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电能计量分析毕业设计论文

毕业论文

题　　目：

电能计量

专业：

发电厂及电力系统

年级：

10（三）电力1班

学生姓名：

###

学号：

####

指导教师：

###

电力工程系

2012年　11　月　28日

电能计量

摘要

电，已成为人类社会生存和发展进步所不可缺少的一种重要能源受到广泛利用和依赖。

它的发现和利用给人类带入了一个崭新的飞速发展的时代，它作为一种能源不仅给人类带来光明，更重要的是酝酿并推动了现代化大生产和现代科技，为人类创造了辉煌的物质文明和精神文明，使人类进入了现代化时代。

电力生产和其他产品的生产不一样，其特点是发、供、用这三个部门连成一个系统，不能间断的同时完成，而且是互相紧密联系缺一不可，他们互相如何销售，如何经济计算，就需要一个计量器具在三个部门之间进行测量计算出电能的数量，这个装置就是电能计量装置，没有它，发、供、用三个方面就无法进行销售、买卖，所以电能计量装置在发、供、用的地位十分重要。

本文进行了电能计量方式及错误接线的分析。

文章先讲述了课题的背景及意义，其次分析了电能计量装置，并对电能计量原理进行了分析，讲述了电压互感器、电流互感器及电能表的原理，文章最后对电能计量装置的错误接线方式进行了分析。

关键词：

电能计量；计量装置；错接线；电压互感器；电流互感器

1绪论………………………..…………………………………………………….1

1.1课题的背景…………………………………………………………………..1

1.2课题的意义…………………………………………………………………..1

2电能计量的基本概念…………………….…………………………………………2

2.1电能计量原理………………………………………………………………..2

2.1.1电压互感器…………………………………………………………..2

2.1.2电流互感器…………………………………………………………..3

2.1.3电能表………………………………………………………………..4

2.2电能计量装置概述与计量方式……………………………………………..6

2.2.1电能计量装置基本概念………………………………..……………7

2.2.2计量装置的计量方式………………………………………………..8

3电能计量装置错误接线方式分析……………………………………..…………10

3.1概述…………………………………………………………………………10

3.2错误接线方式的确认………………………………………………………11

3.3本章小结…………………………………………………………………….13

4电能计量概述…………………………………………………………………..…14

4.1电能的计量分析…………………………………………………….…...…..14

4.1.1有功电能的计量……………………………………………………14

2.1.2无功电能的计量……………………………………………………20

5结论……………………………………………………………………………..…26

参考文献…………………………………………………………………..…………26

1绪论

1.1课题的背景

随着社会主义市场经济的日益完善，我国经济得到持续而快速的发展，社会用电量日益增加。

社会经济的发展为电力市场提供了广阔的发展空间，电能已成为经济建设中十分重要的能源。

为准确预测电能的供求变化，合理的计收用户电费，电能计量已被电力企业重视。

电能计量作为计量工作的一个重要组成部分，是电力企业生产经营管理及电网安全运行的重要环节，其技术水平和管理水平不仅事关电力工业的发展和电力企业的形象而且影响电能贸易结算的公平、公正和准确、可靠，关系到电力企业、广大电力客户和老百姓的利益。

电能表的计量准确性可以通过电能计量检定机构的校验得到保证，而现场接线的准确性，不仅仅取决于装表人员的工作责任心、业务水平及工作的熟练程度，而且由于电力客户法律、法规意识浅薄、有意窃电，致使计量装置错误接线，直接影响到计量的准确性。

1.2课题的意义

当今电力工业发展迅速，为了保证电力工业生产、电能计量能安全、可靠、准确和经济地行，我们必须依靠安装在电力生产现场上的能测量压，电流、功率、电能等参数的仪器仪表来保证。

