电能计量装置电压异常的判断及处理浅析

电能计量装置电压异常的判断及处理浅析

肖胜兵

国网江苏省电力有限公司响水县供电分公司江苏响水224600

摘要：现在使用的电能计量装置大部分都是380V低压系统，这种电能计量装置存在着一些设计和安装缺陷，所以容易出现计量故障，如果系统的运行方式发生了改变，产会产生较高的相对地电压，从而影响设备的正常运行以及周边的人身安全。本文分析了谐振过电压的产生原因以及产生的危害，为了避免电能计量装置的电压异常，要采取措施规范电能计量装置的设计和安装。

关键词：电能计量装置；电压异常；判断；改进

1电能计量装置电压异常的危害

380低压系统的线电压是380V，相电压是220V。2000年某发电公司的低电压系统出现了异常电压引起的事故，运行值班人员进行日常的验电处理，验电的线路是一条已停电的电缆线路，验电发现这条线路的B相带电。接着对电压表进行检测，发现B相电缆的对地电压达到420V，A、C相的线电压为620V，检测结果得到了试验人员的验证。发现电能表的电压和电流回路的公共接地线与地面之间断开，但线路上的单相电能表正在反转。接地正常后单相电能表开始正转，B相电缆上的电压也开始降低直至消失。由上面的事例可以看出，过电压产生的危害是非常大的，会形成人身伤害，对电缆的绝缘性也是一种损伤。

2电能计量装置的设计和安装

现在电力系统中的380V低压系统使用单相电能表来对三相电能进行计量，这种计量方式虽然沿用已久，但存着许多不合理的地方。380V系统是三相四线制的，存在着不平衡的负荷，但是对系统进行设计时未考虑到计量方式与运行方式的相符性。如果三相四线系统不平衡，为了正确的进行电能计量，需要使用三块单相电能表或者一块三相思线电能表，但是在设计时只在B相安装了1块单相电能表，致使无法正确的计量电能。从电能表接线图上可以看出，开关柜内电能表的电压线圈和电流线圈的非“*”端进行短接后，用导线与地线连接。在进行实际运行时，这多个负载如果其中一个发生了停电，此时公共接地线断开，停电线路中的B相电缆就会带电，从而产生严重的危害。

3电压异常情况以及判断方法

3.1过电压的产生原因

停电线路中B相电缆带电算是一种比较正常的电压异常情况，但是如果对地电压大于400kV，则是非常不正常的。电能表的电压线圈和电流线圈的磁通交链致使电压线圈产生电源电压的反电势，电源电压与电压线圈的电势叠加在一起而形成高电压。在现场和实验室都很难找到过电压的产生原因，通过反复的电路分析发现：停电线路中电缆和地之间是一个电容器，电能表的电压线圈是一个电感，与电源电压一起就会产生谐振电压。进一步分析了电能表和电缆结构，找到了产生串联谐振电压的原因。

380V低压系统中，开关柜内所有负荷电能表电压和电流线圈的非“*”端短接，电压线圈可以看作是一个电感，停电线路中的电缆和地之间有电容量，B相电压通过电压线圈与停电线路串联在一起，停电线路中电缆对地就可以看作是一个等值电容。

从等效电路图上可以看出，接地线“N”的设计并不是很合理，开关柜内多个负荷的电能表的电压线圈和电流线圈通过导线进行接地，并未分别接地，此时非“N”端全部接地。导线与地线断开时，未停电线路中的B相电压经本线路中电能表中的电压线圈，短接后与停电线路中的电能表电压线圈相连，最后两个电能表电压线圈与停电线路B相电缆中的等值电容连接到接地线上。如果有一负载发生停电，此时公共接地线断开，此时极易导致停电线路中的B相电缆带电，在一定的条件下就会发生谐振过电压，谐振过电压过高就会威胁人身安全，破坏设备的正常运行。

