摘要：在电力供电系统中电能计量装置是电力供电企业经营的主要测量工具，电力系统计量装置计量的准确性直接影响到电力企业的社会效益和经济效益，同时，其计量结果是否准确问题也是电力企业经营管理部门和用户最为关心的重要问题之一，计量装置计量的准确性关系到供电企业与客户的公平性、公正性。因此，减小计量装置的误差，提高电力企业的社会效益和经济效益，对企业的发展和信誉有着至关重要的意义。本文主要探讨分析了电力系统电能计量装置计量误差的原因，同时提出了降低计量装置误差的有效措施。
关键词：电能计量装置；误差原因；有效措施
前 言
在这个新的时代，随着社会的快速发展和社会企业电气化、人们生活电器化的不断提高，电动机械化、生产智能化、生活自动化在社会被广泛使用，电成了一种不可代替的能源动力。而电能计量装置是电力企业生产和经营活动的重要组成部分，发、输、配电和 销售、使用电能都离不开电能计量，而电能计量关系到电力企业和电力用户直接的经济利益，正确的电能计量对核算发、供电电能，综合平衡及考核 电力系统经济技术指标，节约能源，合理收取电费等都有重要意义。随着国家对电力行业的支持力度越来越大，同时，在电力系统中商业化运营的管理方式地运用，在当前电力工作中，电能表计量装置显得越来越重要。同时，由于电力企业和用电企业的社会效益和经济效益都直接受到了电力系统电能计量装置准确性的影响，因此，电能计量的准确性显得相当重要，那么如何减小误差和避免不必要的误差发生受到了供电企业和用电企业管理部门的关注。本文就分析误差发生的原因及解决措施，提一下自己感受和观念。
第一章 电能计量的误差原因分析
电能计量误差分为外部误差和内部误差。外部误差包括安装接线错误、计量装置选择错误、使用范围错误、外部环境影响等。内部误差取决于设备质量和电能计量装置的准确度。
电能计量装置的准确度不仅取决于电能表和互感器本身的误差，还与连接电能表及互感器之间二次回路的电压降有关，不同误差对电能计量装置的影响也各不相同。
一、电能表的综合误差分析
电能计量装置的综合误差，包括电能表的本身误差、互感器的合成误差及电压互感器二次回路的压降误差，三者的代数和统称为综合误差，只有根据综合误差才能全面地反映出电能计量装置的准确程度。电能表的误差应根据电能表的现场运行管理制度把它控制在一定的允许误差范围之内，而互感器的误差应根据互感器的定期校验和测量现场的实际运行参数计算误差与允许误差对比，从而确定计量装置误差是否在允许的误差范围之内。
1、综合误差计算
根据对综合误差的分析，现在电力企业计算综合误差的公式一般为：
综合误差（β）=电能表误差（βa）+电压互感器二次回路压降误差（βb）+电压互感器及电流互感器合成误差（βc）
依据《电能计量装置技术管理规定》对电能计量装置按其重要性分为五类，对各类要求如下表所示：
从表1中看出，对电能表、互感器的准确度等级规定及电压互感器二次回路压降要求是根据误差理论全面统筹考虑的。为了提高测量准确性不仅仅是提高电能表本身的等级。
2、互感器的合成误差计算
互感器不可能把一次电量毫无损失地缩小若干倍，变成二次电量，也就是说 二次电压或电流乘上互感器额定变比，不一定准确地等于一次电压或电流，也就是说存在比差；另外，二次电压或电流的相位和一次 电压或电流的相位也不完全一致，也就是存在角差。由于互感器存在比差和角差，而造成电能计量上的误差我们称为互感器合成误差。用公式表示有：
互感器的合成误差（γh）=电压互感器变比（Ku）×电流互感器变比（Ki）×二次有功功率（P2）-一次有功功率（P1）/一次有功功率（P1）×100%
2.1在单相电路仅有电流互感器是公式为：
互感器的合成误差（γh）=电流互感器变比（Ki）×二次有功功率（P2）-一次有功功率（P1）/一次有功功率（P1）×100%
3、电压互感器二次回路压降误差计算
三相电能表电压线圈上的电压虽然从电压互感器来，但回路中有接线端子、电缆、熔断器等。它们有电阻和电抗，会造成电压降，所以电能表端电压和电
压互感器出口端电压在数值和相位上就不一致，这样就造成了电压互感器二次 回路压降误差。这种压降误差，对电能计量的影响是很大的。电压互感器二次回路电压降公式为：
二次回路电压降（△U）=电压互感器出口线电压（U）-电能表端的线电压（U‘）
二、电能计量表的误差分析
1、电能计量表的准确度选择误差
