三相三线电能表检验时标准表测量方法的探讨

1三相三线电能表检验时标准表测量方式的探讨河南思达高科电测公司左敏柱摘要：介绍了三相三线电能表检验时标准表的三种测量方式，分析了三种测量方式的优缺点和适用场合，并给出了测量比对实验数据。关键词：两表法、三表法、矢量合成法DiscussionaboutreferencemeterformeasuremethodofthreephasethreewireenergyZuoMinzhu(HenanStaHi-TechCOLTDZhengzhou450001,China)Abstract:It’sintroducethreemethodsaboutreferencemeterformeasuremethodofthreephasethreewireenergywithmeasurecomparasion.it‘sconsideredwhentestatlabtoadoptvectorsymsyntheticmethod,buttestatworksitetoadopttwometermethodKeywords:twometermethod,,threemetermethod,vectorsyntheticmethod标准电能表作为电能量值传递的重要依据，其测量的准确性对量值溯源非常重要。在对三相三线电能表进行检验时，标准表可以有不同的测量方式，不同测量方式之间有一定的测量偏差。分析这些偏差，找出各种场合下标准表适用的测量方式，在高准确度要求的场合下，显得尤其重要。1、三种测量方式分析三相标准电能表一般都有三个测量元件，在测量三相三线系统的功率和电能时可以采用以下三种方式。两表法测量时仅使用三相标准电能表的2个测量元件，其测量原理和接线方式与常用的三相二元件电能表相同，其相量图如图1所示。标准电能表的2个测量元件直接测量线电压uab、ucb和相电流ia、ic、然后根据式1计算平均功率。21coscosccbaabIUIUP（1）式中1为Uab和Ia夹角，2为Ucb和Ic夹角。采用此法，当三相三线系统的功率因数为0.5L或0.5C时，2个元件之一的1或2为90度，使相应元件测量的功率（或电能）为不确定值，不能正确计量，所以实用时不得不将负载角调偏一点。此外，由于三相标准电能表还常常用于三相四线电能表检验，电压元件通常接相电压。为适应两表法测量三相三线系统，电压元件的接线必须进行相电压/线电压切换，或改变电源接法，比较麻烦。2UUIIaccbab图1两表法相量图三表法标准表按三相四线测量的方式工作，用标准表的三个元件分别测量三个相电压ua、ub、uc和相电流ia、ib，ic、然后根据式2计算平均功率。由于三相三线系统ia+ib+ic=0，即ib=-(ia+ic)，所以b相实际输入的电流是负的ib+ic。相量图如图2所示。cccbbbaaaIUIUIUPcoscoscos（2）采用此法，可克服两表法测量在功率因数为0.5L或0.5C附近时测量范围的不连续的缺点（详见参考文献1）。同样由于三相标准电能表还常常用于三相四线电能表检验，此时电流ib由系统直接提供（在实验室条件下通常是由三相测试电源提供），因此也需要进行电流接线切换来适应不同的系统测量要求，带来许多不便。UUUIIIaabccabI+()-图2三表法相量图矢量法此法是上述两法的综合改进。使用标准表的三个电压元件和两个电流元件，直接测量三个相电压Ua、Ub、Uc和两个相电流Ia、Ic，然后用矢量合成运算求得到线电压Uab、Ucb，最后利用式1计算平均功率。其相量图如图3所示，这种测量方法可以称为矢量合成法。采用这种方式工作的标准表，必须能够对三个相电压同时采样并达到很高的采样精度。需要注意的是，测量时标准表与系统的电压中性线应连接，使得用于合成线电压Uab、Ucb的三个相电压Ua、Ub、Uc测量值稳定。采用这种方式，标准表在对三相三线电能表和三线四线电能表进行检验时，标准表接线方式完全相同，无须进行任何改变。而被检表按照常规方式接线，与标准表的测量信号没有差异。在实验室工作时，这种方式是非常方便的。3UUIIaccbabUUUabc图3矢量合成法相量图2、三种测量方式的比对比对时，采用思达公司的三相测试电源JCD-3150S和高精度三相表SB1300（0.02级），测试电源提供三相四线50Hz正弦测试信号，SB1300作标准表，并始终为三表法接法；而被校表分别采用思达公司及国内外其他公司的三相标准表，并分别为三表法、两表法和矢量法接法。两表法和矢量法的比对接法如图4、图5所示。UUUIIIaabbccNUUUIIINaabbccUUUIIINaabbcc被校表两表法标准表三表法图4被校表为两表法UUUIIIaabbccNUUUIIINaabbccUUUIIINaabbcc被校表矢量法标准表三表法图5被校表为矢量法被校表接法说明：4两表法的N端接到测试电源的Ub，并接机壳。接机壳的目的是为避免干扰；Ub也接于N端，以免Ub端悬空时带来附加干扰。实验表明，对于两表法，不接信号的电压测量元件输入端是否浮空影响很大。从标准表的原理上分析，这是由于未接线的测量元件可能引入干扰和噪声，从而带来了附加误差。而将不接信号的电压测量元件输入端接测量地后，偏差大大减小。对于矢量法，中性线连接与否对测量稳定度有一定影响，对偏差的大小影响不大。偏差可能主要来自于不同方式下不同的相位补偿。使用两表法时，应注意标准表中不接线的元件是否参与测量。如标准表采用三相四线测量方式或矢量合成方式，按两表法接线时，空置的电压端子可能引入噪声和干扰信号造成测量误差。使用矢量合成法时，需要连接中性线，避免由于没有中性线可能会引起标准表测量信号不稳定，带来附加误差。比对结果如下表所示。表1思达公司0.02级表比对误差（标准表为三表法）被校表1.00.5L0.5C三表法有功0.0000.005-0.002无功-0.012-0.0150.000两表法有功0.0040.0130.002无功-0.027-0.0430.027矢量法有功0.0030.009-O.002无功-0.012-0.018-0.004表2国内某公司0.05级表比对误差(标准表为三表法）被校表1.00.5L0.5C三表法有功-0.025-0.011-0.016无功-0.028-0.039-0.003两表法有功-0.015-0.0300.003无功-0.027-0.007-0.026表3国外某公司0.02级表比对误差（标准表为三表法）被校表1.00.5L0.5C三表法有功0.001-0.0000.003无功-0.0010.001-0.001两表法有功-0.004-0.0080.008无功-0.001-0.0060.005矢量法有功0.001-0.003O.001无功0.0000.000-0.0013、结语从理论上讲，这三种方式均可正确测量三相三线的电能，但测量结果表明，对于具体的标准电能表，三种方式之间还有一定差别。以有功为例，在功率因数为1时比对误差如表4所示：比对误差%两表法矢量法思达公司0.02级表0.0040.003国内某公司0.05级表0.01国外某公司0.02级表0.0050.0005一般来说，三表法的测量准确度与三相四线测量相同，是可以信赖的，但其电流接线比较繁琐，所以，我们把它作为比对基准。经过比对测试，从表4可见，矢量法比两表法要准，所以，我们认为：在实验室中校验三相三线电能表时宜采用矢量合成法，因为接线简单直观，且在三相四线和三相三线工作方式下相同，接线无须变换，只需改变软件算法即可实现三相三线电能测量。在现场校验三相三线电能表时，对于高压计费表由于没有中性线，宜采用两表法。对于低压计费表，中性线容易取得，则可采用各种方式。参考文献1：王爱民，张翠琴，在电子台上用三表法检三相三线表的实现《电测与仪表》2000.7