感應(yīng)式電能表現(xiàn)場校驗(yàn)誤差分析

1、感應(yīng)式電能表現(xiàn)場校驗(yàn)誤差分析摘要：電能表計(jì)量準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著電力系統(tǒng)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行中的電能表由于各種原因時(shí)常出現(xiàn)誤差超過正常范圍的現(xiàn)象，成為電能計(jì)量不可忽視的一個(gè)重要問題。本文對(duì)感應(yīng)式電能表各種負(fù)載下的誤差進(jìn)行分析，并提出一些處理措施。 關(guān)鍵詞：電能表 現(xiàn)場校驗(yàn) 誤差分析 0 引言 電能是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的一種重要能源，電能表作為電能計(jì)量與經(jīng)濟(jì)結(jié)算的主要工具，其計(jì)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著電力系統(tǒng)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，直接關(guān)系著國家與人民的利益，因此必須保證電能表計(jì)量的準(zhǔn)確。但運(yùn)行中的電能表由于各種原因時(shí)常出現(xiàn)誤差超過正常范圍的現(xiàn)象，對(duì)電能表進(jìn)

2、行校驗(yàn)顯得十分重要?，F(xiàn)場校驗(yàn)不需要拆卸電能表，不需要中斷電能表的計(jì)量，能在不中斷用電的情況下完成校驗(yàn)，可以真實(shí)地記錄電能表實(shí)際工況下的故障情況，近年來成為測試電能表計(jì)量誤差的常用方法。 下面，本文以感應(yīng)式電能表為例，針對(duì)電能表現(xiàn)場校驗(yàn)方法，就電能表計(jì)量誤差進(jìn)行分析，并提出一些有效的處理措施。 1 感應(yīng)式電能表工作原理及誤差特性 1.1 感應(yīng)式電能表工作原理 對(duì)于感應(yīng)式電能表來說，其轉(zhuǎn)盤是一個(gè)導(dǎo)體，在交變磁通的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)轉(zhuǎn)盤成為載流導(dǎo)體，載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，因電磁力力矩作用而使得轉(zhuǎn)盤發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。穿過電能表轉(zhuǎn)盤的磁通，包括電壓磁通和

3、電流磁通，而在電能表工作過程中，實(shí)際上在其轉(zhuǎn)盤的不同位置一共有三個(gè)磁通穿過。磁通最大值在一個(gè)周期內(nèi)移動(dòng)，經(jīng)過三個(gè)磁極時(shí)，磁場不斷重復(fù)移動(dòng)形成旋轉(zhuǎn)磁場，最終由感應(yīng)電流與電壓工作磁通相互作用產(chǎn)生電磁力，形成驅(qū)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)盤根據(jù)負(fù)載大小轉(zhuǎn)動(dòng)。但要使轉(zhuǎn)盤在恒定的負(fù)載下做等速旋轉(zhuǎn)，則必須對(duì)轉(zhuǎn)盤施加一個(gè)同驅(qū)動(dòng)力矩大小相等方向相反的反作用力矩，也就是制動(dòng)力矩，制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速成正比變化，以阻止轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動(dòng)，在感應(yīng)式電能表中，制動(dòng)力矩由永磁鐵來實(shí)現(xiàn)。 1.2 感應(yīng)式電能表誤差特性 感應(yīng)式電能表依靠驅(qū)動(dòng)力矩來驅(qū)使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠制動(dòng)力矩來阻止轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的計(jì)量。但在實(shí)際工作

4、中，電能表除了受到驅(qū)動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩兩個(gè)基本力矩的作用外，還會(huì)受到抑制力矩、摩擦力矩、補(bǔ)償力矩等附加力矩的作用，這些附加力矩會(huì)破壞轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速和負(fù)載功率，造成電能表計(jì)量誤差。電能表的計(jì)量誤差分為基本誤差和附加誤差兩大類，基本誤差是在規(guī)定的電壓、頻率、溫度條件下所測得的相對(duì)誤差，附加誤差則是電能表運(yùn)行過程中由于電壓、頻率、溫度等的變化所引起的誤差。通常情況下，電能表工作電壓的變化，會(huì)由于工作磁通與電壓的非正比變化而破壞電壓抑制力矩、補(bǔ)償力矩和驅(qū)動(dòng)力矩間的比例關(guān)系，從而使電能表產(chǎn)生電壓附加誤差，也就是電壓誤差。當(dāng)電網(wǎng)頻率同電能表額定頻率不同時(shí)，會(huì)使電流、電壓工作磁通以及其相位角發(fā)生改變，使電能表產(chǎn)生

