摘要：提出一种基于枚举法的，利用测量的电压，电流以及相位角等物理量，用于电能计量装置基本错误接线的判断方法。该方法具有简单易行，适用于软件自动化判断的特点，能够有效提高电能计量装置错误接线的判断效率。
关键词：错误接线；自动化判断；枚举法；电能计量
在电能计量领域，由于人为或者设备故障的原因，会出现错误接线的故障，影响计量准确性。当产生错误电量时，就需要进行对用户的补收或者退还电量的工作，对于电能计量装置错误接线判断的研究，将有助于提高判断效率与准确性，从而保证计量运维工作的质量。
1 电能计量装置的接线方式
1.1三相三线制接线
三相三线制接线主要用于中性点不直接接地的一次系统的测量点的电能计量中，具有避免由于雷击线路导致计量装置发生电气故障的优势。该计量方式通过互感器取一次回路的AB，CB相间电压以及A，C相电流进行电能计量，其中B相电压接地，具体的计量方法为：取AB相电压与A相电流组成电能计量元件1，取CB相电压与C相电流组成电能计量元件2，两个电能计量元件相累加所得到的就是该测量点的电能。具体的功率计算公式如下：
1.2三相四线制接线
三相四线制接线主要用于中性点直接接地的一次系统的测量点的电能计量中，具有计量准确，接线简单明了的优势。该计量方式通过互感器取一次回路的A，B，C相电压以及A，B，C相电流进行电能计量，具体的计算方法为：取同一相的电压与电流组成一个电能计量元件，并将三个电能计量元件相累加，所得即该测量点的电能。具体的功率计算公式如下：
2 电能计量装置的基本错误接线类型及其特征
电能计量装置的基本错误接线类型包括电压元件逆相序接线，电流元件反极性接线以及电压元件与电流元件不匹配等三种错误接线方式及其组合。三种接线方式都有其相应的电气特征，为方便叙述其电气特征，下文中将电压元件1用
表示，电流元件1用
表示，以此类推。
2.1电压元件逆相序错误接线
正确的电能计量装置的电压元件接线顺序为A，B，C相电压依次排列，当电压元件的排列顺序为A，C，B或B，A，C或C，B，A时，则为逆相序。对于电压元件逆相序错误接线，其具体的电气特征为：在三相三线制接线中，
与
，
的夹角分别是240°，120°；对于三相四线制接线，
与
，
的夹角分别是240°，120°。因此，按此特征可以判断电压元件逆相序接线错误类型。
2.2电流元件反极性接线
正确的电能计量装置的二次回路电流元件接线应该为：电能表的电流元件的进线处应连接电流互感器二次回路的首端。当电能表的电流元件的进线处连接到电流互感器的尾端时，则为电流元件反极性接线。当发生电流元件的反极性接线时，会导致其与同相电压间的夹角增大180°，从而导致在六角图上，其同相电压向量周围无电流向量。因此，按此特征可以判断电流反极性错误接线类型。
2.3 电压元件与电流元件不匹配
对于三相三线制接线，正确的电能计量装置的二次回路接线应当是AB相电压与A相电流相组合，CB相电压与C相电流相组合；对于三相四线制接线，正确的电能计量装置的二次回路接线应当是电压与电流同相。当电压与电流的组合与正确接线时的组合不同时，就发生该类错误接线，其特征为，在六角图上，每个电压向量周围都有电流向量，但电压电流间的夹角在各个组合间各不相同。
3用于电能计量计量装置基本错误接线的判断方法
基于第二章中基本错误接线类型及其特征，利用枚举法，可以实现针对基本错误接线的判断的一种方法。具体判断流程如下：
图一 基本错误接线自动化判断总流程
图二 电压元件错误接线判断流程
图三 电流元件错误接线判断流程
根据图一，对于电能计量装置错误接线的判断可以分为对电压元件的判断以及对电流元件的判断两大模块，这两个模块的流程如图二，图三所示。现对整个电能计量装置错误接线的自动化判断方法的流程进行叙述。
3.1所需的测量数据
对于该自动化判断方法，所需要的原始数据包括：各相电压，电流的大小，以及以电压元件1U1（在三相四线制中）或电压元件1，2间的相间电压U12（在三相三线制中）为基准，各个电压，电流元件相对基准元件的角度（按顺时针方向），对于三相三线制接线的电能计量装置，还应测量各个电压元件对地的电压，以确定接地相，对于三相四线制接线，则应确定A相电压的位置。
3.2对电压元件错误接线类型的判断
3.2.1三相三线制接线下的电压元件错误接线类型判断
