电压电流线共用对低压三相四线电能计量的影响

石玉荣

关键字：集中器；接线方式；共用接线；分相接线；计量；反向电量

河北省电力公司公用变压器台区关口总表多采用220V/380V集中器计量功能计量电能。集中器不是专业的计量表计，它主要用于低压采集、通信，兼顾电能计量，不是强检计量器具，其内部参数与普通智能表有一定区别。在线损治理工作中，发现采用电压、电流线共用接线方式的集中器，在轻载、空载时会产生负电流和反向电量，在大负载时会造成少计电量。

1．接线方式

经三个电流互感器接入220V/380V三相四线电能表的接线方式分为两种：

一是电压、电流线分开接线的方式，也是DL/T825-2002典型接线方式，在轻载或空载时也能准确计量，如图1。

二是电压、电流线共用的接线方式，此种方式节省二次导线，以前是电力系统推荐采用的接线方式，在很多书籍中都还在介绍推广，很多供电公司也一直延续使用，但在线损管理中发现其在变压器轻载和空载时计量不准，甚至出现负电流、反向电量。接线如图2。

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2．原因分析

1）电压、电流线分开接线方式，当变压器空载或带负载情况下，相线与中性线之间相电压不会在电能表电流线圈产生电流，电能表电流线圈流过的电流只有经电流互感器变换过来的二次电流，电流方向为正向，如下图：

由图3可见，当电压、电流线分开接线时，电能表电流回路不会产生负电流、反向电量。

2）电压、电流线共用接线方式，存在一个相线与中性线之间的相电压，经电能表电流线圈、电压线圈构成的回路产生的电流，电流方向为反向流入电能表电流线圈。在电能表空载时、轻载时比较明显，电能表会显示一个负电流，产生一个负电量。在负载电流比较大时，流经电能表电流线圈的总电流是相电压产生的反向电流和正向负荷电流的相量和，总电流小于负荷电流，从而少计电量，可能产生负损。如图4：

3．电路图分析计算

以单相回路进行分析，电路图如图5下：

R1：互感器K1至集中器①端连接线阻抗，假设其为1米2.5mm2铜线，30℃时铜的电阻率为0.0185Ω·mm2/m，根据公式R1=ρL/S=(0.0185Ω·mm2/m)*1m/(2.5mm2)=0.0074Ω，但由于现场接线工艺及接头氧化等问题，其电阻会比此值大很多；

R2：互感器K2至集中器②端连接线阻抗，同上；

R3：集中器电流采样回路阻抗，为几欧姆至十几欧姆；

R4：集中器电阻分压器阻抗；

L1：互感器二次绕组阻抗；

U：单相电压，现场变压器出口电压一般为240V左右；

I2：集中器计量电流；

U2：集中器计量电压；

I：回路总电流。

由于集中器各厂家所用电阻分压器不同，大小不一，且说明书一般不标明此元件参数值。经实测三个不同厂家集中器，其阻抗分别为长沙威胜13359Ω、南京新联13716Ω、青岛鼎信16683Ω。按阻抗15kΩ计算，I=240V/15000Ω=0.016A。由于现场实际情况复杂，接线工艺及环境差异化较大，不同的计量装置I2的大小会有一定差异，但从分析来看，集中器电阻分压器阻抗小，确实能使表计产生反向电流及反向电量。

智能表说明书中一般会标明电阻分压器参数，经咨询相关厂家及实测数据，其阻抗为几十千欧至几兆欧不等。以青岛鼎信DTZ1710型三相四线智能电能表为例进行分析，其电阻分压器阻抗为100kΩ，则I=240V/100000Ω=0.0024A,电流较小，相比集中器对此种接线方式更有适用性；如若是该阻抗为兆欧级别的智能表，则I=240V/2MΩ=0.00012A，此种接线方式下反向电流和反向电量比较小。

4．现场观测

对线损综合治理中原来负损的5个公变台区关口计量装置，由原来的电压、电流线共用接线方式改为分开接线方式。5个公变台区分别采用不同厂家的集中器，如表1所示。

这5个台区由电压、电流线共用接线方式改为电压、电流线分开接线方式，采集电量数据如表2至表6所示，电流数据如表7至11所示：

由表7至表11数据可见，小负荷或空载下，电压、电流线共用接线方式，集中器计量电流线圈产生了反向电流和反向电量，不能准确计量电能。经过大量现场观测，其反向电流一般为0.01A～0.025A，每日反向电量为0.1～10kWh不等。

上述数据表明，电路图分析与采集数据相符。

5．结论

通过以上分析，电压、电流线共用接线方式集中器电流线圈存在一个反向电流，其参与电能计算的总电流为正常负载电流与相电压产生的反向电流的相量合成，造成空载、小负载时集中器电流线圈流过一个相电压产生的负电流；大负载时总电流小于负载电流，少计电量。

在当前紧抓实时线损的情况下，小负荷台区成为线损治理的难点，接线工艺、集中器与智能表的准确度差异等都造成此类台区线损难以达标，此种接线是小负荷台区实时线损治理的重大隐患。如一个极轻载的台区，所带几户照明，每日电量为3kW·h，如果电压、电流线共用接线方式导致其少计量几千瓦时，则台区将为负损。又如一个每日电量为100kW·h的台区，如果此类接线导致其少计量5kW·h，将影响5%的电量，甚至此台区极有可能成为负损（如城市小区）。

通过本文分析，这种经电流互感器接入的220V/380V三相四线计量装置，电压、电流线共用接线方式在小负荷、变压器空载时会产生负电流、反向电量，今后应将电压、电流线共用接线方式尽快更改为电压、电流线分开接线方式（如图1）确保计量准确。集中器计量与智能表计量原理是一样的，只是没有CMC认证各元件参数有区别，所以虽然本文中是讲得集中器的计量，但是也适用于其他经电流互感器接入的220V/380V三相四线计费电能表。