三相三线电能计量装置电压互感器二次侧极性反接案例分析

王 壮，童格格，秦立瑛

（国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司，江苏 扬州 225000）

1 研究背景

电能计量作为电力企业与用户进行电能核算的数据基础，其计量的准确性关系到电力企业与用户的利益。电能计量装置是供电企业电能计量的核心组成部分，其自身的科学性、合理性、准确性至关重要，装置内各元件是否正常、接线方式是否正确等都影响着计量结果的准确性。

电能计量装置由电能表、电压互感器、电流互感器及二次连接导线构成。电能计量装置接线正确，是维护电能计量结果准确性的基础条件，关乎电费结算的公平公正。

简单的三相三线电能计量装置接线方式共有48 种，其中包括6 种电压相序、2 种电流相序与4种电流极性。这些接线方式较为常见，因此被研究得比较多，其他接线方式则较少见于研究中[1]。

相比于直接接入式电能表，经互感器接入的电能表接线复杂程度大大增加，接线异常的发生概率显著增大，并且异常发生的位置更加多元和隐蔽，从而带来排查难度大、异常原因难以准确定位等问题[2-3]。

当发生三相三线电能计量装置电压互感器二次侧极性反接时，由于可能存在电能表对自身电压接线相序判定异常，往往容易引起接线异常类型误判（如误判为电流互感器二次侧绕组串接），进而干扰接线更正，引起新的接线错误。本文基于某典型案例，分析此类异常的表现特征和发生机理。

2 电流互感器二次侧绕组串接特性

电流互感器二次侧绕组串接同样是常见的接线错误之一，其反极性串接时的电流特性与本文研究的电压互感器二次侧极性反接类似，因此下面先介绍电流互感器二次侧反极性串接时的电流电压特性[4]。

电流互感器二次侧反极性串接指的是A、C 两相线路上的电流互感器（TA）以相反的磁通方向串联在一起，电气接线图如图1 所示。

图1 电流互感器二次侧反极性串接电气接线图

用Ia、Ic分别表示A、C 两相的电流，当三相负载平衡时，两相电流相等，都为I，电流互感器线圈的感应电动势同样相等，记为E。当发生电流互感器二次侧反极性串接时，两相电流发生改变，变为大小相等方向相反，即Ia−Ic与Ic−Ia，感应电动势均变为。两相电流同样发生偏转，相对于正确接线时的电流Ia、Ic分别顺时针/逆时针偏转了30°。反极性串接后相量图如图2 所示。

图2 电流互感器二次侧反极性串接电气相量图

流过电流互感器的电流不会因为计量表计或继电保护装置等负荷而改变，所以可以把电流互感器当成电阻为r的恒流源。电流互感器串接等价于2个恒流源串联，此时电阻为2r，反极性串接后的计量电流为，即电流减小为原来的

3 电气量分析

电力用户用电信息采集系统常规采集电能计量装置的电压、电流、功率等电气量曲线数据，以及电压相序等状态字数据。

某专变用户电压等级为交流10 kV，电压规格为3×100 V，电流规格为1.5（6）A，综合倍率1 500。其采用三相交流供电方式，计量方式为高供高计，计量装置接线方式为三相三线，透抄电能表电压相序状态字为逆相序。

该用户的装表日期为2021 年1 月17 日，查询用户的电流曲线数据发现从电能表计量开始，该用户的A、C 两相电流长期呈现电流大小基本一致的现象，符合电流回路串接的特点。

进一步对接线相量图进行分析，计量装置在某一时刻的接线相量图如图3 所示，A、C 两相电流夹角呈180°。进一步以散点形式表征电流相量，绘制该典型日全天的接线相量图如图4 所示，A、C两相电流相量基本对称。综上，该用户A、C 两相电流呈现大小相等、方向相反的特点，与电流互感器二次侧绕组反极性串接的电流特性一致，疑似发生电流回路反极性串接。

图3 接线相量图（2022-5-31 16:30）

图4 接线相量图（2022-5-31）

4 电气量异常原理

4.1 计量装置接线图

三相三线计量装置正确接线如图5 所示。

图5 三相三线电能计量装置标准接线图

经计量人员现场检查发现，本案例中接线异常类型为计量装置第二计量元件所在回路的电压互感器极性反接，接线图如图6 所示。

图6 案例接线图

4.2 典型异常特征

电压互感器接线正常的状态下，电压三角形为等边三角形，如图7 所示，三条边为线电压Uac、Uab、Ucb，三角形中心点到各顶点为相电压Ua、Ub、Uc，线电压幅值为相电压的倍，两者大小分别为100 V 和57.7 V。

图7 电压三角形

当第二计量元件所在回路的电压互感器发生反接后，Ucb反向，此时A 相与C 相间的线电压Uac由Ubc指向Uab，三者构成顶角为120°的等腰三角形，Uac为原线电压的倍，约173 V，此时电压三角形如图8 所示。

图8 电压三角形（TV 极性反接）

因此，发生电压互感器二次侧反接时，典型异常特征为Uac幅值约为173 V。若是现场人工检查，可以通过测量电压Uac的值进行验证，而电能表中没有采集电压Uac的值，因此无法在远程进行判断。

4.3 TV 远程监测结果异常原因分析

4.3.1 电能表电压接线相序判定异常

本案例中，计量人员基于用电信息采集系统远程透抄电能表的电压相序，结果为顺相序接法。经现场检查结果发现，电能表电压实际为逆相序接法，因而引起接线相量图绘制错误及分析结果错误。

经分析，产生该异常的主要原因为电能表自身相序判别规则存在不足。当前，三相三线电能表大多采用两相计量电压过零点的时间间隔判断相序[5]。结合图7，在正相序时，第一元件计量电压Uab超前第二元件计量电压Ucb300°（如图9），考虑电网频率约为50 Hz，超前过零点时间约为16.67 ms。考虑电网频率波动和计时误差等影响因素，判别时间基准允许存在一定的裕度 ε，因此当第一元件电压过零点时间超前第二元件 (16.67±ε) ms 时，判定电能表状态字记录为电压顺相序接线，若不满足，则记为逆相序。

图9 正相序电压波形图

发生第二元件反接时，结合图8，第一元件计量电压Uab超前第二元件计量电压Ubc120°（如图10），对应超前过零点时间约为6.67 ms，由于6.67 ms ∉{16.67−ε,16.67+ε} ms，因此被误判定为逆相序。

图10 TV 极性反接电压波形图

此外，在本案例中，用户负荷性质较为特殊。该用户为新能源汽车充电公司，提供充换电服务，在电动汽车充电时，三相负荷幅值基本一致，因此易被误判为电流回路发生串接。

4.3.2 电压采集信息不足

在顺相序下，重新绘制接线相量图，如图11 所示，与C 相电流反向时的图形特征一致，易被误判为C 相电流反接。因此，由于缺少Uac的计量结果，实际上难以远程判定异常类型。

图11 接线相量图-顺相序（2022-5-31 16:30）

5 结束语

在三相三线电能计量回路中，当某个电压互感器二次侧极性反接时，可能引起电能表电压接线相序状态字错误，进而接线相量图绘制错误，导致错接线类型误判。

此类错接线的典型特征为Uac幅值为常规线电压 的倍，即 |Uac|≈173 V 。该特点能够帮助计量人员精准判定异常类型，支撑现场消缺，提高计量业务工作准确度。