不尽相同，故对其计量的准确性影响也存在差异[3]。

4提高电能计量装置准确性的方法

4.1 提高电子式电能表准确性

电子式电能表硬件的可靠性会影响电能表的准确性。因此需要选择可靠性高的元器件作为电能表硬件构成。同时还需要提高电子式电能表抗干扰的能力，如看门狗等电路都能将软件抗干扰能力提高，可让电子式电能表一端438 接口与单片机分离，A、B 两个接口加强保护，防止出现工模干扰或者差模干扰。

此外，还要在电表接收铁壳上进行外包，将其与GND 管胶连接，从而屏蔽掉电磁干扰[4]，提高电能表的计量准确性。

4.2 采用电子式互感器

电子式互感器是采用磁光、电光变换原理或由无铁芯线圈构成的新型互感器，它包括电流（电压）传感器、传输系统、二次转换器，具有模拟量输出或数字量输出。相对于传统的电磁式互感器，电子式互感器有明显的优点：1）在高电压、大电流的测量环境中，光纤或光介质是良好的绝缘体，它可以满足高压工作环境下的绝缘要求；2）没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险，以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险；3）不会产生磁饱和及铁磁共振现象4） 动态范围大，能在大的动态范围内产生高线性度的响应；5）整套测量装置结构紧凑、重量轻、体积小。因此在电力系统中可采用电子式互感器来提高计量的准确性。

4.3 减小电压互感器二次导线压降

电压互感器的负载电流通过二次连接导线及串接点的接触电阻时会产生电压降，因此对重要电能表装设专用的TV 二次回路，将电能表的二次回路与其他表计、继电保护装置等回路分开，直接由TV 二次端子单引专用电缆线至电能表，尽量缩短二次回路的长度，加大导线截面积，降低导线电阻。如双母线供电时，电能表的电压线必须通过隔离开关联锁接点时，应采用多接点并联，以减少接点接触电阻，专用的二次回路如果接有熔断器，应特别注意，要装设接触良好的熔断器。

4.4 减小谐波影响

对典型谐波源用户予以高度重视，认真宣传贯彻落实《电力系统谐波管理暂行规定》（SD126-84）的第八条、第九条、第十条、第十一条、第十二条等规定，协助用户限制和治理谐波，抑制电力系统中的谐波从而提高电能计量装置的准确性。[5]

5.结束语

综上所述，影响电能计量准确度的因素很多，若能在工作中确保计量方式合理，切实降低二次压降，适当采用电子式计量装置，努力解决谐波影响，将有效提高电能计量准确度，真正做到电能计量公平合理，维护发供用各方利益。

参考文献

[1] 李静，杨以涵.电能计量系统发展综述[J].电力系统保护与控制，2011，37（11）：139-134.

[2] 马晓光.电子式电能表的误差及其调整方法[J].电气时代，2004（3）：124-125.

[3] 邵珊.谐波对电能计量准确性影响的分析[J].电子世界，2012（22）：56-57.

[4] 陈丹英， 方杰， 王榕模等. 电能表计量性能试验影响量试验装置的实现[J]. 质量技术监督研究，2012（2）：35-39.

[5] 黄玉春.电力谐波对电能计量影响的分析与探讨[J].电力系统保护与控制，2009 ，37（10）：123-124，135.