电能计量是进行电能交易的“秤”，供用电双方都很重视。

电能计量是否准确，除了与电能计量装置的准确有关之外，还与计量回路接线是否正确密切关系。

如果由于电能表本身的误差和超差，使电能计量产生的误差一般只有百分之几百，这会给用户或供电企业带来极大的经济损失。

为了把握好电能计量这一重要环节，确保电能计量的准确、可靠具有十分重要的意义。

电能表是电能计量的核心部分和基本量具,其计量准确度直接关系到电能计量的精度。

2电能计量的基本概念

2.1电能计量原理

2.1.1电压互感器

电能计量装置由电压互感器（PT）、电流互感器（CT）、电能表以及二次回路等组成。

从原理上看，互感器就是一种容量小、用途特殊的变压器。

在电气测量中，测量仪器有时无法对被测的高电压和大电流进行直接测量，这时就需要把高电压和大电流变换成低电压和小电流再进行测量，互感器就是这样一种具有变换作用的仪器。

互感器除了具有变换的作用外还具有以下优点：

由于互感器隔离了高电压和大电流，从而能够保证测量仪表与测试人员的安全；互感器采用统一的标准化输出量程：

如电压互感器二次电压为100V或100/3V，电流互感器二次电流为5A，让接在互感器后的电能表采用统一的规格，有利于仪表的批量生产和使用。

因此，测量互感器在电力系统中的得到了广泛应用。

1、电压互感器的工作原理

电压互感器的结构相当于一台降压变压器，由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等组成。

它把高电压变换成低电压，供给测量仪表和继电保护装置，以保证测量仪表与测试人员的安全。

电压互感器二次额定电压为100V或100/3V。

电压互感器的一次绕组与高压电力线路连接，二次绕组与计量仪表电压回路并联，因此，一次绕组的匝数多，二次绕组的匝数少。

电压互感器示意图如图2-l。

图2-1电压互感器接线图

2、电压互感器的接线方式

电压互感器的接线方式主要有以下几种：

（l）电压互感器的叨v接法（不完全星形接法）

V接法广泛地应用于中性点不接地或经消弧线圈接地的35kV及以下的高压三相系统，特别是10kV三相系统。

因为它既能节省一台电压互感器，又可满足三相有功电能表、无功电能表和三相功率表所需的线电压。

仪表电压线圈一般是接于二次侧a、b间和c、b间。

这种接法的缺点是：

不能测量相电压；不能接入监视系统绝缘状况的电压表。

（2）电压互感器的Y/yn接法

Y/yn接法是用一台三相三柱式电压互感器，也可用三台单相电压互感器构成三相电压互感器组。

这种接法多用于小电流接地的高压三相系统。

此种接法的缺点是：

当二次负载不平衡时，可能引起较大的误差；并且为了防止高压侧单相接地故障，高压侧中性点不允许接地，故不能测量对地电压。

（3）电压互感器的YN/yn接法

此种接法多用于大电流接地系统时，常采用三台单相电压互感器构成三相电压互感器组。

此种接法优点是：

由于高压侧中性点接地，故可降低绝缘水平，使成本降低；电压互感器绕组是按相电压设计的，故既可测量线电压，又可测量相电压。

此外，二次侧增设的开口三角形接地的辅助绕组，可构成零序电压过滤器供继电保护等使用。

2.1.2电流互感器

（1）、电流互感器的工作原理

电流互感器的结构与电压互感器一样，也是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等组成。

在高压电力计量系统中，电流互感器是一种重要电器设备，是一次系统和二次系统之间的联络元件，被广泛应用于继电保护、系统监测和系统分析中。

电流互感器是一种电流变换装置，它把大电流变换成小电流，供给测量仪表和继电保护装置，以保证测量仪表与测试人员的安全。

电互感器二次额定电流为5A。

（2）、电流互感器使用注意事项

a极性连接要正确

电流互感器的极性，一般是按减极性标注的。

对于电流互感器而言，就是一次电流11和二次电流I：

相对于各自绕组的同名端瞬时方向恰好相反，即一次电流流入互感器时，二次从互感器流出，这样的极性称为减极性。

如果电流互感器的极性连接不正确，不仅会造成计量错误，而且，当同一线路有多个电流互感器

并联时，还可能造成短路事故。

为了不使接线搞错，对于单电流比的电流互感器，其极性标志规定为：

一次绕组出线端首端标为Ll，末端标为1；二次绕组出线端首端标为K，末端标为0。

b运行中的电流互感器二次回路不允许开路

电流互感器工作时，二次回路始终是闭合的，但因测量仪表和保护装置的串联绕组阻抗很小，其工作情况接近短路状态，当电流互感器开路时，将在二次绕组产生很高的电压，威胁人身安全，造成仪表、保护装置、互感器二次绝缘损坏。