（1）电能计量表的准确度分为五类：Ⅰ类有功 0.2S或0.5S；Ⅱ类有功0.5S或0.5；Ⅲ类有功 1.0；Ⅳ 类有功2.0；Ⅴ 类有功2.0
（2）Ⅰ 类电能计量装置
月平均用电量500万kWh及以上或变压器容量为10000kVA及以上的高压计费用户、200MW 及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经营企业与其供电企业的供电关口计量点的电能计量装置。
Ⅱ类电能计量装置
月平均用电量100万kWh及以上或变压器容量为2000kVA及以上的高压计费用户、100MW 及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置。
Ⅲ类电能计量装置
月平均用电量10万kWh 及以上或变压器容量为315kVA及以上的计费用户、100MW 以下发电机、发电企业厂（站）用电量、供电企业内部用于承包考核的计量点、考核有功电量平衡的110kVA 及以上的送电线路电能计量装置。
Ⅳ类电能计量装置
负荷容量为315kVA以下的计费用户、发供电企业内部经济技术指标分析、考核用的电能计量装置。
Ⅴ类电能计量装置
单相供电的电力用户计费用电能计量装置。
以上电能计量装置准确度误差和电能计量装置在各分界的使用，只是技术管理的一种方法和选择的一个参考标准，当然选择的准确度越小，误差越小，如果选择不当则误差就会变大。
2、电能计量表的准确度与互感器准确度配置选择误差
（1）0.2S、0.5级的有功电度表和0.5级的专用电能计量仪表，应配用0.2级的互感器。
（2）1.0级的有功电度表、1.0级的专用电能计量仪表、2.0级计费用的有功电度表及2.0级的无功电度表，应配用不低于0.5级的互感器；
（3）仅作为企业内部技术经济考核而不计费的2.0级有功电度表及3.0级的无功电度表，宜配用不低于1.0级的互感器。
如果选择电能计量表准确度与互感器的准确不匹配，那么电能计量表的综合误差将变大。
3、电能计量表的电流选择的误差
一块计量表的电流一般有标定电流和额定电流，例如 5（6）A，这里的5A是标定电流，括号内的（6）A是额定电流。
（1）电能表选择时一方面要注意负载最小电流不能低于标定电流的0.5%，另一方面长期使用的电流表值不能高于最大额定电流。如果负载电流小于0.5%或大于最大额定电流时，电能计量表的计量将无法准确计量，这样计量误差将变大。
案例：金沙电力公司的一选厂用户，选厂已经停产，但是还有照明和生活用电，还有一部分的小动力设备用电，但在抄表时，电能表数字没变，而线路（单独使用）半年损失了2万度电左右。电流互感器的变比是300/5，表是三线三相制的，经过两次检查计量装置，均未发现问题。后来，经过分析计算发现是由于互感器变比过大，二次电流在电能表的误差范围之内，无法计量。
三相三线的有功功率：P=√3UIcosφ
式中U为母线电压，I为线电流，cosφ为功率因数。由于电能表在在小于0.5%时，电能无法计量，那么在一次电流小于60×5×0.5%=1.5A时，电能无法计算。
当功率因数为0.9时，每天用电平均用电10小时，那么半年损失电量
P=√3UIcosφ=1.732×6.3×1.5×0.9=14.73066
半年损失电量=P×10×30×6=26515.188kWh
其实，这个案例不仅与电能的选择有关，而且也与电流互感器的选择有关，电流互感器的变比和能表同时减小，选择与电量合适的配置，那么就没有这么大计量误差。
（2）直接接入式的电能表，其标定电流应根据额定最大电流和过载倍数来确定，其中，额定最大电流应按经核准的客户报装负荷容量来确定；过载倍数，对正常运行中的电能表实际负荷电流达到最大额定电流的30%以上的，宜取2倍表，如果实际负荷长期电流低于30%的取2倍表，误差会增大；实际负荷电流低于30%的，为了提高计量的准确性应取4倍表。
4、电能计量表计量方式的选择误差
在高压计量系统中，计量方式有三相三线制和三相四线制，在中性点绝缘接地系统中三相电流Ia+Ib+Ic=0，中性点为零，用三相三线电能表接线计量无误差。而在中心点非绝缘接地系统中，由于三相结构不对称、三相负载不平衡或三相补偿不完全等原因，中性点普遍有电流存在，而Ib=In—Ia—Ic所以，缺少电流Ib所消耗的功率，所以用三相三线电能表测量三相四线电能将引起附加误差。