当U23，U31相对于U12的角度分别为240°，120°时，则可判断为电压逆相序接线。对于逆相序接线，确定接地相后，即可确定接地相位B相，剩下两个电压元件的具体相位，则可结合ACBAC的顺序，以及接地相在实际接线中的位置，确定从左到右连续三个字母排序，如若接地相为U1时，则三个字母排序中B为第一个，从左到右找出BAC这个序列，由此可以判断出各电压元件的实际相位。
当U23，U31相对于U12的角度分别为120°，240°时，则可以判断为正相序接线，也可以用同样的方法判断三个电压元件的实际相位。
3.2.2三相四线制接线下的电压元件错误接线类型判断
当U2，U3相对于U1的角度分别为240°，120°时，则可判断为电压逆相序接线。对于逆相序接线，确定A相位置后，即可确定剩下两个电压元件的具体相位，然后结合ACBAC的顺序，以及接地相在实际接线中的位置，确定从左到右连续三个字母排序，如若确定A相为U1时，则三个字母排序中B为第一个，从左到右找出ACB这个序列，由此可以判断出各电压元件的实际相位。
当U2，U3相对于U1的角度分别为120°，240°时，则可以判断为正相序接线，也可以用同样的方法判断三个电压元件的实际相位。
3.3对电流元件错误接线类型的判断
3.3.1对坐标系进行变换
在对电流元件的错误接线类型进行判断之前，首先需要对电流元件的相位基准进行变换，由原来的基于U1或U12的相位统一更换为基于UA的相位。这就需要对原有的相位进行换算，换算的公式为：
基于UA的角度=原角度+U1或U12按顺时针方向相对于UA的角度-360°
且当计算出来的基于UA的角度小于零时，则再加360°
对于三相三线制接线，各种组合的U12按照顺时针方向相对于UA的角度如下表所示
表一
对于三相四线制接线，各种组合的U1按照顺时针方向相对于UA的角度如下表所示
表二
3.3.2对电流元件接线的分析
在完成坐标系转换后，就可以对电流元件是否存在错误接线进行分析。
在分析之前，首先要计算各个电流元件的
值，其计算公式如下：
电流元件的
=min{该电流元件的相位角与0°，120°，240°的差值的绝对值}
其次，要统计各个电压相位所拥有的电流元件的个数，其统计方式如下：该电流元件在与哪个角度相减时取得该电流元件的
角，则记为该角度所对应的电压相位拥有的电压元件。
如：若电流元件的相位为130°，则
=min{130°-0°，130°-120°，130°-240°}=10°，由于
是在与120°相减时取得的，因此该电流元件属于B相电压。
在三相三线制接线下，当且仅当A，C相电压元件拥有的电流元件个数都为1，且
值相等时，电流元件接线正确；在三相三线制接线下，当且仅当三相电压元件拥有的电流元件个数都为1，且
值相等时，电流元件接线正确。若不满足，则电流元件接线错误。
3.3.3对电流元件错误接线类型的判断
当确定存在电流元件错误接线时，就可以利用枚举法对电流元件错误接线的类型，与各个电流元件的实际相位进行判断。
具体的判断方式如下：
对于三相三线制接线，由于只有两个电流元件，当出现电流元件接线错误时，对两个电流元件都做反向，然后按照一个原电流元件-一个反向后的电流元件，两个反向后的电流元件的顺序比较此时他们的
角，当出现两个电流元件的
角相等的时候，则此时为正确的电流元件接线。
对于三相四线制接线，当出现电流元件接线错误时，则首先找出
角与其他两个电流元件不同的那个电流元件，按照一相电流接反，两相电流接反的顺序依次做判断。称该电流元件为奇异元件。对奇异元件做反向，比较三个电流元件此时的
角，如果三个电流元件的
角此时相同，则为该奇异元件反向，一相电流接反；如果不是，则为其他两相电流元件接反。对其他两相电流元件做反向，并计算此时他们的
角大小，此时三个电流元件的
角相等，则说明此时为这两个电流元件接反。
4 对电能计量装置基本错误接线判断的自动化实现
应用第三章中的方法，可以实现对电能计量装置基本错误接线的自动化判断。该方法的自动化实现的主要步骤在以下三点：对电压元件错误接线的自动化判断，对电流元件的接线自动化分析以及对电流元件错误接线的自动化判断。
4.1对电压元件错误接线的自动化判断
对电压元件的基本错误接线的判断包括正逆相序的判断以及各电压元件的实际相位判断两部分。对于正逆相序的判断，由3.2.1可知，与电压元件间的角度有关，而且角度相对固定，可以直接对数值进行判断；对于各元件的实际相位的判断，由3.2.1可知，在了解电压元件的正逆相序后，可以根据其他信息，采用取余法，对其他两个元件的相位进行判断。具体的实现方式如下。