并且电流互感器二次回路必须接地，以防止一次绝缘击穿时，高电压窜入二次绕组威胁人身和设备安全。

2.1.3电能表

电能表是电能计量装置的核心设备，它专门用于计量负荷消耗的电能。

目前，我国使用最广的电能表是感应式电能表和电子式电能表。

感应式电能表是利用电磁感应原理工作的，它主要由驱动元件（电压元件和电流元件）、转动元件（转盘和转轴）、制动元件、轴承和计度器等部件组成。

当电压和电流通过驱动元件时，所产生的与有功功率成正比的电磁力矩驱动转盘转动，转盘的累积转数就可以表示消耗的电能。

感应式电能表由于具有结构简单、维修方便、价格便宜等优点，一直被广泛应用。

电子式电能表是通过将功率转换成为标准脉冲输出，然后对脉冲累积以测量电能的计量装置。

电子式电能表主要由采样元件、模/数转换器、班乘法器、电压/频率转换器和计度器等部件组成。

电子式电能表工作时，首先让所采样的电压和电流分别经过各自的模/数转换器，由模/数转换器将它们转换成数字量，再将转换结果送入乘法器，由乘法器将电压和电流的瞬时值相乘，然后就输出一个与一定时间内的平均功率成正比的直流电压U0，再通过电压/频率转换器将U0转换成相应的脉冲频率f0，这样f0就正比于平均功率，最后将f0分频后，通过计数器的记数，得到相应的电能数值。

电子式电能表具有准确度高、体积小、重量轻、功能多等优点，正在得到日益广泛的应用。

而具有的显示、存贮和输出数据等功能，更可以用于电脑全自动抄表、计费和检测，所以更得到了计量部门的青睐。

一、按结构和工作原理分：

电气机械式电能表、电子式和机电一体式电能表。

1、电气机械式电能表又分为:

电动系电能表：

是用来测量直流电能的电能表。

它相当于把电动系功率表的游丝去掉，加上换向装置，让其可动线圈连续转动，从而进行电能测量。

由于电动系电能表结构复杂、造价高，所以对于需要量大、用来测量交流电能的电能表不宜采用电动系结构。

感应系电能表：

是用于测量交流电能的仪表。

2、常使用的几种类型的电子式电能表

1）、预付费电能表

IC卡式预付费电能表：

由于IC卡表存在着一个面向用户完全开放的插口，用户可用多种方法攻击IC卡而造成死机、数据混乱。

此外由于受到成本限制，IC卡使用的密码容量有限，而容易解密，甚至出现伪造，为此电力部门曾专门指出“一户一表”不宜用IC卡表。

直接购电式予付费电能表：

用户到供电或物业管理部门去买电，而供电或物业管理部门采用远控或手持售电机，将购电量直接注入到用户的电表内。

没有面向用户的插口。

2）电子式多费率电能表

所谓多费率电能表也称复费率电能表或称之为分时计量电能表。

它是根据每天用电的峰、平、谷的实际情况，分时段地进行计量，以作为分时电价结算的依据。

二、根据测量对象的不同，电能表可分为有功电能表和无功电能表两类。

三、根据电能表的准确度不同，可分为普通电能表（0.5、1.0、2.0、3.0）和用于校验普通电能表的标准电能表（0.01、0.02、0.05、0.1、0.2）。

S级电能表与非S（special的缩写）级电能表的主要区别在于对轻负荷计量的准确度要求不同。

非S级电能表在5％Ib（Ib为基本电流）以下没有误差要求，而S级电能表在1％Ib～120%Ib时就可以满足误差要求

四、按照用途不同，电能表分为普通使用的电能表和作特殊使用的特种电能表。

特种电能表有以下几种：

（１）用来自动监视并控制用电单位日用电量及电能计量控制的电力定量器。

（２）附带有测量在一定积算周期内最大平均功率指示器的最大需量电能表。

（３）测量线路损耗的铜损电能表（如DD14-2型）。

（４）测量大型含铁心电器（如变压器）铁心损耗的铁损电能表（如DD14-1型）。

五、电能表的常数和额定电压

•电能表常数：

是指电能表计量1kWh电能时所对应的铝盘的转数。

如：

3000r/kWh。

•电能表的额定电压：

是指电能表接入电路的电压，用Ue表示

•单相表为220V；

•三相三线表为3×380V；

•三相四线表为3×220V／380V；

•若经TV接入，还应标明TV的变比，如3×6000/100V

2.2电能计量装置概述与计量方式

电能计量装置的发展概况

电能表在世界上的出现和发展已有一百多年的历史，最早的电能表是1881年根据电解原理制成的，尽管这种电能表每只重达几十公斤，十分笨重，又无精度的保证，但是，当时仍然被作为科技界的一项重大发明受到人们的重视和赞扬，并很快地在工程上采用了它，随着科学技术的发展，1888年，交流电的发现和应用，又向电能表的发展提出了新的要求。

经过科学家的努力，感应式电能表诞生了。

由于感应式电能表具有结构简单、操作安全、价廉、耐用、又便于维修和批量生产等一系列优点，所以发展很快。

我国交流感应式电能表是在20世纪50年代从仿制外国电能表开始生产，经过二十多年的努力，我国的电能表的制造已具备相当的水平和规模，随着科学技术的发展，和对交流感应式电能表过负荷能力、使用寿命的要求。

我国在80-90年代开始了对长寿命电能表、机电一体化电能表（半电子式电能表）、全电子式电能表、多功能全电子式电能表、预付费电能表、复费率电能表、最大需量表、损耗电能表等的研制生产，目前已开始使用。

而国外生产的电能表，由于机械加工、工艺等方面比我国先进，所以他们生产的电能表都是较为准确和寿命较长。

2.2.1电能计量装置基本概念

（一）定义：

电力的生产和其他产品的生产不同，其特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门是连成一个系统，不间断地同时完成，而且是相互紧密联系缺一不可，而它们之间电量如何销售，如何经济计算，那就需要一个计量器具在三个部门之间进行测量计算出电能的数量，这个装置就是电能计量装置。

没有它，在发、供、用电三个方面就没法进行销售、买卖，所以电能计量装置在发、供用电的地位是十分重要的。

我们把电能表和与其配合使用的互感器以及电能表到互感器二次回路接线统称为计量装置。

它的作用：

电既是电力企业的产品，又是商品，其交易过程必须遵循市场规律，做到买卖公平。

电能计量装置的准确与否，直接关系到各项电业技术经济指标的准确计算、营业计费的准确性和公平性，关系到电力工业的发展、国家与电力用户的合法权益。

（二）电能计量装置的组成部分及要求：

电能计量装置由电能表、互感器、二次回路三部分组成

1、电能表：

是电能计量装置的核心部分，它起着计量负载消耗或电源发出的电能的作用。

2、互感器：

在高电压、大电流的系统中，必须通过电压、电流互感器将高电压、大电流变换成低电压、小电流再接入电能表进行测量。

互感器的作用有两点：

1）降低仪表绝缘强度、保证人身安全；2）扩大了电能表的量程、减小了仪表的制作规格。

3、二次回路：

电能表二次回路的作用：

通过导线将电能表和互感器连接，易于工作人员监测。

但二次回路会对电能计量装置的准确度产生影响。

对电能计量装置的要求:

1）电力系统具有跨区、跨省联网运营的自然特性，要求整个系统内的电能计量值准确统一；

2）电力生产具有发、供、用电同时完成的特性，要求电能计量装置是在线的、不间断的，又必须准确可靠；

3）电能计量工作要遵守电力系统的安全运行规则，要求电能计量装置与其他电气设备必须配套，并连接成网络运行；

4）电能计量是电力营销的重要环节，要求应当公正、诚信；

5）从发电厂到用户，电的传输与测量是通过电能计量装置来测量发电量、厂用电量、供电量以及售电量等，随着电子和计算机技术的发展和电力系统自动化水平的提高，实现了远方抄表和电能计量管理系统，其目的是更好地为生产调度和电力企业经济核算服务

（三）电能计量装置的分类：

现行有关规程规定，运行中的计量装置按其所计量电能多少和计量对象的重要性分为5类。

　　Ⅰ类：

月平均用电量500万kW及以上或受电变压器容量为10MVA以上的高压计费用户；200MW及以上的发电机（发电量）、跨省（市）高压电网经营企业之间的互馈电量交换点，省级电网经营与市（县）供电企业的供电关口计电量点的计量装置。

　　Ⅱ类：

月平均用电量100万kW及以上或受电变压器容量为2MVA及以上高压计费用户，100MW及以上发电机（发电量）供电企业之间的电量交换点的计量装置。

　　Ⅲ类：

月平均用电量10万kW及以上或受电变压器容量315kVA及以上计费用户，100MW以上发电机（发电量）、发电厂（大型变电所）厂用电、所用电和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100kV及以上的送电线路计量装置。

　　Ⅳ类：

用电负荷容量为315kVA以下的计费用户，发供电企业内部经济指标分析，考核用的计量装置。

　　Ⅴ类：

单相供电的电力用户计费用的计量装置（住宅小区照明用电）。

2.2.2计量装置的计量方式

我国目前高压输电的电压等级分为500（330）、220和110kV。

配置给大用户的电压等级为110、35、10kV，配置给广大中小用户（居民照明）的电压为三相四线380、220V，独户居民照明用电为单相220V。

供电局对各种用户计量方式有3种：

（1）高压供电，高压侧计量（简称高供高计）

指我国城乡普遍使用的国家电压标准10kV及以上的高压供电系统，须经高压电压互感器（PT）、高压电流互感器（CT）计时。

电表额定电压：

3×100V（三相三线三元件）或3×100/57.7V（三相四线三元件），额定电流：

1

（2）、1.5（6）、3（6）A。

计算用电量须乘高压PT、CT倍率。

10kV/630kVA受电变压器及以上的大用户为高供高计。

（2）高压供电，低压侧计量（简称高供低计）

　指35、10kV及以上供电系统。

有专用配电变压器的大用户，须经低压电流互感器（CT）计量。

电表额定电压3×380V（三相三线二元件）或3×380/220V（三相四线三元件）。

额定电流1.5（6）、3（6）、2.5（10）A。

计算用电量须乘以低压CT倍率。

10kV受电变压器500kVA及以下为高供低计。

（3）低压供电，低压计量（简称低供低计）

　指城乡普遍使用，经10kV公用配电变压器供电用户。

电表额定电压：

单相220V（居民用电），3×380V/220V（居民小区及中小动力和较大照明用电），额定电流：

5（20）、5（30）、10（40）、15（60）、20（80）和30（100）A用电量直接从电表内读出。

10kV受电变压器100kVA及以下为低供低计。

　低压三相四线制计量方式中，也可以用3只单相电表来计量，用电量是3只单相电表之和。

　为达到正确计量，高压计量装置要根据电力系统主接线的运行方式配置。

如为了提高供电可靠性，城乡普遍使用的10kV配电系统，是采用中心点不接地运行方式，应配置三相三线二元件电表。

为了节约投资和金属材料，我国500、220kV的跨省（市）高压输电系统，目前普遍使用自耦式降压变压器，是中心点直接接地运行方式，应配置三相四线三元件电表。

城乡普遍使用的低压电网是带有零线的三相四线制供电，要供单相照明（220V）、三相动力（380V），同时用电，同时计量的应配置的三相四线三元件电表以防止漏计。

一般居民生活照明用电配置单相电表。

3电能计量装置错误接线方式分析

3.1概述

高压三相三线计量方式的电能计量回路模式如图3-1和图3-2所示。

图3-1电能计量电压回路

图3-2电能计量电流回路

在图1、图2所示的模式中，只考虑了单个三相三线的有功电能表或多功能电子表，而在多数情况下都是一只感应式的有功电能表和一只感应式的60度无功电能表，由于感应式的60度无功电能表二个电压元件分别取至UAC和UBC。