三、互感器引起的误差
互感器的误差将造成电能计量装置失准，直接影响各相关单位的经利益以及线损等电网经济技术指标。互感器的误差主要包括以下方面。
1、互感器准确等级太低引起的误差
在互感器选型时I、Ⅱ类电能计量装置互感器准确度等级不应低于0.2级。但早期兴建的电厂和变电站，互感器准确度等级普遍偏低，一般只有0.5级，所以计量误差较大。
2、互感器二次绕组引起的误差
在计量装置中，一般互感器二次绕组接计量的绕组应直接接电能计量表，不得接入其它设备，如果接入其它设备，将使计量表的误差增大。
3、互感器的配置误差
根据电流、电压互感器的误差，合理组合配对，使互感器合成误差尽可能小。配对原则是尽可能使配用电流互感器和电压互感器的比差符号相反，大小相等，角差符号相同，大小相等，如果不考虑比差和角差，也将使计量装置的综合误差增大。
4、电流互感器引起的误差
4.1 电流互感器变比选择造成的误差
由于一次电流通过电流互感器一次绕组时，要使二次绕组产生感应电动势，必须消耗一部分电流I0 产生励磁，使铁心产生磁通。电流互感器的误差就是由铁芯所消耗的励磁安匝引起的。
电流互感器误差取决于互感器的比差、角差，而比差、角差又与外接负载阻抗Zb、铁心导磁率μ、铁心阻抗角α，铁芯损耗电量角有关。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线和误差特性表可见，二次负荷要控制在25％～100％之间．一次电流为其额定值60％左右，至少不得低于30％，才能使电流互感器运行在最优状态，从而降低电流互感器误差。
当实际负荷电流小于30％时，应采用二次绕组具有抽头的多变比或S级电流互感器，或采用具有较高额定短时热电流和动稳定电流，且接近实际负荷电流的电流互感器变比。此外，应尽量避免继电保护和电能计量用的电流互感器并用．否则会因继电保护的要求而使电流互感器的变比选择过大，影响电能计量的准确性。
4.2 电流互感器二次容量的选择。
接入电流互感器的二次负荷包括 电能表电流线圈阻抗、外接导线电阻、接触电阻。所以，在选择电流互感器时，应从三方面考虑二次容量大小，通过选用电流回路负荷阻抗较小的表计，如用电子式电能表来满足二次容量的要求。还可利用降低外接导线电阻的方法．如电流互感器二次回路导线阻抗是二次负荷阻抗的一部分，尤其在大型发电厂、变电所则是其主要部分，它直接影响电流互感器的准确性。因此．当二次回路连接导线的长度一定时，其截面应按电流互感器的额定二次负荷计算确定，一般应不小于4mm2。
5、有电流互感器变比不同引起的计量误差案例
落雪降压站有一条6kV配电线路的出口电能计量装置，按技改要求电流互感器的变比为100/5，A相误装了150/5，C相则配置了100/5，PT的变比6000/100，倍率为1200，使线路的线损在未纠正之前经常是负数，虽多次检查用户的计量装置未发现问题。
三相三线的功率为：P=√3UIcosφ
由于A相错用了电流互感器，致使电能表A相元件电流值仅100/150=2/3，这时电能表的功率为：
P’=2/3UabIacos（φa+300）+ UcbIccos（φc-300）
当功率因数取cosφ=0.8时
更正系数G=P/P’=√3UIcosφ/2/3UabIacos（φa+300）+ UcbIccos（φc-300）=1.1
追补电量△W=（G-1）W
若错计电量以W表示，追补电量以△W表示，追补电量为：△W=（G-1）W。
该线路上月抄表数为235，本月抄表数为345，则总计电量：W=（345-235）×1200=132000，实际追补电量为：△W=（G-1）W=13200。同理当C相错装电流互感器150/5时，则更正系数G=P/P’=√3UIcosφ/UabIacos（a+300）+ 2/3 UcbIccos（φc-300）=1.31，则实际追补电量为：△W=（G-1）W=40920。
总之，使用不同变比的CT，倍率按变比较小的一只计量电能时，需要把计量的电量乘以G的系数，才是正确的电量。如供电线路的线损率为负值时，在排除用户计量装置故障后，点应对出口计量装置进行现场测试，当接线、相序、极性无误时对互感器的变比进行检查。功率因数cosφ值除假定为0.8之外，也 可按计量电度加以计算。
6、电压互感器本身和二次压降引起的误差
