基于智能电能表内部数据的接线分析方法

刘正友，冷剑波，苏慧琳，郑 艳，高永峰

（1.云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000；2.西安双英科技股份有限公司，陕西 西安 710075）

随着用电客户的不断增加和智能电能表全覆盖工作的完成，针对智能电能表投运验收及装置日常运行的接线检查分析将是电能计量运维、用电检查重要工作内容，也是供电企业经营发展的重要环节之一，电能表如果出现接线错误情况直接影响着电能表能否正确计量，对供电企业的经济效益有着严重的影响，是用电量准确计量及供用电双方公平交易的可靠保障[1]。

电能表的现场接线种类繁多，三相三线接线电能表方式就有192 种，其中感性负载下有46 种[2]；三相四线电能表接线方式有2304种；我国每年因接线错误等造成的经济损失高达百亿[3]；传统接线的检查直观检查法、电压检测法、相序测量法、向量图测量法需要时间较长[4]，如何快速进行现场接线判别，提高工作人员的检查效率是本文研究的方向。

传统的用电检查要使用万用表、相序表、相位表等仪表进行接入，前期准备工作时间长，测量结果需要人为分析，现有技术中并没有使用多功能电能表的内部数据来进行接线分析。而目前多功能电表中均对每相功率元件的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数以及电压相序均有测量，可以使用485 或红外接口读出，利用多功能电能表内部数据，无须外接测量仪表就可以实现一种高效的接线判别方法，保证电能表的接线正确及计量工作的准确性。

1 接线分析原理及方法

1.1 三相三线两元件电能表接线

三相三线接线中电压互感器TV1和TV2常用方式为V/V接线，电流互感器TA1和TA2通常形成A、C两相电流接入电能表[5]。接线方式共有192种，其中2种接线正确。具体说明如下：

TV1 和TV2 共有4 种接法，TV1 正TV2 正、TV1 正TV2 反、TV1 反TV2 正、TV1 反TV2 反 如图1所示。

图1 TV1和TV2的4种接法

TV 二次至电能表连线共有6 种：正相序3 种ab-c、b-c-a和c-a-b和逆相序三种a-c-b、b-a-c和c-ba，如图2所示。

图2 三相三线两元件TV二次至电能表6种连线

电 流互感器TA1 和TA2 共有4 种接法：TA1 正TA2 正、 TA1 正TA2 反、 TA1 反TA2 正、 TA1 反TA2反；参考TV1和TV2接法。

TA二次至电能表连线共有2种：正相序或逆向序，如图3所示。

图3 TA二次至电能表2种连线

1.2 三相四线三元件电能表接线

三相四线接线的电压互感器TV1、TV2、TV3，电流互感器TA1、TA2、TA3接线方式共有2304种，其中2种接线正确[6]。具体说明如下：

TV1、TV2 和TV3 共有8 种接法，TV1 正TV2正TV3 正、TV1 正TV2 正TV3 反、TV1 正TV2 反TV3 正、TV1 正TV2 反TV3 反，TV1 反TV2 正TV3正、TV1 反TV2 正TV3 反、TV1 反TV2 反TV3 正、TV1反TV2反TV3反，如图4所示。

图4 TV1、TV2、TV3的8种接法

TV 二次至电能表连线共有6 种：正相序3 种ab-c、b-c-a 和c-a-b 和逆相序3 种a-c-b、b-a-c 和c-ba，如图5所示。

图5 三相四线三元件TV二次至电能表6种连线

电流互感器TA1、TA2 和TA3 共有8 种接法：TA1 正TA2 正、 TA1 正TA2 反、 TA1 反TA2 正、TA1反TA2反，参考TV1、TV2、TV3接法。

TA 二次至电能表连线共有6 种：参考TV 二次至电能表接法。

2 基于智能电能表内部数据的接线分析

2.1 不同负载类型下分析原理

电网中由于不同的负载类型会引起电压和电流之间相位不同步，感性负载时电流滞后电压，容性负载时电流超前电压，由于感性和容性负载不同大小会产生不同的功率因数，所对应不同相角范围，如图6所示说明。

图6 基于不同负载类型接线分析原理示意图

相角φ∈(0°,60°]，功率因数cosφ≥0.5感性；

相角φ∈[60°,90°]，功率因数cosφ＜0.5感性；

相角φ∈[-60°,0°]，功率因数cosφ≥0.5容性；

相角φ∈[-90°,-60°]，功率因数cosφ≥0.5感性。

获取电能表的内部数据有功功率P、无功功率Q和功率因数PF，根据PF=cosφ，得到相位角：φ′=arccosPF，φ′∈[0°,180°]0°,180°。

要确定电压电流之间相位角φ（φ∈0～360°）还要根据Q的正负来计算。

Q＞0，则φ=φ′；

Q＜0，则φ=360°-φ′；。

2.2 不同接线方式下的的接线分析方法

2.2.1 三相三线接线分析方法

抄读到的电能表的信息，如表1所示。

由于三相三线电能表采用的是两元件进行计量，得的功率因数角第一元件为30°+φa，第二元件为330°+φc，根据有功和无功功率的正负可以计算得到每个功率元件的相位角（相角范围为[0°,360°]），根据电压之间的相位关系可以得到电流的相角，依次对每一个功率元件电流输入进行分析，具体判断如表2所示。

表2 三相三线电能表不同负载类型下接线分析

2.2.2 三相四线接线分析方法

抄读到的电能表的信息，如表3所示。

表3 抄读到三相四线电能表信息

三相四线电能表采用的是三元件进行计量，得的功率因数角即为每相负载的相位角，根据有功和无功功率的正负可以计算得到每个功率元件的相位角（相角范围为[0°，360°]），根据电压相序可以得到电压之间的相位关系，可以计算得到每个功率元件输入电流的相角，依次进行分析，具体判断如表4所示。

表4 三相四线电能表不同负载类型下接线分析

其中，对A 相定义为本相进行分析时，则C 相为前相，B 相为后相；B 相定义为本相时，则A 相为前相，C相为后相；C相定义为本相时，则B相为前相，A相为后相。

3 分析案例及结果说明

3.1 接线方式为三相三线示例分析

已知利用RS485 获取到的智能电能表内部数据为表5所示。

表5 利用RS485获取到的三相三线电能表数据

根据以上数据可以得出每相功率因数角为99°，针对＞0.5 感性负载查表2 后得到结果：第一功率元件电流为Ic反，第二功率元件电流为Ia正，因此接线判别结果为：A，C 相电流交叉，1TA 正、2TA反。显示结果正确，如图7所示。

图7 三相三线接线示例判别结果图示

3.2 接线方式为三相四线示例分析

已知利用485 获取到的智能电能表内部数据为表6所示。

表6 利用RS485获取到的三相四线电能表数据

根据以上数据可以得出A 相功率因数角为5°，B相为184°，C相为184°，针对＞0.5感性负载查表4进行接线判别结果为：A相正、B相反、C相反。结果显示正确，如图8所示。

图8 三相四线接线示例判别结果图示

4 结论

本文通过对智能电能表三相三线和三相四线接线理论分析，总结了一种利用接口直接抄读获取智能电能表内部数据，针对不同负载类型进行接线分析的方法，无须外接测量仪表，省去了外部接线等准备工作，提高了工作效率，可以方便进行多功能智能电表现场接线检查，满足现场使用，具有良好的推广应用价值。

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来源：中国电力新闻网