所以这时的电能计量电压回路接线图应是如图3-3所示。

图3-3中，Z1、Z2表示有功电能表的一、二元件的电压阻抗，Z3、Z4表示无功电能表的一、二元件的电压阻抗。

从对比图3-1和图3-3可以看出在电能计量电压回路发生故障时（如：

压变高压熔丝断线、二次电压断线），所加在有功电能表一、二元件上的电压会有所不同，这一差别将会影响更正系数的正确计算，在后面的内容中，将进行详细的分析。

电能计量电流回路相比之下，要比电压回路简单些，但在短接电流时误认为只要短接A、C两相电流。

图3-3接有60度无功电能表的电能计量电压回路

3.2错误接线方式的确认

随着电子科技技术的发展，现在很多厂家生产的电能表现场校验设备，不仅能测量电压、电流的幅值大小和功率大小，还能直接显示出电压和电流关系的相量图。

因此，传统的六角图相量分析已显得有些繁琐对错误接线方式的确认，我认为只要能够确认电流与电压的对应关系，确定电能表的错误接线就非常简单。

下面举一例子来说明。

如某一用户处电能表，已知该用户负荷功率因素大约在0.9~1之间（感性），用现场校验仪所测回路相量图如图3-4所示。

图3-4错误接线方式图

首先从错误接线的相量图中分析电流与电压的关系，由于该户用电负荷功率因素为0.9~1.0（感性）。

那么很容易判断出Ic电流对应Ub电压，即表示.Ic电流和Ub电压，均取自同一相别。

而.Ia电流同邻近的Ub电压和Ua电压均不对应，因为Ia电流和Ua电压之间的相位角大于30度，Ia电流和Ub电压之间的相位角显容性。

而Ia正好对应Uc电压。

在电流和电压的对应关系确定后，就应该确定电压的相序排列情况，由上面的分析可以看出，没有电流与Ua电压对应，这意味着

Ua电压在正确的相量图应该是Ub电压，在确定了正确的Ub电压后，其他两相电压Ua、Uc，也能够确定了，即错误接线相量图中Ub电压对应正确相量图中的Uc电压、错误接线相量图中Uc电压对应正确相量图中的Ua电压。

所以现在我们能够最终确定电能表的接线方式为有功电能表第一元件接入的是Ubc、Ia，Uac、Ic。

从上面的分析可以看出，在判断电能计量装置错误接线方式中，关键是要确定电流与电压的对应关系。

但在分析错误接线方式前，必须要确定用电负荷的三个因素：

A负荷潮流方向；B负荷性质，即属于感性负荷还是容性负荷。

C负荷大致的功率因数范围，这是为了确定电流与电压的对应关系，因此这三个因素是进行错误接线分析的先决条件。

由于负荷潮流方向问题，涉及面不广，所以这里着重讨论负荷性质及负荷功率因数范围的确定：

（1）负荷性质的确定

目前我国大多数用电设备都是感性负载，少数用电设备为容性负载。

而很多用户都用了无功补偿设备，如电容器。

因此，我们在无法判断负荷性质时，可以先让用户停用电容器等无功补偿装置，使功率因数在滞后的情况下，进行错误接线分析。

也可以在变压器空载情况下进行，尽管这时负荷较小，但其功率因数必定滞后，而且功率因数较差。

因为这时的有功功率损耗主要是变压器的铜耗和铁耗，相比之下励磁阻抗所引起的无功功率要大得多，所以功率因数较差。

而在某些情况下：

线路过长，而用电负