（1）电压互感器本身引起的误差
电压互感器的准确度选择和接线方式也将引起计量的误差。电力系统运行中的电压、互感器的现场校验仪是在母线停电时，带实际二次负载进行的，由于生产和管理等方面的原因，电压互感器一旦投运几乎不进行校验，这样由于互感器本身有误差，因而相应造成电能表不能准确计量。
（2）电压互感器二次回路导线截面的选择引起的误差。
电压互感器的负载电流 通过二次连接导线及串接点的接触电阻时会产生电压降，那么加在电能表上的电压就不等于电压互感器二次绕组的端电压，这将造成电能表端电压对于二次绕组端电压的量值和相位上的变化，由此产生电能量的测量误差 一般用加大导线截面或缩短导线长度来减小TA二次回路电压降。当二次回路导线长度一定时，其截面应按允许的电压降计算确定，通常电压二次回路的导线截面应不小于2.5mm。
（3）电压互感器二次回路引起误差
采用专用的计量二次回路，不与保护、测量同回路。需要特别指出的是．在三相四线制或B相接地的三相三线制系统中的计量用电压互感器二次回路，应注意计量与保护用的零线彻底分离。如果共用或接法混乱，将造成两者在零线之间产生环流，致使电能表侧的中性点电位发生位移，从而导致电压降的增大且不稳定，引起计量误差。
（4）电压互感器二次压降引起的误差
这种误差主要是指电压互感器二次侧与电能表电压端子间的电压幅值相对于实际二次侧电压的百分数比差以及两者之间角差和相位差的总和。二次回路压降引起的比差和角差可以等效于电压互感器的比差和角差，但两者之间也有所不同，主要是由于二次回路压降引起的误差及其影响因素具有不稳定性，而电压互感器的误差比较平稳。此外，一般情况下，安装于电厂或变电站的互感器与安装于控制室电屏上的电能表之间都会有较长的间隔距离，这就使得之间连接的二次导线走向复杂而行程较长，导致了电压互感器二次侧电压与二次回路上电能表端子电压不相等，从而使幅值降低和相位发生变化，最终形成压降误差。
四、功率因数引起的误差
在电力系统中，当功率因数cosφ≤0.5时，会引起计量不准确或者表不走，进线计量正确，分表计量不准，就会引起进线计量和分表的误差。
五、接线引起的误差
在电能计量装置之，我经常用的是三相三线制的多功能电子表，接线的方式有很多，但正确的接线只有一种，错误的接线有（1）电压星型接法和V型接法错误，。（2）电压相序不和。（3）电流相序不和，极性错误。（4）电压和电流相序不和。这些错误接线均会给电能表带来不正确的计量，其误差大小因线路情况大小不等，所以，接线错误是引起电能计量误差的主要原因之一。
1、三相三线计量表有功率
P=UabIacos（φa+300）+ UcbIccos（φc-300）
（1）如果电压A和B接反，则有功功率为：
P=UabIacos（φa+300）+ UcbIccos（φc+300）
（2）如果电压B和C接反，则有功功率为：
P=UabIacos（φa-300）+ UcbIccos（φc+300）
（3）如果三相相序都不合，则根据不同的相序画出向量，来分析误差值。
（4）如果电流Ia接反，则有功功率为：
P=UabIacos（φa-300）+ UcbIccos（φc-300）
（4）如果电流Ic接反，则有功功率为：
P=UabIacos（φa+300）+ UcbIccos（φc+300）
（5）如果电流Ia和Ic接反，则有功功率为：
P=UabIacos（φa-300）+ UcbIccos（φc-300）
各公式中的φ角值是不同的，是根据实际的测量值计算。
2、三相四线计量表有功率
P=UaIacosφ+ UbIbcosφ+ UcIccosφ
（1）如果电压A和B接反，则有功功率为：
P=UaIacos（1200-φ）+ UbIbcos（1200+φ）+ UcIccosφ
计算结果为0，电能计量表则不能计量。
（2）如果电压三相全部接错，则有功功率为：
P=UaIacos（1200-φ）+ UbIbcos（1200-φ）+ UcIccos（1200-φ）
当φ＜300 电能表反向计量，当φ＞300 电能表正向计量。
（3）三相电流有一相接反，假如B相接反
P=UaIacosφ+ UbIbcos（1800-φ）+ UcIccosφ
此时电能表只有一相电量。
（4）三相电流有两相接反，假如B和C相接反
P=UaIacos（1800-φ）+ UbIbcos（1800-φ）+ UcIccosφ
