关于智能电能表四象限无功计算及功率因素考核方法的分析

关于智能电能表四象限无功计算及功率因素考核方法的分析

陈勇强 1 周蕾 1 查海燕 2 马艳萍 3

1. 云南电网有限责任公司 大理供电局 ，云南大理 671000

2.云南电网有限责任公司大理弥渡供电局,云南弥渡675600

3.云南电网有限责任公司大理永平供电局,云南永平672600

[摘 要]用户功率因素考核是电费核算过程中的一个关键环节，关系到供用电双方的经济利益。本文，将从无功功率计算、无功四象限定义的方面展开理论分析，得出用电用户及发电用户功率因素考核的合理方法，有效解决了电力企业首次开展发电用户下网功率因素考核中遇到的各种难题（2019年以前电力企业还未对发电用户下网功率因素进行考核），确保省公司功率因素考核工作落实到位、功率因素考核电费核算准确，也提升发电企业功率因素，避免考核过程中发生客户投诉，维护供用电双方的合法经济利益。

[关键词]发电企业；智能电表；功率因素考核；四象限无功

一、无功电能计量概述

（一）目的和意义

智能电能表具有精度高、功能较多的特点，该表具备四个象限无功电量、正向总无功总电量、反向总无功总电量的计量、显示、存储功能。因此，智能电表能满足各类不同用户的需求，在全国内应用范围非常普遍。无功计量的目的是考核力率，提高用户功率因素，降低线路损耗。具有降低用户用电成本、提高线路末端电压质量、减少变电压容量、减小线路线径、提升用户用电满意度等好处。

（二）无功四象限的定义

根据电力行业标准DL/T645-1997，电能表通信规约对电能测量四象限的定义如图1。

（1）Ⅰ象限无功，表示用户在用电的同时(+P），向电力系统吸收无功电能量(+Q)；用户为阻感性负荷。

（2）Ⅱ象限无功，表示用户在发电的同时（-P），向电力系统吸收无功电能量(+Q)；用户负荷相当于一台欠励磁发电机。

（3）Ⅲ象限无功，表示用户在发电的同时（-P），向电力系统输出无功电能量(-Q)；用户负荷相当于一台过励磁发电机。

（4）Ⅳ象限无功，表示用户在用电的同时（+P），向电力系统输出无功电能量(-Q)；用户为阻容性负荷。

图1 电能量四象限无功示意图

图中+P表示用户用电，电网向用户输送有功功率；-P表示用户发电，用户向电网输送有功功率；+Q表示用户在用电或发电时，电网向用户输出无功功率；-Q表示用户在用电或发电时，用户向电网输送无功功率。

（三）无功总电量组合方式

在三相电子式电能表中，涉及对用户功率因素考核，该类电能表具备正向无功总电量、反向无功总电量、四个象限无功总电量的计量功能，以下为两种常见的电能表无功总电量组合方式：

第一种情况：正向无功总电量=I象限+Ⅱ象限；

反向无功总电量=Ⅲ象限+Ⅳ象限。

第二种情况：正向无功总电量=I象限+Ⅳ象限；

反向无功总电量=Ⅱ象限+Ⅲ象限。

第一种情况常见于97规约的电能表、或约2012年前生产的智能电表，以及用户购买的国网规约生产的电表。第二种情况常见于南网公司2012年以后要求的电能表无功组合设置方式。

二、功率因素考核方法分析

作为供电企业我们希望用户就地进行无功补偿，不希望用户吸收无功，也不希望用户反送无功，因为用户吸收无功会导致电网无功不足，功率因素降低，带来很多危害，供电企业需要在变电站增加电容器，用户反送无功会导致电网无功功率过高，会引起线路末端高电压，也会影响电压质量，甚至烧坏用电设备。

(一)纯用电用户功率因数考核

根据无功四象限定义，我们可以分析出，针对只用电不发电的纯用电用户，在接线正确的前提情况下，用户只可能出现Ⅰ象限和（或）Ⅳ象限无功电量，Ⅱ象限和Ⅲ象限无功电量都必为0。

作为供电企业对电压质量的需求，因此，功率因素合理的考核方式为:考核用户Ⅰ象限无功电量和Ⅳ象限无功电量之和。目前，我局对用电用户计算功率因素时，考核正向无功总电量加反向无功总电量（即4个象限无功总电量相加得到的总无功电量），功率因素考核符合用电企业对用户既不吸收无功、也不反送无功的要求。

