一起特殊负荷性质引起的电能计量装置接线异常误判案例

王 壮，秦立瑛，童格格

（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

为保证电能计量装置的准确运行，保证电量计量结果准确无误，维护电网企业和电力用户双方的经济利益[1]，电网企业通常定期对重要的计量装置进行接线检查，结合计量装置的接线相量图特点，判断其接线状态是否正常。

正确接线下的电能计量装置相量图通常特征较为一致。如图1 所示，三相三线计量装置的A、C两相电流夹角一般为240°，而三相四线计量装置的三相电流两两之间的夹角大多为120°，如图2 所示，受三相负荷不平衡影响，电流夹角可能出现一定偏差，但偏差一般不会超过±30°。

图1 正确接线下的接线相量图示例(三相三线)

图2 正确接线下的接线相量图示例(三相四线)

三相三线电能计量装置接线方式包括电压相序6 种（ABC、BCA、CAB、CBA、BAC、ACB），电压极性4 种（正正、正负、负正、负负），电压断相4 种（无断相、A 相断、B 相断、C 相断）、电流相序3 种（AC、CA、AC 串接）、电流极性4种（正正、正负、负正、负负）[2-3]。各种接线方式的相量图都有其不同的特点，通常计量人员可以通过画出接线相量图就能准确找到对应的接线方式。

不过凡事皆有例外，在某些特殊负荷性质下，电压电流的相量特征将发生变化，与一般正确接线方式下的相量图不同，甚至呈现某些典型的错误接线相量图特征，因此容易被误判为接线错误，对计量人员的接线检查造成干扰，影响接线检查业务的工作效率，甚至引起误更正，导致接线异常的发生。

本文针对中频炉这类特殊负荷，分析此类负荷性质下电能计量装置的接线特点及引起误判的原因，帮助计量人员提高接线检查业务工作效率，避免发生误判。

2 接线异常误判原因分析

2.1 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是常见的接线错误之一，包括同极性串接与反极性串接2 种情况[4]。本文重点介绍反极性串接，反极性串接即是指A、C 两相线路上的电流互感器以相反的磁通方向相串联，其电气接线图如图3 所示。

图3 电流互感器二次侧反极性串接电气接线图

可以分析出此时2 块电能表测量电流发生了变化，不再是相互独立的Ia、Ic，而是大小相等方向相反的Ia-Ic与Ic-Ia。由图4 可以看出，其在相量图中的位置也发生了偏移，相对于原电流分别顺时针/逆时针偏转了30°。

图4 电流互感器二次侧反极性串接电气相量图

2.2 用户用电信息分析

用户用电信息采集系统采集电能计量装置的电压、电流、功率等电气量曲线数据。

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，计量装置的接线方式为三相三线。该用户的A 相电流和C 相电流长期呈现变化特征一致、电流大小一致的特点。该用户在某典型日的96 点电流曲线如图5 所示。

图5 典型日电流曲线（2023-05-15）

A、C 两相电流的偏差分布如图6 所示。经统计，该用户A 相电流和C 相电流的偏差集中在[0.01%, 0.02%]，最大偏差为0.06%，两相电流幅值基本一致。

该电能计量装置的接线相量图如图7 所示，A、C 两相电流夹角约呈180°。进一步地将该典型日96个时刻点（采集间隔15 min）的A、C 两相电流向量以散点形式绘制在接线相量图中，如图8 所示，可以看到，两相电流相量始终呈现对称的图形特征，即电流夹角约180°且幅值一致。

图7 接线相量图（2023-06-07 05:45）

图8 接线相量图（2023-06-07）

综合来看，两相电流始终幅值一致且方向相反，符合电流互感器二次侧反极性串接的电流特性，疑似发生电流计量二次回路反极性串接。

3 特殊负荷性质影响原理分析

经计量人员现场作业检查发现，该计量装置接线正确，并未发生电流互感器二次侧绕组反极性串接。

该用户主要负荷为中频炉。中频炉是一种将工频50 Hz 交流电转变为中频（300～1 000 Hz）的电源装置，将工频交流电整流为直流电后，再变为可调节的中频电流。中频炉主要由电源、感应圈及感应圈内用耐火材料铸成的坩埚组成，坩埚内盛金属材料[5]。中频炉的工作原理是：交流电源在感应圈中产生交变磁场，高密度磁感线会不停切割感应圈里盛放的金属材料，使金属材料产生感应电动势，同时在炉料的闭合回路中产生感应电流，感应电流会加热金属材料使其熔化，达到熔炼的目的。中频炉以其熔炼速度快、节电效果好、热加工质量高、能耗低等特点正在逐渐淘汰传统熔炼炉，目前该设备常用于机械零件局部热处理和有色金属熔炼[6]。

向该用户供电的变压器，其原-副边采用星形-三角形接法，副边取A、C 两相交流电，将交流电整流为直流电后供给设备使用。变压器原、副边接线关系如图9 所示。

图9 变压器原、副边接线图

为分析电流关系，将变压器副边接线图进一步绘制如图10 所示。

图10 变压器副边接线图

根据基尔霍夫第一定律，可以得到：

当B 相负载为0 时：

则有：

即，当B 相为0 时，A、C 两相电流大小相等，方向相反，与电流计量二次回路串接特点一致，因此易被误判为接线异常。

此外，须要注意的是，此类以中频炉为主要负荷的用户，有时会在空载相上接入照明等单相负荷。记B 相上的单相负荷电流为IΔ，即：

则有：

即，当B 相电流很小时，A、C 两相电流幅值接近但不完全相等，夹角接近180°但并非完全相反。对于此类特征的接线相量图，同样须考虑可能存在特殊负荷性质的情况。

4 结束语

计量人员通常根据电能计量装置的接线相量图进行接线检查，受特殊负荷性质影响，某些接线相量图可能呈现异常接线下的图形特征，导致计量人员误判。此类情况，一是增加无用的现场检查，增大人力成本和交通成本；二是可能引起错误的接线更正，将原本正确的接线更改为错误接线，影响电能计量与电费结算的准确性。

本文所述的中频炉类特殊负荷引起的接线相量图图形特征疑似异常是一种典型的接线异常误判问题，尤其常见于机械零件局部热处理和有色金属熔炼行业的电能计量，计量人员在进行计量装置接线检查时有必要考虑特殊负荷的影响，避免发生误判。