在10KV、35KV线路采用三相三线制计量系统中,高压计量多釆用三相三线制两元件计量,即取A、C相电流和线电压的乘积的1.732倍换算出三相电路的功率:
A相元件的测量功率为:Pa=UabIacos(30+Φ)。若在A相与地之间接入电感性(空载电焊机之类)负载,此时,电能表将出现:①当三相负载电流较小时,负载电流Ifa与电感电流IL叠加后使总电流Ia与Uab的相角差大于90°,电能表反转;②当三相负载电流较大时,负载电流Ifa与电感电流IL叠加后使总电流Ia与Uab的相角差小于90°,电表转速变慢;③而当三相负载电流为零时,Ia与Uab的相角差等于120’电能表反转。在三相二元件电能表中,C相元件的测量功率为:Pc=UcbICcos(30-Φ)。如果在C相与地之间接入电容,则电流Ic超前电压Ucb。与A相接入电感负载的原理类似,电能表有可能出现转速变慢、停转、甚至反转。因三相二元件电能表只有A相元件和C相元件,B相负载电流没有经过电能表的测量元件,若在B相与地之间接入单相负载,此时电能表对单相负载就完全失去了计量。
而现供电单位变电站常用的高供高计用户出线匀为综合供电回路,但在用户端,有纯电阻回路,有电感回路、有电容回路、和混合电路,在A、B、C三相电源上不能合理安排负载,负载分布极不均衡,很难保持三相平衡,加之用电单位负荷结构发生巨大变化,用电单位在安排负载时对供电性质不太了解,造成三相不能保持平衡,很难准确计量。
1、现以纯电阻回路为例:某单位10kv线路上安装纯电阻粹火炉,三角形连接,其中AB、AC各带3个90KW电阻丝,电阻丝为并联。BC相带2个90KW电阻丝,也是并联。
根据纯电阻回路功率计算:U×I=90000W(其中U=10000v),得I=9A,然后根据I×I×R=90000W求得电阻丝电阻为1111欧姆,
则ABAC两相线间电阻为370欧姆,BC间电阻为555欧姆
根据I=U/R,ABAC间电流为27A,BC间电流为18A,即三相不平衡率高达33%,因负载不平衡可导致三相电压不平衡,最简单的原理就是电阻分压原理。在同一段通电导线上串上不同阻值的电阻,它们的电流不一样,自然阻值大,分的电压就高,电压偏差(voltagedeviation)增大,频率偏差(friquencydeviation)增大,谐波和间谐波(harmonics&inter-hamonics)增加,电压波动和闪变(fluctuation&flicker)的幅值若超出正常值的0.9~1.1倍电压范围,中性点就会发生位移,没有零序电流,各相线上分得的电压也就不一样,会倒置电压互感器PT、电流互感器CT的相位角,角差、比差发生变化,致之造成计量误差高达20%左右。
2、更有甚者,有些用电单位利用中相与地线进行窃电,故意将三相负载造成不平衡,使计量出现误差电量丢失。为了杜绝此类现象,建议选择三相四线制计量,即使在不平衡负载下不接入零线也可保证精确计量。
3、三相三线制两元件计量,还存在一个致命缺陷。
在供电系统中,谐波是造成供电事故的大敌,随着工业科技的发展,非线性负荷大量增加,变频调速、直流逆变、电子整流、中频冶炼、电孤炉、直流电机、轧钢等设备,非线性负荷数量越来越多,容量也越来越大,谐波大量注入电网,使电力系统电压、电流波形发生严重的畸变。这些负载会产生大量的电压谐波畸变THDu、电流谐波THDi,由于中、低、高频所产生的高次谐波直接冲击正常的50HZ工频频率,此种电压为尖峰脉冲高频电压,速度极快为1/1000秒,由于大多数仪器、仪表是针对工频正弦波设计的,因而造成指示数据不正确,用正常的电压表难以测出,尖峰电压不但会造成计量不准,尖峰过电压还是电力系统安全运行的最大杀手,系统的大部分故障事故都是由尖峰过电压引起。尖峰过电压会加速系统绝缘累积性老化,引发绝缘击穿发生故障,对电力系统安全运行造成严重危害。不明原因跳闸事故,计量箱爆炸、PT爆炸事故律律发生,每年因谐波造成的供电事故时有发生。
综上所述,建议使用《复合变比在线自动转换三相四线制计量装置》计量,新型的《复合变比在线自动转换三相四线制计量装置》可以解决以下计量问题:
(1)三相四线适用于对称或不对称负载有功电能的计量。可以解决三相不平衡,防止用户故意调偏负载造成窃电现象。
(2)三相四线制计量PT的接线方式和接地方式采用Y0/Y0接线,中性点接地电阻在4欧姆以下,能有效阻止减少系统一定量的,因谐波畸变造成的“尖峰脉冲激励”能量,可避免尖峰高次谐波过电压计量不准和因谐波造成的与PT共振而引起的计量箱爆炸和PT爆炸的事故发生。
(3)多倍率变比自动转换计量准确精度是单倍率的4-5倍
供电系统出口电度表计量所使用的电流互感器为单倍率0.2s级,虽然加宽了计量宽度,但仍存在电流大于120%时、电流互感器负误差加大而自动饱和,电度表不计量,丢失大量的超负载电量。负荷电流小于20%时,误差向负误差加大,电流越小,丢失的电量会越多。
由于多倍率加大了计量范围,多变比电流互感器,能根据负载电流大小不需停电实现在线自动转换变比,从而解决了最小电流比在电流低于20%的和大电流高于160%时还可准确计量,并保持0.2s级的计量精度。
随着用电管理水平的提高,三相三线制必然被三相四线制取代,在目前如果经济条件允许的话,尽量使用三相四线制计量。