云南电网有限责任公司昆明供电局计量中心， 云南昆明 650100
摘要：电能计量装置安装完成后，接线是否正确，一直是供电企业装表接电工担心的问题，在新装当天，大多数用户均无负荷电流而不能及时进行错误接线的检查与分析。而在电容元件与交流电源组成的电容电路中，电容器通过充电和放电，在电路中会出现持续恒定的电容电流，本文抓住电容器的这一特性，制作一台由三相电力电容器作为负载的便携式负载箱，能够方便、快捷、准确地检查出计量装置接线是否正确，有效提高了工作质量和工作效率。
关键词：电能计量装置；电容器；电容电流；负载箱；错误接线
前 言
在电能计量装置的错误接线检查与分析中，没有电流就不能检查与分析，无法判断出计量装置的安装接线是否正确，而计量装置接线的正确与否，直接关系着供用电双方的经济利益，也代表着供电企业的技术技能水平。但新装用户由于在装表接电当天，基本上因无负荷电流而不能进行检查与分析，对于配置有低压无功补偿装置的高供低计用户，可以利用投切低压无功补偿电容器来获取电流进行检查与分析，但针对80 kVA及以下的用电客户，由于未配置低压无功补偿装置，不能在装表接电当天就能掌握计量装置运行是否正常。而市面上销售的负载箱，一般都是模拟一个二次的负载源，不能对电流互感器本身和综合接线进行检查分析，仅能判断电能表的接线。针对这个问题，可以利用电容器作为负载，用空气开关、接触器、电抗器、热继电器等作为保护和控制，制作一台便携式电容器负载箱，在装表接电当天接入计量装置的后面，通过投切电容器负载箱产生恒定的电容电流，用相位伏安表、现场校验仪等仪器，方便、快捷、准确地判断出计量装置接线是否正确，解决了新装用户因无负荷电流而不能及时判断接线是否正确，以及无负荷电流而需要多次重复到现场检查的问题，有效提高了工作质量和工作效率。
一、交流正弦电容电路和容性无功功率分析
由电容元件与交流电源组成的电路称为纯电容电路，在交流电路中，当电源电压为正值时，电容器被充电，电路中有充电电流，当电源电压下降时，电容器向电路放电，电路中有放电电流。在交流电压的作用下，电容器随电压的不断交变，电容元件则不断进行充电和放电，电路中即出现持续的交流电流通过，流过电容元件的电流就称为电容电流。在交流电容电路中，电压的相位角滞后于电流π/2，或者说电容电流的相位角超前于电压的相位角π/2，电压和电流在相位上是相交的。因此，，电容器的容抗XC=，即→=2πfCU。电容器的瞬时功率以电压或电流频率的二倍关系按正弦规律变化，充电时，从电源吸取能量并储存在电容元件的电场中；放电时，把储存在电场中的能量又送还给电源，进行着可逆的能量转换而不消耗功率，所以平均功率为零。为了衡量电源与电容电路间能量交换的情况，将瞬时功率的最大值称之为无功功率，用字母QC表示，单位为var或kvar。即QC=UI=I2XC=。
从式中不难看出，电容电流的大小是与电容器的容量大小有直接的关系，电容器的容量越大，容抗越小，额定输出无功功率就越大，输出的电流也就越大。在电容电路中，电容器的连接有星形和三角形两种，其接线方法和相关参数在铭牌上标注，如图1所示。当三相电容器的接线方式按三角形接线时，此时电容器的相电压等于三相电源的线电压，线电流等于相电流的倍，电容器铭牌中标出的额定电流为相电流，而上述公式中的电容电流均为线电流，在计算时需相互转换。电容器的三角形接线方式如图2所示。
例如：当额定电压为0.45 kV，额定容量为30 kvar的一组电容器，接到三相交流电路时，电路中产生的相电流为： 
同理，也可以求出电容器的容量和容抗等其他数值。
二、制作便携式电容器负载箱
根据上述交流正弦电容电路和容性无功功率分析可知，当三相电力电容器接到交流电路时，就会产生一组三相平衡且恒定的电容电流，这样，我们就可以解决新装用户因无负荷电流而不能进行错误接线检查与分析的难题，因此，按照低压无功补偿装置的接线原理，制作一台由电容器作为负载的便携式负载箱，选用额定电压为0.45 kV，额定容量为（10 kvar至20 kvar）的低压三相电力电容器C作为负载，按△形接线方式进行接线，其接线原理图如图3所示。用空气开关QF1作为负载箱的总电源开关，QF2作为控制回路的电源开关，起到短路和过载保护。因电容器在投入瞬间理论上相当于短路，当电网电压不过零时投入电容器会有很大的合闸涌流，电路中可串联电抗器X能够抑制合闸时的冲击电流。热继电器FR能够作为电容器过热和过载保护，防止因电容器过热发生故障。而利用接触器KM，按钮SB1、SB2控制电容器投切，一方面能够对电容器可以进行频繁的投切操作，更主要的是电容器本身能够储存电荷，在不使用时，接触器线圈因不带电而断开电源，能够防止电容器放电反送至开关或接线端子带电，造成作业人员在移动设备或非操作过程中发生触电的风险。这样，在新装当天，将制作的便捷式电容器负载箱接至高供低计计量装置的后面，能够检查出接线是否正确，运行是否能够正常等。
