现行三相电能表计量缺陷及案例分析

陶勇，刘金友，赵枫，乔惠

(国网安徽省电力有限公司合肥供电公司， 合肥 230001)

0 引 言

电能表是电能计量的法定器具，电能表的计量准确性和设计合理性直接影响贸易结算的公平、公正[1-3]。近年来，随着电力市场、电力系统的不断发展，泛在电力物联网的提出和建设[4-6]，电能计量需求也在发生变化，如分布式电源在配网中的大量投用，对现行三相电能表计量规则和合理性提出挑战，同样，错接线或窃电行为引起的反向电量的准确计量也存在类似问题，同时也给安全运行带来隐患。

1 三相电能表计量原理

根据工作原理，现行电能表可分为电磁式电能表和电子式电能表两大类。电磁式电能表工作原理是被测电路的电压和电流在转盘内产生交变磁通和感应电流，交变磁通和感应电流相互作用产生驱动力矩，力矩作用于转轴上驱动电能表走字。由图1所示，三相四线电能表三组电磁元件分别作用在各自的转盘上，但所有转盘同轴，所以作用在转动元件上的驱动力矩决定于多组电磁元件产生驱动力矩的代数和。故电磁式电能表从硬件上决定了功率值必须为代数和。

图1 电磁式三相四线电能表结构示意图

计算公式如下：

(1)

电子式电能表一般由采样电路、计量专用集成电路、微处理器和各种显示装置、接口组成，已不再受电磁式电能表只有一个转轴的机构限制(见图2)，每相都有单独的采样元件。但目前使用的电能表仍延续电磁式电能表计量规则，三相电路中的视在功率为各单相视在功率的代数和[7]，即三相功率代数相加如为正，则计入正向总，三相代数相加如为负，则计入反向总。

图2 电子式三相四线电能表结构示意图

2 现行三相电能表计量缺陷及案例分析

文章发现，三相电能表采取代数和的计量方式存在缺陷，三相中一旦有潮流不同方向的情况，必然会出现正负相抵。但历年来，用户是受电方，用电潮流是一个方向，不考虑“非正常”的反向情况，如果有也是接线错误造成，所以“代数和”计算的方式一直沿用至今。图3所示为2019年生产，执行GB/T 17215.321-2008及DL/T 698.45-2017规范的三相四线电能表，其仍然采用“代数和”方式(0.1991≈-0.1730+0.1894+0.1834(截图时间略有差异))。

图3 现行三相四线电能表功率计量实物图

但随着社会的发展和需求的变化，用电环境的多样性已使反向这个“非正常”的情况“合理化”，“代数和”已不能适用当前的计量需求，主要体现在以下三个方面。

2.1 分布式电源(光伏)的计量及结算错误

“自发自用、余电上网的分布式光伏发电项目，发电关口计量点设置在发电侧，电能表正向指数记录用户发电量。上网关口计量点和用网计量点应合并设置，并共用一套计量装置分别计量上网电量和用网电量，其中电能表反向指数记录上网电量，正向指数记录用网电量”[8-9]，这就产生了“合理”的反向。以自发自用余电上网的一用户为例，电能表配置见图4。

图4 光伏用户电能表配置

用电信息采集系统(下称用采)透抄电能表获取的ABC分相“正反分计”指数(目前电能表只分相存储月结算日指数，屏显、采集、结算仍按“代数和”)及按现行“代数和”方式计算的总指数见表1。

表1 抄表指数

表2中，正反分计电费(232.689 721)-代数和电费(209.527 059)=23.162 662(元)，导致供电公司对该光伏用户该月实际少收电费约23元。分析原因：当三相电能表有某一相或两相有反向上网电量，另外两相或一相仍正向用电时，根据现行电能表“代数和”计算规则，电能表有功总只记录正、反向电量相抵后的代数和，即“代数和”为正，记录为正向电量；“代数和”为负，记录为反向电量。存在不同相的部分电量正、反相抵，且相抵电量未计量。此时，“代数和”方式记录的正向或者反向电量均不能准确反映实际正向或反向电量，使计量的供、用、发电三方电量产生偏差，进而导致电费差错。

