电能量计量管理系统缺失电量计算方法探讨

罗德洋

（广东众诚电力建设工程有限公司，广东 佛山528137）

作为衡量发电量计算用户功耗的重要设备，随着大型电网的发展，电能计量设备的技术水平和精度要求逐渐提高。由于大功率设备在运行过程中的冲击负荷以及计量设备本身的故障，各种原因都会影响智能电表的电能计量精度。作为电能计量系统的重要组成部分，电能计量的准确性直接影响着电力部门的收入和整个电网运行的经济效益。

1 电能量计量管理系统概述

1.1 数据采集与处理。由于变电站中大量的测量点，每个测量点收集的电能信息量巨大且费时，人工成本高，准确性和及时性低。因此，应用测量自动化技术来实现电能信息的自动收集，以提高电能数据读取的准确性，及时性和统一性，达到规范用电管理，减少人员，提高效率的目的。

1.2 电力数据统计与计算。电力统计和计算是电力管理的核心工作，涉及庞大而复杂的结算和统计数据。应用计量自动化技术实现对各种用电数据的统计，可以利用时段进行分类统计，使用电信息的分析变得清晰；另外，测量自动化技术的应用也方便了功率损耗的计算，功率损耗的计算是功率管理的重要工作，通过计算功率损耗找出损耗的原因，制定降低损耗的措施可以大大降低了供电企业的运行成本，提高了效率，通过异常的线损信息及时发现了电网运行设备的异常情况，为电网的稳定运行提供了数据依据。

1.3 报告管理和信息发布。实现了电能数据报告的自动生成和发布，为电网稳定安全运行和电网建设或改造提供了数据基础。根据系统提供的详细数据，通过特殊和通用电子制表功能的应用，根据应用需求，对收集到的数据进行分类计数，生成相应的报告，如：原始数据报告，用电分析报告，比较报告，线路损耗平衡报告，总线线路平衡报告，变化损耗分析报告，电压通过率报告，电压损耗记录报告，警报消息利息声明等。

1.4 系统界面。系统接口与MIS 系统相连，因此相关的测量数据（例如电量数据，负载数据，线损报告，比率参数和其他相关的测量数据）可以在Web 上发布并在MIS 系统中查看。

2 电能量计算基本原理

根据电路原理，将一次电路，变压器，二次电路和电能表逻辑连接，以实现电力线的电能计量。由于客户的电路类型不同，相应的电能计量装置的接线方式也不同。根据接线方式的不同，电能计量装置分为三类：单相，三相三线和三相四线。

2.1 单相。对于220 V 单相低压用电器，主要使用单相有功电能表。如果用户的负载较大并且超出了电度表的范围，则需要先通过电流互感器，然后使用单相电度表来计算用户的用电量。如图1 所示，是单相有功电度表的接线图。

图1 单相式电能表接线图

单相有功电能表计算有功功率的方程式为：

式中：U相- 单相电路电压；I相- 单相电路电流；φ - 相电压和相电流之间的夹角。

2.2 三相三线式。对于中性绝缘系统，主要使用三相三线有功电能表。如图2 所示，是三相三线有功电度表的接线图。在图中，两个电压互感器通过Yy 模式连接。一次侧分别连接到A相，B 相，B 相和C 相，并且连接到二次侧的B 相需要接地，以确保连接到电表的两个电压对称，并且测量次级侧的线电压Uab和Ucb。电流互感器分为四相线路连接方式。高压侧连接到A 相和C 相，低压侧连接到a 相侧面布线需要一点接地，并测量次级侧的负载相电流IA 和IC。

图2 三相三线式电能表接线图

三相三线式有功电能表计算有功功率的方程式为：

当三相电路平衡对称时：

式中：

2.3 三相四线式。对于中性点有效接地的系统，主要使用三相四线有源电度表。如图3 所示，是三相四线有功功率计的接线图。图中三个变压器采用YY 接线方式，一次侧分别与N 相，BN 相和CN 相连接，二次侧连接的中性点需要接地，相电压UA，Ub 二次侧的UC 可以通过测量得到；两个电流互感器通过相分离六线连接方式连接，高压侧分别连接到A 相，B 相和C相，低压侧接线需要一点接地，负载相电流ia 为二次侧测量，IB和IC。

