感应式无功表无功电能计量原理研究

关键词：电能表电能电力记录

在电力系统中, 不仅要正确记录有功电能, 还要记录无功电能, 由此来求得某一段时间内的平均功率因数。而有功电能表所记录的电量是供电企业和电力客户的晴雨表, 反映了市场电力供需关系和整个社会生活和生产的良性循环。而无功电能表记录电量的多少则体现客户感性与容性负载总无功的电量代数和。同时也间接反映电能质量的好坏。而对无功电能表来说其电量的多少直接体现在功率因数考核上。同时对大、中用户来说, 直接为力率电费的奖惩。

所有功率因数低的危害和提高功率因数均体现在无功电能表所计的准确电量。为提高设备的利用率和减少企业负担必须提高负载功率因数, 正确测量无功电能对于电网稳定有极其重要的意义。

功电能的测量对电力生产、输送、消耗过程中的管理是极其必要的, 这直接影响电网的供电质量, 也会影响各类用电设备的安全经济的运行。

由此看来, 无功电能的测量对电力生产、输送、消耗过程中的管理是必要的。同时通过对客户的用电设备的有功电能P和无功电能Q的测量, 就可得出负载的平均功率因数COS (Ψ) =P/ (P2+Q2) 1/2无功电能Q越少, 平均功率因数越高, 通过客户负载平均功率因数的高低减收或增收电费, 以经济手段来促使大工业用户合理补偿无功以提高用电设备负载的功率因数。使发供电设备的效率及线路输送功率达到最大。

1 无功电能计量

(1) 正弦型无功电能表。

这种无功电能表的结构是在电压线圈中串联一个电阻和在电流线圈中并联一个电阻, 只要适当选择RU和RI就可使电流工作磁通ΦI和电压工作磁通ΦU间的相位角Ψ=β- (Ψ+αI) , 同时电流线圈反接。

式中β为相电压U和其电压工作磁通ΦU的夹角;

αI为相电流I和其电流工作磁通ΦI的夹角;

Ψ为电流工作磁通超前电压工作磁通的角度。

也为相电压和相电流的相位角, 俗称功率因数角。

对于单相电能表的只有一组电磁元件会产生驱动力矩, 其表达式;

式中ΦI为电流工作磁通;

ΦU为电压工作磁通;

K为驱动力矩常数;

而对于三相四线电路中电磁元件测量的总无功功率为;

因此三相四线正弦无功电能表能正确计量三相电路无功电能, 并且不会因三相电路是否对称和负载是否平衡而影响正常计量, 且也不会而产生附加误差, 但是这种三相正弦无功电能表制造复杂, 准确度较低, 而且本身功耗大, 同时可用有功电能表改制而成。在工作中利用比较少。

(2) 90°型三相四线无功电能表。

这种无功电能表的结构和与三相四线有功电能表完全相同, 区别在于内部接线不同。用于测量三相三线和三相四线电路中的无功电能。

当负载为感性时, 其测量总平均功率表达式为:

由于三相电路的无功功率Q=1.732ULIL sinΨ, 表明90°型无功电能表的三组电磁元件所能测量的总平均功率为三相电路无功功率的1.732倍。所以厂家生产90°型无功电能表时, 将各组电磁元件的电流线圈匝数缩小1.732倍, 就能测量三相电路无功电能。如果直接用三相四线有功电能表仅改变内部来测量三相电路无功电能时, 电能表计度器的示数应除以1.732才能得到负载实际消耗的无功电能。

当负载为容性时, 其测量总平均功率表达式为

当三相电路对称时, UA B=

由于Q为负值, 因而无功电能表接容性负载时无功电能表反转。

(3) 内相角60°型三相三线无功电能表。

这种无功电能表结构与三相三线有功电能表相似, 区别在于有功电能表驱动元件的电压工作磁通滞后于电压90°。而无功电能表驱动元件的电压线圈串联一个电阻R, 使电压U与它所产生的工作磁通ΦU间的相角β减小, 使内相角β-αI=60°。因此这种无功电能表称为内相角600型的无功电能表。

当负载为感性时, 其三相三线无功电能表测量总平均功率表达式为

当三相电路对称时UBC=UAC=UL=1.732U

所以60°型无功电能表的两组电磁元件测量的总的平均功率正好是三相对称电路的总无功功率。所以60°型无功电能表可准确测量三相三线对称或简单不对称电路的无功功率。所谓简单的不对称电路既三相电压或三相电流只有一方是不对称的电路, 通常为三相电压对称。

2 几种故障现象

通过以上分析, 我们了解无功电能表如何计量和意义。因此测量无功电能是为了考核电力系统无功功率的平衡状况, 也可考核客户无功补偿的合理性。一般无功电能表内安装止逆装置, 只计量感性负载消耗的无功功率, 而当负载为容性负载时, 电能表反转时止逆器使铝盘停走, 无法计量容性负载消耗的无功电能。因此当客户采用无功补偿装置时, 因容性无功过多补偿时, 无功电能表因反转而停走, 以致于电能表示数少, 这样就产生力率较高的假象, 同时由于客户无功补偿补偿不合理, 会将向系统倒送无功, 造成系统电压过高, 对系统安全运行不利。同时对电力公司也会产生不良后果。

为了不发生以上问题, 同时也为了客户补偿无功的合理性, 可采用在计量点安装双向计度器的无功电能表, 在正反向运行时均能正常计量。同时在选择无功电能表时, 应注意当负荷容量在315kVA及以上的三相计费客户应采用2.0级及以上的无功电能表。以利于准确计量无功电能。而对于负荷容量在315kVA以下三相计费客户由于电量少, 应采用3.0级及以上无功电能表。

三相无功表在进行误差调整, 必须保证标准电能表、被校无功表具有相同的线路附加误差。在调整校验正弦型无功电能表时, 要特别注意将三相电压和电流调至平衡。

测量无功电能是为了考核电力系统无功功率平衡, 也是考核客户无功补偿的合理性, 我们要在客户和发电侧合理地配置和使用带双向计度器的无功电能表。因为在大中型工业无功电能表在计量感性负载消耗的无功电能时正走, 而计量容性负载消耗的无功电能时反走且会造成向系统倒送无功功率, 使系统电压过高, 造成电力设备无法正常运行。而对于发电企业上网来说, 就必须安装带止逆器的无功电能表, 区分无功潮流关系, 若发生无功电能表不走或者反走, 必须判断无功电能表接线是否正常, 再判断故障原因。不然的话对企业和电力部门的决策产生不良影响。

摘要：电力系统对无功电能计量的意义, 对各种感应式无功电能表接线进行分析。

关键词：无功,损耗,补偿