对于三相三线制电能计量装置电压元件正逆相序的自动化实现如下：
if（U23相对于U12的角度=120° 且 U31相对于U12的角度=240°）
then（为正相序）
else（为逆相序）
对于三相四线制电能计量装置电压元件正逆相序的自动化实现如下：
if（U2相对于U1的角度=120° 且 U3相对于U1的角度=240°）
then（为正相序）
else（为逆相序）
对于三相三线制电能计量装置的电压元件实际相位的自动化实现如下：
if（电压元件为正相序接线）
then
（A相电压元件的位置=取余（（接地相的电压元件位置+1）/3）+1；
B相电压元件的位置=取余（（接地相的电压元件位置-1）/3）+1；
C相电压元件的位置=取余（（接地相的电压元件位置）/3）+1；）
else（电压元件为逆相序接线）
then
（A相电压元件的位置=取余（（接地相的电压元件位置）/3）+1；
B相电压元件的位置=取余（（接地相的电压元件位置-1）/3）+1；
C相电压元件的位置=取余（（接地相的电压元件位置+1）/3）+1；）
对于三相四线制电能计量装置电压元件正逆相序的自动化实现如下：
if（电压元件为正相序接线）
then
（A相电压元件的位置=取余（（A相的电压元件位置）/3）+1；
B相电压元件的位置=取余（|A相的电压元件位置-2|/3）+1；
C相电压元件的位置=取余（|A相的电压元件位置-1|/3）+1；）
else（电压元件为逆相序接线）
then
（A相电压元件的位置=取余（|A相的电压元件位置-1|/3）+1；
B相电压元件的位置=取余（|A相的电压元件位置-2|/3）+1；
C相电压元件的位置=取余（（A相的电压元件位置）/3）+1；）
4.2对电流元件接线的自动化分析
在对电流元件的错误接线的自动化前，要先将电流元件的相位转换为以A相电压为基准的相位，具体的方式如3.3.1中所示。完成相位转换后，就可以对电流元件的接线进行自动化分析，具体的实现方法如下。
对于三相三线制接线，其具体实现方法如下：
for（int i = 1；i < 3；i++）
{A相 = abs（Ii的角度
- 360）；
C相 = abs（Ii的角度
- 240）；
A相 = abs（Ii的角度
- 0）；
Ii的角度
=A、C相中取得最小值的相位；
Ii的现在的相位=取得最小的
值时的相位；}；
for（int i = 0；i < 2；i++）
{if（Ii的现在的相位为A）
{A相的电流元件数量+1}
else{C相的电流元件数量+1}}；
对于三相四线制接线，其具体实现方法如下：
for（int i = 1；i < 4；i++）
{A相 = abs（Ii的角度
- 360）；
B相 = abs（Ii的角度
- 120）；
C相 = abs（Ii的角度
- 240）；
A相 = abs（Ii的角度
- 0）；
Ii的角度
=A、B、C相中取得最小值的相位；
Ii的现在的相位=取得最小的
值时的相位；}；
for（int i = 0；i < 2；i++）
{if（Ii的现在的相位为A）
{A相的电流元件数量+1}
else if（Ii的现在的相位为B）
{B相的电流元件数量+1}
{C相的电流元件数量+1}}；
4.3对电流元件错误接线的自动化判断
在完成对电流元件现有的接线方式的判断后，就可以判断电流元件是否接线正确，以及当发生错误接线时，各个电流元件的实际接线。当电流元件接线正确时，对三相三线制接线来说，A、C相各有一个电流元件，对三相四线制接线来说，A、B、C三相各有一个电流元件，且各个电流元件的φ角均相等。当发生电流元件错误接线时，则对电流元件依次进行方向，并重复4.2中的电流元件接线判断，直到电流元件接线正确为止，此时即可得到电流元件的实际接线方式。具体的实现方法如下。
对于三相三线制接线，其具体实现方式如下：
if（A、C相电流元件的数量相同）
{if（I1的现相位为A相）
{电流元件接线正确"}
else if（I1的现相位为C相）
{电流元件1为C相电流，电流元件2为A相电流，两个电流元件相反}；
else{for（int i = 0；i < 2；i++）
