基于分相功率的电能计量装置接线异常远程研判方法

王 壮 童格格 秦立瑛

（国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司）

0 引言

电能计量装置接线正确，是保障计量结果正确无误的基础条件。目前，电网企业通常采取周期性现场检验的方式以保障接线正确，由专业计量人员前往装置运行现场，采用现场校验仪等设备逐一检查计量装置接线是否正确［1］。该方法存在排查周期长因而接线异常无法及时发现、人力消耗大且技术水平要求高、交通时间成本高等不足。

本文针对用电量较大的专变用户常用的三相三线计量装置，提出基于分相功率的接线异常远程研判方法。基于自动化抄表系统常规采集的分相有功、分相无功数据，考虑电气参数特征，研究计量装置接线异常远程研判方法，帮助提高错接线检查的工作效率；提出接线相量图的远程获取方法，为人工远程分析提供必需的图形工具支撑。

1 无功四象限与接线相量图的等效关系分析

计量人员进行计量装置接线检查时，通常是利用现场校验仪获取接线相量图，考虑用户负荷性质等多种因素，分析其与正常接线下的图形特征是否一致，实现接线检查［2］。

接线相量图的获取通常需要采用专用设备，测量电压、电流及其相互间的相角关系。本文研究无功四象限与接线相量图间的电气相量等效关系，提出基于无功四象限的计量装置电气关系获取。

某三相三线计量装置在某时刻的无功四象限如图1所示，其接线相量图如图2所示。

图1 无功四象限

图2 接线相量图

对比二者发现，无功四象限中P轴即为相电压，负荷运行点M1、M2包含运行电流与相电压间的相角关系。此外，基于三相电的电气特征可知，线电压与相电压间的相角关系固定。因此，无功四象限与接线相量图包含的电气特征等效，二者的差异在于坐标轴的旋转与变换，具体关系如图3所示。

图3 电气关系示意图

以有功功率P作为X轴，无功功率Q作为Y轴建立直角坐标系，Uab与Ucb重叠，与在图中绘出各组功率点。以某时刻A、C两相的分相功率点M1（p1，q1）、M2（p2，q2）为例，连接坐标原点O和点M1、M2，则代表A相电流，代表C相电流。

综上，基于远程易于获取的分相有功、无功数据，即可实现计量电压、电流及其相互间的相角关系获取，为接线异常远程研判提供数据基础。

2 接线异常远程研判方法

式中，ϵ为考虑三相负荷不平衡的角度变化量。

由余弦公式可知，

令t=结合两点间距离公式，可得：

简化后，得：

若计量装置接线正确，则必然满足公式（4）。因此，基于自动化抄表系统常规采集的分相有功、无功数据，通过机器自动化执行t值计算，判断t值是否越过合理区间，即可实现大批量计量装置疑似接线异常的快速研判。

如果计算得出的t值超过了合理区间，即超过了参考数据的平均值加减两倍标准差的范围，那么就可以判断出存在疑似接线异常的情况。因为正常情况下，数据的差异应该在一定范围内，如果超过了该范围，就说明可能存在接线异常的情况。

通过这种自动化的方式，可以实现对大批量计量装置疑似接线异常的快速研判。相比传统的人工检查方法，自动化抄表系统可以更高效地检测出异常情况，节省了人力和时间成本。当然，这种方法也有一定的局限性。例如，在数据采集过程中可能存在其他干扰因素导致数据异常，这就需要在算法设计和数据分析过程中进行一定的优化和处理。此外，还需要定期检查和维护抄表系统，确保其稳定运行和准确采集数据。

需要注意的是，两相电流夹角θ在60°左右并不表示装置一定接线正确，仍有少量接线异常类型满足该电气特征，因此本方法无法全量替代周期性现场检验，但能够实现大部分接线异常类型的快速发现和定位，大大提高工作效率，避免计量及电费错误不断累积，帮助提升用户满意度。

3 基于分相功率的接线相量图远程获取

基于无功四象限和接线相量图的等效电气关系，本文提出了基于分相功率的接线相量图远程获取方法，为计量人员远程分析研判接线状态提供重要图形支撑工具，有效降低交通时间及运输成本，提高工作效率。

无功四象限与接线相量图包含的电气特征等效，二者的差异在于坐标轴的旋转与变换，因此接线相量图远程获取的关键，一是通过基于无功四象限进行极坐标转换，二是考虑电压接线顺、逆相序下接线相量图的差异。

首先来看无功四象限。无功功率是指交流电系统中产生的不对外界做功的能量，它可以分为四个象限：第一象限表示电源提供无功功率，第二象限表示电源吸收无功功率，第三象限表示负载提供无功功率，第四象限表示负载吸收无功功率。无功四象限图以电源和负载之间的功率因数作为坐标轴，通过左右移动或上下移动来改变电流和电压之间的相位角度，从而改变功率因数。

接下来是接线相量图。接线相量图主要用来描述电气设备之间的互连关系和电气特征。它包含了电流和电压的大小和相位差，通过箭头的方向表示电流的流动方向，而箭头的长度则表示电流的大小。接线相量图可以通过将电流和电压的相量大小进行比例缩放，从而得到全局的电气特征。

接线相量图的远程获取关键有两点。第一是基于无功四象限进行极坐标转换。通过将无功功率的象限信息转换为极坐标，从而得到电流和电压的相量大小和相位差。第二是考虑电压接线顺、逆相序下接线相量图的差异。接线相量图中电压和电流的相位差受到电压接线方式的影响，在顺相序和逆相序下可能会有不同的效果。

对于三相三线电能计量装置，电压接线顺相序下，将无功四象限（p1，q1）、（p2，q2）转化为接线相量图中A、C两相的电流坐标（pa，qa）、（pc，qc），坐标变换公式如式（5）所示。

电压接线逆相序下，坐标变换公式如式（6）所示。

以某三相三线电能计量装置为例，其电压接线为顺相序。选取某组功率点：

经坐标变换后，得到接线相量图如图4所示。

图4 电气关系示意图

从接线相量图看，三相负荷较为对称，呈现偏容性的负荷特点，相角关系符合正确接线下的图形特征，可判定为接线正确。

4 结束语

为提升电能计量装置接线检查业务的工作效率，实现周期性现场检查的部分替代，本文提出了基于分相功率的电能计量装置接线异常远程研判方法。基于自动化抄表系统常规采集的分相有功、无功数据，考虑无功四象限与接线相量图的等效电气关系，研究适用于机器自动化执行的接线异常远程研判方法，实现大部分接线异常类型的快速发现和定位，大大提高工作效率；基于极坐标转换数学原理与电气特征转换，提出基于分相功率的接线相量图远程获取方法，为计量人员远程分析研判接线状态提供重要图形支撑工具，有效降低交通时间及运输成本，促进提质增效。