5、頻率附加誤差。而溫度的變化會(huì)使制動(dòng)磁通發(fā)生變化，此時(shí)電流、電壓工作磁通大小以及相位角都會(huì)發(fā)生改變，造成計(jì)量誤差，也就是溫度誤差。電壓誤差、頻率誤差、溫度誤差是電能表計(jì)量中最常見的誤差。 2 滿載誤差分析及處理 在滿載狀態(tài)下，電能表的誤差主要由制動(dòng)力矩造成，其影響因素包括制動(dòng)力矩、摩擦力矩、電流、電壓抑制力矩等。造成電能表滿載誤差的原因，主要有永磁鐵失磁、永磁鐵間隙過大、電壓與電流磁芯間隙過小、電壓線圈匝間短路等。滿載誤差可以利用滿載調(diào)整裝置，也就是制動(dòng)力矩調(diào)整裝置來調(diào)整，其主要原理是通過改變電能表永久磁鐵的制動(dòng)力矩來改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速。在調(diào)整電能表滿載誤差故障時(shí)，需要使電能表在

6、額定電壓、額定功率、100%Ib和功率因數(shù)COS=1.0的情況下進(jìn)行，最終使電能表滿載時(shí)的誤差達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。 在滿載誤差調(diào)整時(shí)，有改變制動(dòng)力矩的制動(dòng)力臂和制動(dòng)力矩的制動(dòng)磁通兩種方法。改變制動(dòng)力矩的制動(dòng)力臂，能使永磁鐵沿轉(zhuǎn)盤半徑方向進(jìn)行平移，最終改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，永磁鐵向軸心移動(dòng)時(shí)制動(dòng)力矩越小轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速越快。在采用這種方式時(shí)，永磁鐵平移過程一定要緩慢平穩(wěn)，以免使轉(zhuǎn)盤與永磁鐵間的氣隙發(fā)生改變，在調(diào)整完畢后，要用平衡螺釘重新固定。一般情況下，需要將滿載誤差調(diào)整到基本誤差限的五分之一以內(nèi)，以保證標(biāo)定電流和額定電流下的誤差需要。改變制動(dòng)磁通來調(diào)整滿載誤差更容易控制，這種方法主要通過改變永磁鐵跨于圓

7、盤的有效部分來調(diào)整有效磁通量，最終改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速。 3 相角誤差分析及處理 電能表相角誤差是由于電能表電壓工作磁通與電流工作磁通之間的相位角變化所引起的，當(dāng)電能表出現(xiàn)相位角誤差時(shí)，需要調(diào)整電壓工作磁通與電流工作磁通的相位角，使兩者的相角差滿足=90°-要求，這樣電能表才能在不同功率因數(shù)的負(fù)載下都能夠正確計(jì)量。當(dāng)電能表存在相位誤差時(shí)，一般采用調(diào)整I、U、F的相位以改變磁通路徑上的有功損耗，從而改變相位。改變電流工作磁通相位角，可以通過改變I的變化規(guī)律來實(shí)現(xiàn)。在負(fù)載電流與附加線圈匝數(shù)一定時(shí)，滑塊向“+”移動(dòng)會(huì)造成回路電阻的增大，從而減小電流降低去磁作用，使電流工作磁通

8、增加減小路徑上的有功損耗，增大驅(qū)動(dòng)力矩提高轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速。當(dāng)調(diào)整余量不足時(shí)，則需要增加或減少短路片來進(jìn)行調(diào)整，增加短路片會(huì)使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變慢，減少短路片則會(huì)使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速加快。在進(jìn)行相角誤差調(diào)整時(shí)，電能表必須運(yùn)行在額定電壓、額定功率、100%Ib和功率因數(shù)COS=0.5或Sin=0.5的狀態(tài)下。 在進(jìn)行相角誤差調(diào)整時(shí)，有可能遇到表慢調(diào)不快的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是電壓線圈存在匝間短路，電壓線圈鐵芯銹蝕造成中柱接縫磁阻增加，相位調(diào)整失靈等。當(dāng)出現(xiàn)表快調(diào)不慢的情況時(shí)，則可能是由于相角調(diào)整電阻短路滑片接觸不良或者氧化，短路片數(shù)量過少，電阻脫焊等原因。出現(xiàn)這些情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際原因進(jìn)行更換、打磨