3.2过电压的限制条件

谐振过电压的大小是由电源电压和谐振电路的品质因数决定的，从谐振电路图和产生谐振的相量图上可以看出，如果电能表电压线圈电压等于停电线路中B相电缆电压，就会发生串联谐振。将单相电能表的两个电压线圈串联在一起，并进行测试，相关参数如下：

直流电阻在850~940Ω之间，总阻抗在13700~14500Ω之间，电压线圈电阻13670~14500Ω之间，电感约为46H，谐振电路的品质因数为17.05，这个品质因数值在电力线路中算是比较高的，如果发生串联谐振，此时电抗为零，阻抗为最小值，电流为最大值，电流和电压同相，电感与电容上的电压值相等，但属于反相位。此时如果发生串联谐振，电感上的电压等于外加电压的Q倍，会高达4100V。

在实际的电力工程上，如果开关柜内有负载同时发生停电或存在带电状态，此时公共接地线断开，停电线路中的B相电缆就会产生电压，不是理论研究上所说的只有串联谐振状态下才会产生高电压。电容上的电压与电流和停电线路中B相电缆的电压有关，如果假设电压为恒定值，此时电能表电压线圈电压与停电线路中B相电缆的电压值越接近，并且品质因数越高，电容上就会有过电压。

在现场接入不同的电容，对电压值进行测试，同时获得U-C变化曲线。从测试表和变化曲线上可以看出，电路中的电容容抗会对功率因数角产生影响，如果电容的容抗接近于电能表电压线圈的感抗，此时功率因数角越小，如果电容的容抗等于电能表电压线圈的感抗，功率因数角等于零。将电容接入不同的电缆线路，测量电容上的电压，并形成电容上的电压相位图，分为电路呈容性时的电压相量和电路呈感性时的电压相量两种情况。从相量图上可以看出，如果电路中的感抗值等于容抗差值，如果此时电路呈感性，此时电容电压要低于电路呈容性的电压。谐振电路是不可能完全呈感性或容性的，因为电能表的电压线圈同时存在着电阻和电感，随着电路中各参数的不断变化，功率因数角可以会接近于90°，但永远都不会等于90°。

谐振过电压会影响电能计量装置的计量误差，电路各元件容易发生损耗，造成发生串联谐振时电容上的电压值和理论值会产生一定的差异，计量装置的电压回路中由于接入了电阻，所以使电路参数发生了变化，使实际最高电压点会偏移理论电压点，测量到的相位角也会与理论相位角发生偏移。如果电容上的电压值超过300V，则每个电能计量表电压线圈上的电压值会超过正常的电压范围，如果此时电路呈现感性，电压线圈上的电压值会更高。现场试验时将电容电压最高值控制在了1100kV以内，这个电压值就会对设备正常运行产生危害，威胁人身安全，过电压同时也会破坏电气设备的绝缘性，减少其使用寿命。

4电能计量装置过电压的引进措施

用单相电能表来计量低压电路系统中的三相不平衡电压，是存在许多漏洞的，如果不改变这种计量方式，会违背电路的实际规律。为了减少过电压产生的危害，使电能计量装置可以正确的计数，要采取如下改进措施：（1）同一开关柜内的每个负荷都使用一个三相四线电能表进行计量，或者用三个单相电能表进行计量，这样可以保证电能可以正确的计量。（2）实行电能计量装置电压回路接地点和电流回路接地点的分离，控制二次回路的电压值，使其在正常的范围值内。（3）各个电能计量装置电压回路接地线单独接地，这样的话即使各个电能表电压回路中的接线都接地，也不会产生过电压。所以各个电力设计单位要特别重视接地线的接地问题，从而可以减少设计和安装过程中的安全隐患。

参考文献

[1]侯应权.380V电能计量装置异常过电压及计量误差分析与研究[J].中国计量，2014（05）：26~28.

[2]丁玥.关于电能计量装置误差因素及控制措施的分析[J].中国新技术新产品，2011（16）：38~41.