图3 三相四线式电能表接线图

三相四线式有功电能表有功功率计算方程式为：

（假定三相电路对称平衡）

式中：

3 电能量计量缺失

3.1 电量缺失的成因。电量不足的原因可大致分为三种：计量设备故障，计量电路故障和窃电。其中，偷电是人为因素造成的。因此，本文仅分析了计量设备故障和计量电路故障造成的功耗损失。3.1.1 计量装置故障。从计量设备的内部电路图可以看出，计量设备故障的主要原因是电压，电流互感器和电度表故障。（1）变压器故障。例如，雷击引起的过电压会使变压器烧坏而不能将其初级熔断管烧掉，从而使电能计量装置缺相并且无法正常测量电。（2）电流互感器故障。当电流互感器的变比选择不当时，会在长期高负荷运行状态下产生过大的电流，烧毁电流互感器的内部元件，使电能表缺相，进而引起电能表的缺相。电能损耗测量。（3）电表故障。电能表已经在露天工作环境中使用了很长时间。电能表的内部零件容易损坏，导致其无法正常工作。3.1.2 计量电路故障。计量电路故障通常是由计量设备的内部接线错误引起的。目前，广泛使用的三相三线和三相四线电能计量装置在通过相应的电压/电流互感器后需要与电能表连接。内部接线很多，容易出现接线错误。常见的计量电路故障主要包括：低压侧连接点松动，连接点断开引起开路，变压器反接，低压侧和低压侧。高压侧的相序不一致。如变压器初级侧的a 相保险丝熔断，导致断线故障。如果负载为感性负载，则有功电能表的测量结果将超过实际耗电量的1/2；如果负载是电容性的，则有功电能表的计算结果小于实际耗电量的1/2。

3.2 电量缺失的公式法计算方法

对于三相四线式，次级侧的相电压UA，Ub 和UC，负载相电流IA，IB 和IC 以及a，B 的三相电压和相电流之间的相差，用电计量装置测量C，并根据公式计算相应的电能。假设当B 相发生故障时，传统公式未考虑故障期间B 相剩余电压对电表的影响。

根据公式分析实际用电量和用电量测量不同条件下的耗电量测量值之间的关系如下：a.当k＞1。用电量的测量值应小于用户的实际用电量；b.当k = 1 时，表示电能计量装置可以获得。用电量的测量值等于用户的实际用电量；c.当0 ＜K ＜1 时，表示电能计量装置可以测量。用电量的测量值大于用户的实际用电量；d.当k ＜0 时，表示电能计量装置测得的功耗。电能的测量值为负，电能计量装置反转。e.当k =∞时，表示电能计量装置完全失灵，无法获取用电量测量值。

结束语

文章简要阐释了电能量计量管理系统的结构、电量缺失计量的原理，以及公式法计算缺失电量的流程。从以上研究中发现，采用公式法计算缺失电量虽然具有一定的适应性，能够简单评估用户用电量与故障情况下实际用电量之间的差距，但是存在较大的局限性，例如当修正系数k 值趋于无穷大时，表明电能计量装置失灵，此时不能够获取真实的用户用电量数据，也就无法有效计算电量的缺失量。由此可见，基于公式法计算由互感器或是二次回路故障引起电量缺失的前提是假定负荷是三相对称的，但在实际情况下，用户三相负荷不一定是三相对称平衡的，此种缺失电量计算方法仅能做预先的评估。当前电能量计量管理系统一般具有自动计算电量缺失的功能，具有操作简单、计算结果精准性强、评估准确等优势，因此下一步研究将围绕缺失电量的自动化计算方法，基于已有的电能量计算管理系统结构与电量计算原理提升理论与实践研究水平，致力于为电能的稳定、安全输送、保障用户用电量充足提供思路与方法。