9、、焊接處理。 4 輕載誤差分析及處理 由于電流鐵芯的非線性、摩擦力矩的存在、測量機(jī)構(gòu)制造和裝配的不準(zhǔn)確等原因，當(dāng)電能表在10%Ib以下輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)電路的磁通與電能表轉(zhuǎn)盤的相對(duì)位置會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱分布，使電能表產(chǎn)生輕載誤差，影響電能表輕負(fù)載范圍內(nèi)的負(fù)載特性曲線。當(dāng)電能表輕載誤差超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可以通過輕載調(diào)整裝置來調(diào)整電能表補(bǔ)償力矩，以補(bǔ)償電能表在5%20%Ib輕負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的摩擦誤差和電流鐵芯線的非線性誤差，以及由于裝配不對(duì)稱所產(chǎn)生的潛動(dòng)力矩。電能表的輕載調(diào)整裝置安裝在電壓鐵芯上，通過銅片和鋁片將電壓工作磁通分成兩個(gè)部分造成電壓磁通不對(duì)稱現(xiàn)象來形成補(bǔ)償力矩，在調(diào)整時(shí)即可

10、以移動(dòng)銅片或鋁片的位置來對(duì)補(bǔ)償力矩進(jìn)行調(diào)整。輕載誤差調(diào)整需要在額定電壓、額定頻率、10%Ib、cos=1或sin=1的狀態(tài)下進(jìn)行。在調(diào)整時(shí)，當(dāng)短路鐵片處于磁極中心對(duì)稱位置時(shí)，兩側(cè)框邊所加載的電壓工作磁通同樣多，此時(shí)兩側(cè)的補(bǔ)償力矩大小相等，方向相反，在電能表轉(zhuǎn)盤上的作用將會(huì)被完全抵消，不會(huì)形成補(bǔ)償力矩。當(dāng)移動(dòng)短路鐵片時(shí)，兩側(cè)所施加的電壓工作磁通發(fā)生變化，產(chǎn)生差值補(bǔ)償力矩，差值補(bǔ)償力矩的大小與短路鐵片離中心的遠(yuǎn)近有關(guān)，方向則同遠(yuǎn)離框邊有關(guān)。最終通過補(bǔ)償力矩的調(diào)整，來使電能表的輕載誤差處于許可范圍內(nèi)。 5 潛動(dòng)誤差分析及處理 當(dāng)負(fù)荷電流為零時(shí)，電能表轉(zhuǎn)盤依然連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為潛動(dòng)

11、現(xiàn)象，是電能表常見的故障，造成電能表潛動(dòng)故障的原因較多，主要包括電能表輕微負(fù)荷、輕載正負(fù)誤差過大、電能表接線錯(cuò)誤、三相電壓不平衡、電流互感器故障幾個(gè)方面。實(shí)際上，制造、裝配、維修等過程，都有可能無意中引起電能表潛動(dòng)故障，其基本原理是由于磁路的不對(duì)稱產(chǎn)生了潛動(dòng)力矩使得轉(zhuǎn)盤潛動(dòng)。在正常情況下，電能表處于80%110%參比電壓下斷開電流回路時(shí)，其轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)不應(yīng)當(dāng)超過一圈。當(dāng)電能表存在潛動(dòng)故障時(shí)，可以利用電能表防潛動(dòng)裝置，來制止電能表無負(fù)載狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。一種方法是通過改變電壓線圈鐵芯磁化鐵片同轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸上的鐵絲或鐵片間的距離來改變防潛力矩的大小，來起到防潛動(dòng)作用。另一種方法是通過調(diào)整輕載補(bǔ)償裝置利用補(bǔ)償力矩來補(bǔ)償潛動(dòng)力矩以起防潛動(dòng)作用。 6 結(jié)束語 電能表是電力系統(tǒng)中最基本的計(jì)量工具，關(guān)系著企業(yè)與用戶的根本利益，必須保證電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性。但電能表在裝配、使用、維修過程中，都有可能因?yàn)楦鞣N原因而影響電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性，造成電能表計(jì)量誤差，給企業(yè)和用戶帶來不良影響。在電能表現(xiàn)場校驗(yàn)中，要注意準(zhǔn)確把握不同誤差的產(chǎn)生原因和解決策略，迅速有效地利用相關(guān)