{m = Ii的现角度 + 180°；
n = Ii的现角度 - 180°；
if（m >= 0 且 m <= 360）
{Ii的新角度为 m；
else Ii的新角度为 n；}；
for（int i = 0；i < 2；i++）
{A相 = abs（Ii的角度
- 360）；
C相 = abs（Ii的角度
- 240）；
A相 = abs（Ii的角度
- 0）；
Ii反向后的角度
=A、C相中取得最小值的相位；
Ii反向后的相位=取得最小的
值时的相位；}；
x = abs（I1原来的角度-I2反向后的角度）；
y = abs（I1反向的角度-I2原来的角度）；
z = abs（I1反向后的角度-I2反向后的角度）；
if（x=0）
{电流元件2接反}
else if（y=0）
{电流元件1接反}
else if（z=0）
{两个电流元件接反}}}；
对于三相四线制接线，具体的实现方式如下：
if（A、B、C三个相位都有电流元件）
{if（三个电流元件的φ角都相等）
{电流元件接线正确}
else{电流元件全部接反}}；
//一相接反或者两相接反
if（有一个相位的电流元件数量为0）
{m =I1的φ角-I2的φ角；
n = I1的φ角-I3的φ角；
o = I2的φ角-I3的φ角；
if（m等于0）
{奇异电流为I3；}
else if（n等于0）
{奇异电流为I2；}
else if（o等于0）
{奇异电流为I1；}；}
if（存在一相电流反相或者两相电流反相）
{//记录奇异电流的反相电流的角度
m = 奇异电流的角度 + 180；
n = 奇异电流的角度- 180；
if（m >= 0 且 m <= 360）
{奇异电流的新角度= m；}
else{奇异电流的新角度= n；}
//针对奇异电流更新数据
a = abs（奇异电流的新角度 - 360）；
b = abs（奇异电流的新角度- 120）；
c = abs（奇异电流的新角度- 240）；
d = abs（奇异电流的新角度）；
奇异电流的新φ角为a，b，c，d中最小的一个
if（奇异电流的新φ角与原来的其他两相的电流的φ角相等）
{一相电流接反，且为奇异电流接反}
else{ 两相电流接反
m = 剩余两相电流各自的角度+ 180°；
n = 剩余两相电流各自的角度- 180°；
if（m >= 0 且m <= 360）
剩余两相电流各自的新角度 = m；
else剩余两相电流各自的新角度 = n；
a = abs（剩余两相电流各自的新角度 - 360）；
b = abs（剩余两相电流各自的新角度 - 120）；
c = abs（剩余两相电流各自的新角度 - 240）；
d = abs（剩余两相电流各自的新角度）；
剩余两相电流各自的新φ角为a，b，c，d中最小的}；
if（电流完全接反）
{各个电流元件取反向，此时各个电流元件记录的相位则为其实际相位}
else if（一相电流接反）
{奇异电流取反向后的相位，即为该电流元件的实际接反相位，其余两相的相位不变；}
else if（两相电流接反）
{奇异电流的相位正确，其余两相电流元件的正确相位都是该电流元件的实际接反相位}
5 小结
本文提出了一种用于电能计量装置基本错误接线的判断方法，并且提出了相应的自动化实现方法。本文首先梳理了基本错误接线的类型，包括电压元件的正、逆相序接线，以及电流元件的正、反极性接线等，再找出错误接线时的特征数值，具体表现在相位数值上，从而梳理出基本错误接线类型的特征。在找出错误特征的基础上，依靠枚举法，程序化了错误接线的判断步骤，形成可执行的自动化判断方法。在程序化错误接线判断的步骤中，又提出了坐标变换的具体方式，将所有的相位角度统一到了以A相电压为基准的坐标系上，方便了自动化判断的实现。在最后本文依靠该判断方法，提出了具体的自动化实现的路径，为之后的自动化开发实现提供了指导。
基金项目：中国南方电网公司科技项目（GDKJXM20190886）。
论文作者:陈建熹,吴育斌,林仲硕,赖思敏,王思嘉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/8
标签：元件论文; 电流论文; 接线论文; 相位论文; 电压论文; 相电压论文; 角度论文; 《基层建设》2019年第23期论文;