表2 抄表电费表

2.2 线损计算错误

由于公变台区关口采用三相四线电能表计量，在某些光伏发电量大的台区，会造成整个台区存在分相“倒送电”的情况，但由于电能表采用的是“代数和”的计算方式，存在正负相抵的情况，导致关口正反向电量计量不准确，进而使分台、分线、同期线损计算错误，详见下面实例。

某台区关口计量配置参数和月电量分别见图5和表3，该台区光伏发电用户达17户，台区存在“倒送电”的情况。

图5 某台区关口计量配置参数

表3 某台区月用电量

按目前“代数和”的方式，存在正反相抵，正向有功即该台区的月用电量为23 672 kW·h，反向即该台区月发电量为2 460 kW·h。而按“正反分计”的方式分别是：正向有功为26 656 kW·h，反向为5 444 kW·h。由于“代数和”正反相抵的缺陷使该台区该月用电量及发电量减少了2 984°。台区关口的用电量及发电量是作为不同线损计算公式的分母或分子，且众所周知a/b≠(a+x)/(b+x)且x≠0，所以“代数和”的方式导致线损计算错误。

2.3 不利于异常用电、不安全用电的发现

从“代数和”的特点可以得出，当反向功率小于正向功率时，总功率会一直显示正值，从而“掩盖”实际有反向的情况，详见下面的实例分析。

某台区9月份线损为18.73%(见表4)，属于高损，一直查不到原因，后通过逐户逐表检查，发现该台区农贸市场内一户低压三相四线倍率表表屏显示A相有反向(见图6(a))，通过另接仪器检测，三相均有电流且A相始终小于B相、C相之和(见图6(b))，A相功率因数极小(见图6(c))。

表4 某台区9月份线损

图6 某用户电能表电气量参数

“代数和”正负相抵后，电能表一直产生不了反向总电量，故用采系统一直判定“正常数据”(见图7)。此户经现场整改后，11月台区线损为5.83%(见表5)，合格。错接线分析研判同样存在类似问题，传统分析方式[10]也未考虑现行电能表的此情况。

图7 某用户电能表采集数据

表5 某台区11月份线损

该户为典型的“代数和”掩盖了反向的情况，在电力用户全覆盖全采集且用采系统分析为“正常”的情况下，很容易忽略该户现场有反向的异常，增加了“纠错”时间和成本。而采取“正反分计”日采集的方式，最迟次日系统即可发现该“非正常的反向”。另一实例如下，某台区线损时正时负(见表6)。

表6 某台区日线损

经现场排查发现，一只低压三相倍率表虽接线正确，但确有反向情况，通过进一步检查,发现出线空气开关断开后，开关上下端仍都带电(见图8)。

图8 某用户空开断开后两侧电压

之后了解，此表为小区水泵表，水泵的双电源切换装置损坏，小区电工自行把水泵的双电源直接并接使用，造成实际的倒送电。此情况对于现场用电非常危险，形成事实上的双电源供电，而此台区非光伏台区，给检修运维人员带来非常大的安全风险。且此表的开关和线路实际成为两个台区变压器低压“母联”开关，一旦一台变压器检修停用，就要承载另一个台区的全部负荷，而开关、线路的容量远远不够，运行非常危险。“代数和”的方式“迟滞”或“掩盖”了该问题。

3 结束语

由此可见，三相电能表“代数和”的计算方式由于存在“相抵”的缺陷，已不能满足日益多样化的用电需求，直接导致分布式电源(光伏)计量结算错误、线损计算错误，增加了错接线、电量追补、不安全运行的发现难度。

电磁式三相电能表受硬件结构限制，无法按“正反分计”的方式计量。但电子式电能表，特别是智能电能表，已对每相数据单独采样，只是最后由计量芯片按代数和方式汇总，其每相数据已单独计算并存储，由实例电能表(表1)抄出的情况也可看出，月结算日的指数是有分相存储的。这种情况下，只需修改电能表软件就可实现“正反分计”。

建议三相电能表总指数计算方式应修改为“正反分计”——每相的正向纳入电能表总的正向、每相的反向纳入电能表总的反向，即采用“正归正计、反归反计”的分开计算方式，使计量更真实、更准确。同时电能表内也应存储每相相应的日冻结数据，用采系统也进行相应的日采集。