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三、利用电容器的电容电流进行计量装置的错误接线检查
在装表接电当天，当用户配电室送电后，在还未投入任何有功负荷的前提下，将制作的电容器负载箱连接至计量装置低压电流互感器后端或用户馈线柜出线开关，合上电容器负载箱电源开关QF1和控制开关QF2，点击启动按钮SB2后电容器投入使用，产生一个三相平衡且恒定的额定电流（根据选用不同的电容器额定容量产生不同的额定电流），如选用的电容器额定容量为15 kvar，则电容器的额定电流=19.2 A，这时，计量装置中通过一次侧的电流是三相平衡且恒定的19.2 A，我们可以利用电容器产生的这个电流对电能计量装置进行接线检查与分析。
首先，用万用表、相序表或查看电能表电压值判断电能表电压是否正常、相序是否为正相序。
其次，用投入电容器负载箱产生的一次额定电流判断计量装置的电流回路是否正常，如计量变比是150/5A，则电能表的二次电流应为19.2÷30=0.64 A（因供电电压、电容器和计量装置等误差的影响，电流值会有一定的偏差），查看多功能电能表或测量计量二次回路电流值，如果电能表三相的二次侧电流值都平衡且与0.64 A接近，则可判定为计量装置电流回路正常或所配电流互感器倍率正确。若存在电流回路有短路或开路情况，将与电容器产生的额定电流值会相差较大，若其中一相或两相短路或开路，则将出现三相电流极不平衡。
最后，因投入的负载箱是纯容性负载，电流的相位角超前于电压的相位角π/2，总功率因数cosφ=cos90O=0，而sinφ=sin90O=1，即有功功率的消耗P=3UIcosφ相当于零，无功功率的消耗Q反=3UI，可以通过测量电能表的电压、电流值计算出消耗的无功功率，与多功能电能表显示的瞬时反向无功功率是否一致的方法，判断计量装置接线是否正确。但最好的方法是用相位伏安表测量角度或用三相电能表现场校验仪直接进行接线判别，能够快速、准确的判断出电能计量装置的接线是否正确，但在接线判别时，需要注意的是在相量图中，电流的相位角超前于电压的相位角π/2或电压的相位角滞后于电流π/2，正确接线时的相量图如图4所示。
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三、结束语
利用制作的电容器负载箱在电路中获取电流的方法，能够有效解决新装用户因无负荷电流而不能及时判断接线是否正确的问题，制作的电容器负载箱和使用方法可以普遍应用于新装用户高供低计电能计量装置的接线检查中，其操作方法简单，产生的电容电流恒定无波动，且功率因数cosφ直接等于π/2，相量图分析中不受功率因数的影响，对今后高供低计电能计量装置的新装接线检查有着一定的推广和应用价值。
参考文献
1.宋 森·《并联电容器装置技术及应用》·北京：中国电力出版社·2011年04月第一版
2.王立波·《装表接电技能培训教材》·北京：中国电力出版社·2007年06月第一版
3.陈黎平·《农村电工》·武汉：国家电网公司·2008年第10期
4.郑尧 李兆华·《电能计量技术手册》·北京：中国电力出版社·2002年01月第一版
作者简介：
杨仕军（1976.05- ），男，云南香格里拉人，装表接电高级技师，云南电网有限责任公司四级助理技能专家，现就职于云南电网有限责任公司昆明供电局，主要从事电能计量的运行维护等工作。
陈瑜（1971.02- ），女，云南昆明，高级工程师，现就职于云南电网有限责任公司昆明供电局计量中心副主任，主要从事电能计量的管理工作。
刘文虎（1986.07-），男，湖南衡阳，工程师，现就职于云南电网有限责任公司昆明供电局，主要从事科技管理与技术监督工作。
尹利胜（1980.06- ），男，河北，工程师，现就职于云南电网有限责任公司昆明供电局，主要从事电能计量的运行维护等工作。
李海清（1977.11- ），女，云南石屏，装表接电技师，现就职于云南电网有限责任公司昆明供电局，主要从事电能计量的运行维护等工作。
王春艳（1976.03-），女，云南昆明，装表接电技师，现就职于云南电网有限责任公司昆明供电局，主要从事电能计量的运行维护等工作。
论文作者:杨仕军、陈瑜、刘文虎、尹利胜、李海清、王春艳
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期
论文发表时间:2017/2/22
标签：电容器论文; 电流论文; 接线论文; 负载论文; 电容论文; 装置论文; 电压论文; 《基层建设》2016年25期论文;