（二）发电企业下网功率因素考核

1.考核方法的确定

对于发电企业，既有存在发电也存在用电的情况，在电站用电时，把它看作一般用电用户，在用电期间产生的无功电量应为Ⅰ象限和Ⅳ象限无功电量之和。此时，若再采用正向无功总电量加反向无功总电量的方式计算功率因素已明显错误，会将发电用户实际功率因素值算小。

2.存在的主要问题

在实际工作中，首次对发电企业下网功率因素进行考核，主要还存在以下问题：①现场计量装置存在大量电流二次回路极性反接（用电时，电表为反向有功电量）；②电表无功组合方式错误；③电表无四象限无功显示；④需现场核实接线方式和无功组合方式，修改无功组合方式；⑤用户不愿意交功率因素考核费、用户对功率因素考核工作存在质疑等。

3.确保发电企业下网功率因数正确考核

(1)设置电能表无功组合方式

检查电能表的无功组合设置方式,确保其正向无功总电量=I象限无功总电量+Ⅳ象限无功总电量,反向无功总电量=Ⅱ象限无功总电量+Ⅲ象限无功总电量。在无功组合方式正确的前提下,按以下方式进行功率因素考核:
a、下网电量为正向情况:当发电企业下网电量为电能表显示的正向有功电量时,按电能表显示的正向无功总电量考核发电企业下网功率因素,反向无功总电量不参与考核。
b、下网电量为反向情况:当发电企业下网电量为电能表显示的反向有功电量时,按电能表显示的反向无功总电量考核发电企业下网功率因素,正向无功总电量不参与考核。
(2)无功组合方式核实方式
a、根据现场电能表显示的正向无功总电量、反向无功总电量、四个象限无功电量的数值来判断。
b、根据计量自动化系统查询电表中正向无功总电量、反向无功总电量、四个象限的无功电量来核实实际无功组合方式。

实际现场工作中，大多数发电企业安装的都是0.2S级高精度进口表，如红相MK6E、兰吉尔、艾尔斯特厂家生产的电表，其中大多是用户自行购买，运行时间较长，电表规约与南网不一致，部分电表存在无功组合方式不符合要求（正向无功总电量为1+2象限、正向无功总电量为3+4象限），英文或数字代码显示，无四个象限电量显示，现场软件设置麻烦，需要较高的专业技术和厂家人员协助。如我现场核查发现500kV功果桥电站Mk6E电表、110kV漾洱电站兰吉尔电表，它们无功组合设置错误，且联系厂家技术员也无法用软件修改，最后我联系省公司计量中心配送了进口电表，并现场进行了电表轮换。

三、四象限无功计量应用

通过四象限无功深入学习研究，不但可以解决用户和发电企业功率因素考核问题，还具有对用户用电性质判断、指导用户安装电容补偿器、现场计量装置接线错误分析等实际工作意义。

（一）运用四象限无功电量分析负荷性质，指导用户科学用电

针对普通用户而言，一般情况下只会产生用电电量，不会产生发电电量。因此，当用户在接线正确的情况下，无功电量只会发生在Ⅰ象限和Ⅳ象限；当电能表显示仅有Ⅰ象限存在无功电量时，说明该用户吸收电网无功电量，用户用电设备为感性状态，属于欠补偿，需要加装无功补偿器；当电能表显示仅有Ⅳ象限存在无功电量时，说明该用户输出给电网无功电量，用户用电设备为容性负载，属于过补偿，需要检查无功补偿器是否过补偿，以及用电设备是否为容性设备，用户用电设备为容性负载的情况较少；当电能表显示既有Ⅰ象限无功电量，又有Ⅳ象限无功电量时，说明该用户既输出给电网无功电量，又向电网吸收无功电量，用户用电设备一段时间为容性负载，一段时间为感性负载。

（二）判断现场计量装置接线

当用户在Ⅱ象限或Ⅲ象限，或以上两个象限都出现了无功电量时，可初步判断现场计量装置存在接线错误的情况。发电用户、铁路牵引变等用户除外，铁路牵引变用户因动车或高铁在制动过程中，会产生反向有功电量，此时Ⅱ象限和Ⅲ象限均会出现无功电量。此时，需要检查电表接线，对电表电压、电流功率因素进行分析，确定具体的错误接线类别。

参考文献

[1]李佶明.多功能电能表四象限无功功率对功率因数计算影响[J].云南电力技术,2016,44(S2):30-33.

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