此时电能表反向计量一相电量。
（5）三相电流全部接反，假如B和C相接反
P=-3UIcosφ
此时电能表反向计量电量。
第二章 减小电能计量表的有效措施
一、合理选择计量表，优化电能计量装置。
（1）优选符合计量规程的计量装置。应以计量精度和稳定性能好为选择电能表的依据，具体现场应用时，可以根据以上依据选择多功能电能表，同时还要尽量避免电能表二次回路与保护共用。
（2）是要以标准化和规格化为要求改进计量点。在选用电能表时，合理选择电能表的型式、电压等级、基本电流、最大额定电流以及准确度等级，充分考虑选用宽负荷（s级）电能表，以满足大范围负荷变化的需求。
（3）是要在调整互感器误差互补、增大电压二次导线的载流能力及减少转换过程的接触点等方面开展有效工作，以切实减小计量装置的综合误差。
（4）根据电力系统的实际运行方式，选择合理的电能计量表接线方式，在中心点非绝缘接地系统中，应采用三相四线制电能表。对接入中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相三线制电能表。
二、合理选择互感器，减小互感器的带来的误差
（1）依照标准和规定，应互感器准确度高和稳定性为选择依据，在计量回路中应避免传入其它装置。
（2）减小互感器的合成误差
尽可能配用比差及角差符号相反、大小相等的电流互感器和电压互感器，使得互感器的合成误差最小，以便最大限度地降低计量装置综合误差。
（3）合理选择电流互感器变比
要求正常负荷电流在电流互感器额定电流的60％左右，对季节性用电的用户应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器。
三、降低电压互感器二次回路压降
二次回路压降引起的电能计量误差的削减措施主要有三个方面：
（1）是在满足现场实际需求的基础上减少串接节点数量，消除不稳定因
素的影响。在低于35kV线路的计量回路中不易安装熔断器，同时要设法减少计量回路中节点的数量，并对各个节点做好周期性的清理和测试工作，以此来消除各类不稳定因素对电能准确计量的干扰。
（2）是应该装设专用二次回路，最大程度的增大导线载流能力，减少计量回路阻抗。
（3）是有条件时宜采用三相四线制全电子式电能表。全电子式电能表具有回路电流小、输入阻抗高的特点，其在负载不平衡时的计量上具有明显的优势。
（4）是应使用电压互感器二次压降自动补充装置。该装置能够保证电能表输入电压和电压互感器二次侧出口电压相一致，可以使电压互感器的压降对计量误差的影响减弱。
四、排除错误接线
（1）是带电检查：排除电压回路错误，用相序表检查电压回路的相序，并以电压互感器为标准，用万用表分别测 UA、UB、UC、及UAB、UAC、UBC 的值，据此可查出电压回路是否正常，若有错先恢复正常
（2）用钳型相位伏安表测A相和C相电流的大小IA、IC 排除电流短路、断路及接触不良等故障。
（3）用钳型相位表测出电能表两元件所加电压与电流间的相位角，即 UAB IA 和UCB IC 的角度并画出相量图。对相量进行综合分析判断，排除电流回路错误接线，并加以改正。
五、加强计量装置的验收和检验工作
对于新投运或新改造的电能计量装置，应该针对电流互感器、电压互感器及电能表的精度等级等要求，严格按照相关规定对其进行优选和优化配置；要对安装前的电能表、互感器进行验收和测定，安装完成投运后应该对电能表和互感器进行定期的检验和轮换工作。
六、改善电能计量表的工作环境
电能计量表对工作环境中的温度、湿度、噪声等都有严格的要求，而目前配电室现有的条件还达不到有关要求，建议在高压室增加相应的设备。
结 论
对电力系统运行中的电能计量误差的分析以及电能费问题的思考总结，不仅提高了电能计量的准确性，还促进了电力系统中电能计量技术的提高。这不仅有利于对电力运营企业和电能资源用户的利益维护，而且还提高了电力系统企业的经济效益和社会效益。
论文作者:王胜允
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：误差论文; 电能论文; 互感器论文; 电压互感器论文; 电流论文; 回路论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第29期论文;