试析感应式电能表电能的计量误差

【】电能计量直接关系到电力系统各项经济技术指标的实现,然而随着电网用电波动的加剧,峰谷差愈来愈大,计量系统在大幅度的工况变化中工作,使其计量误差增大,已成为电能计量不可忽视的问题。本文对感应式电能表的计量误差进行了简分析。
【关键词】感应式电能表;电能;计量误差
【中图分类号】TB91【文献标识码】B【文章编号】1001-4128(2011)04-0271-01

1电能计量表的工作原理
电能计量通常包括单相电路、三相三线电路和三相四线电路有功无功的计量。计量装置主部件是电能表,为了扩大量程需,计量装置需加配部件,通常由计量用电流互感器和电压互感器以及连接互感器及电能表之间的二次回路构成。如果对象是低压小电流的电能计量则可通过一只电能表及电压电流回路构成计量装置来实现计量,而对于计量对象为高压大电流时则可采用电压、电流互感器及二次回路构成计量装置来实现。
众所周知,电能是功率对时间的积分,其中,电能和功率的意义是不同的,但其数学表达式仅仅表现在时间参数上,电力领域研究电能计量时主是以电功率的测量为主,通过电表来完成电功率与电能之间的数量转换,在表达电能时可以以电功率来表示。两部制电价在我国广为推行,主以有功电量作为电费的收缴依据,无功电能的计量主作用在于对用户功率因数的考核上,一般电能计量分析均以有功计量为主。
电能计量装置通常包括五部分PT、CT、二次回路、电能表以及电能计量柜,电能计量的准确与否,与前四个部分的关系最为密切。实践表明,只有电能计量装置综合误差是衡量电能计量装置准确与否的唯一指标,而对于任何一个部分的误差,如电能表的误差,都不能代表整套计量装置的计量误差。从理论上讲,电能计量装置的综合误差γ由三个部分组成,即电能表的相对误差γb、互感器的合成误差γh,PT二次压降引起的误差γd,它们之间有这样的表达式γ=γbγhγd。
2感应式电能表的误差分析
2.1基本误差。电能表的基本误差会随着负载电流和负载功率因数变化而产生变化,它们之间存在着一个关系曲线,这个曲线即误差的特性曲线。对于任何一个合格的电能表而言,它的基本误差经出厂检验或检定机构调校后均会满足规程规定的求,从而保证电能表误差特性的合理与稳定。
假定在任何负载条件下,转盘只受到与负载功率成正比的驱动力矩和制动力矩作用,可以得出转盘读数和负载电能成正比,这是电能表的工作原理,但是,现实情况却复杂的多,除了这两个主力矩外,还有抑制力矩、寄生力矩、摩擦力矩、电流铁芯磁化曲线的非线性及补偿力矩、另外还有转盘位移的影响,都会使电能表即使在电压、频率和温度等因素都达到规定值的情况下,转盘转速也不会和负载功率始终保持成线性的正比变化的关系,这种情况直接影响到了电能表的基本误差。
通常为了保证感应式电能表的基本误差达到求,误差调整装置会被安装在感应式电能表内部,通过对这些装置的调整,电能表的基本误差可基本控制在规定的正常范围内。这些装置其一为满载调整装置,改变制动力矩的方式是通过调整制动磁铁,使得电能表的负载特性曲线上下平移。其二为相角调整装置,通过调节电流工作磁通与电压工作磁通间相位角的方式,使得相位角满足相位变化关系式,从而使电能表转速与功率成正比。其三为轻载调整装置,它是为了改善轻负载范围的负载特性曲线而设置的调整装置。其四为平衡调整装置,它可使三线电能表中各计量单元误差特性曲线基本一致,可改善电能表在不对称负载时的误差特性。
2.2附加误差。确定电能表基本误差时,改变的往往只是负荷电流和功率因数,而其他条件只允许在一个很小的范围内变化,并且这个范围在电能表技术条件中明确规定,即确定电能表基本误差的外部条件。事实上,电能表在实际使用中所处的外部条件通常会与技术条件规定不同。譬如,市电交流电频率经常会偏离额定频率,电能表安装场所的环境温度和电网电压都可能会发生变化,且变化的幅度和范围会非常大,这些外部条件的改变会产生电能表的误差改变,那么这个改变的量就叫做电能表的附加误差。
2.2.1电压、频率、温度变化对基本误差的影响。若电能表电压线圈所加载的电压与额定电压不同,那么电压工作磁通和有关力矩随电压变化的比例也会不同,会使电能的读数出现电压的附加误差。若市电交流电的频率与额定频率之间有偏差,各磁通及其相位角都会产生变化,使电能表示数显示与cos有关的频率附加误差。若环境温度产生变化后,制动磁通和电流、电压工作磁通及其损耗角都改变,引起与cos有关的温度附加误差。
2.2.2波形畸变对基本误差的影响。当前,非线性负载广泛存在于电网中,当某电网中有非线性负载时,畸变现象就会出现在负载电流的波形中。非正弦的负载电流会在输配电线路上引起非正弦的阻抗压降,那么即使电源电压为正弦波,负载端的电压也会是非正弦的。如此,加在电能表上的电压和电流都是畸变的波形。另外,在调试和检定电能表的时候,调试装置输出的电压、电流波形为理想的正弦波的情形往往也是很难保证的。
2.2.3三相电压不对称对基本误差的影响。三相电压的不对称也是三相电能表误差产生的主原因之一。首先,由于各驱动元件不平衡,即在相同的电压、相同电流和功率的情况下,各元件产生的驱动力矩和电流、电压抑制力矩不相等,当一相电压升高而另一相电压同样降低时,作用在转动元件上的总力矩发生了变化。其次,即使各驱动元件平衡,但由于磁通FU与电压U并非线性关系,处在电压升高和降低的元件,其驱动力矩变化的绝对值也各不相同。另外,当三相电压不对称时,补偿力矩和电压抑制力矩随电压的平方成正比变化的关系也会引起附加误差。
2.2.4负载不平衡和负载波动对基本误差的影响。三相负载不平衡会引起三相电能表误差变化。这种变化的主原因包括各元件驱动力矩的不平衡,补偿力矩的影响,电流和抑制力矩的影响以及各驱动元件的相互影响等。对剧烈和频繁波动的负载,诸如电气机车、轧钢机械和电焊机等的负载计量,若负载增加时,电能表加速,制动力矩和电流、电压抑制力矩阻碍转盘加速,电能表少记电能;负载降低时,电能表减速,制动力矩和电流、电压抑制力矩阻碍转盘减速,电能表多记电能。由于转速下降所需的时间较长,电能表在负载降低时多记的电能会比电能表在负载增加时少记的电能多一些,引起了正的附加误差。由此可知,转动元件的惯性矩、稳定转速和电流抑制力矩越小,波动负载引起的附加误差就越小;负载波动周期越短或负载电流越小,那么这个附加误差就越大。