多功能电能表中无功电能检定的探讨

时间：2024-07-28

杨茂涛，张成林

(1.湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007;2.湖南省电力公司中心培训部，湖南长沙 410131)

目前，电网公司对大用户收取电费时，往往采用两部制电价，除了按实际用电量和最大需量(或变压器容量)收取电费外，还需要进行功率因数考核。无功电量的多少直接关系着功率因数的大小，从而影响功率因数调整电费，影响供用电双方的利益。

近年来，无功电能的计量方式已发生改变，很少采用专用的无功电能表计量，大多采用多功能电子式电能表计量。由于两者计量原理不同，导致其检定方法不同。而多功能电能表中无功电能的检定还没有对应的检定规程，检定方法存在不足，不能满足实际需要。因此，有必要从实际情况出发，对此进行探讨。

1 无功电能检定的意义

无功电能检定的意义在于实行功率因数考核。根据目前仍被广泛使用的水利电力部、国家物价局在1983年颁发的《功率因数调整电费办法》，对变压器容量在100 kVA及以上的用电用户进行功率因数考核。即根据计算的平均功率因数，高于或低于规定标准时，按照规定电价计算出电费后，再按照《功率因数调整电费办法》中规定的“功率因数调整电费表”相应增减电费，功率因数考核标准为0.90，0.85 和0.803 档〔1〕。

功率因数指收费时段的平均功率因数，按电能表计量的有功电能和无功电能计算得出。因此保证有功电能和无功电能计量的准确是进行功率因数考核的基础。目前，有功电能的检定已趋完善，而无功电能的检定随着无功电能计量方式的改变，还存在一些不完善的地方。

2 无功电能检定规程介绍

2.1 较适用的规程规范

目前由于没有单独针对多功能电能表中无功电能检定的规程，在进行此项工作时，检定员依据的规程主要有GB/T17215.323－2008/IEC62053－23:2003《交流电测量设备特殊要求第23部分:静止式无功电能表 (2级和3级)》和DL/T614－2007《多功能电能表》。

2.2 规程规范的要求

DL/T614－2007对多功能电能表中无功电能检定的要求基本与GB/T17215.323－2008/IEC62053－23:2003是一致的，在检定时一般认为:基本误差以相对误差的百分数表示，在参比条件下，平衡负载时，电子式无功电能表的基本误差限不超过表 1 的规定〔2，3〕。

表1 三相(平衡负载)电子式无功电能表的基本误差限

注:①Ib为基本电流;Imax为最大电流;In为经电流互感器接入的电能表额定电流，其值与电流互感器次级额定电流相同，经电流互感器接入的电能表最大电流Imax与互感器次级额定扩展电流(1．2In，1．5In或2In)相同。

②角Φ是星形负载支路相电压与相电流间的相位差;L为感性负载，C为容性负载。

因为需要进行功率因数考核的场合均为变压器容量在100 kVA及以上的用电用户，其电能计量均采用经互感器接入的方式，故在考虑无功电能检定的时候，只需要表1中经互感器接入部分即可。

目前，在检定多功能电能表中无功电能部分时，基本都参考上述规定，检定点和误差限均按表1中“经互感器接入”部分选取。在只考虑第一象限的情况下 (其他象限可参照第一象限)，三相平衡无功检定点及包含区域如图1所示，图中黑点为检定点，阴影部分为检定点包含区域。

3 多功能电能表实际运行状况

大用户实行功率因数考核后，都加装了无功补偿装置，基本实现了无功就地平衡，故用户的功率因数基本能维持在考核标准值 (cosΦ等于0.90，0.85或0.80)附近，如图2所示Ⅱ区域。极限情况下，多功能电能表可以运行在第一象限全区域;但一般而言，大用户功率因数极少低于0.5(图2中Ⅰ区域);当功率因数高于0.968(Ⅲ区域)时，无功功率很小，无功电能计量意义不大。故考虑无功电能检定时，应重点关注Ⅱ区域。

图1 当前检定多功能电能表中无功电能检定点的选取及其包含区域

图2 多功能电能表实际运行区域

4 改进的无功电能检定方法

4.1 误差限

考虑到功率因数考核间隔为0.01，为了在考核时不错档，功率因数的最大误差应小于0.005。

式中 γ为功率因数;P，Q分别指有功功率和无功功率;E，V分别指有功电能和无功电能。

因有功电能计量准确度比无功电能高很多(≥4倍)，故在分析无功电能V计量误差对功率因数的影响时，可假设有功电能E计量是准确无误差的，这种假设不会对分析结果造成太大影响。

由式 (1)有

式中 S为视在电能，有

要求dγ≤0.005，经计算得出不同功率因数下，dV/V的要求如表2所示:

表2 不同功率因数下，无功计量准确性要求

dV/V即为无功电能计量误差。可以看出，当sinΦ高于0.53时，对无功电能误差的要求已高于无功计量的准确度等级2.0级;而当sinΦ低于0.30时，对无功电能误差的要求很低。

参照表2和GB/T17215.323—2008及多功能电能表实际运行区域图2，可知无功电能检定基本误差以相对误差的百分数表示，在参比条件下，只考虑平衡负载时，多功能电能表中无功电能的基本误差限不超过表3的规定。

表3 多功能电能表中无功电能的基本误差限 (平衡负载)

比较图1、图2可以看出，目前采用的检定点与多功能表实际运行区域有明显不同:在电能表几乎不运行的sinΦ=1，集中了最多的4个检定点，明显是不恰当的。

对应表3的误差限和多功能电能表运行区域图(参见图2)，综合考虑，将sinΦ=0.53(cosΦ=0.85)作为基本功率因数点，设置4个检定点;而将实际几乎不会运行到的sinΦ=1仅作为考核点，设置1个检定点。具体检定点选取推荐如图3，图中黑点为检定点，阴影部分为主要检定点包含区域。可见，检定点和检定点包含区域与多功能电能表实际运行区域更一致。

推荐的平衡负载时的检定点和误差限如表4所示，不平衡负载时的检定点和误差限相应调整。

3 改进检定方法检定多功能电能表中无功电能检定点的选取及其包含区域

表4 推荐的检定点及误差限 (平衡负载)

潜动和起动试验等检定项目，并不因为被检表是有功电能表还是无功电能表而有区别，主要与被检表的结构、原理以及被检表的接入方式相关。所以在检定多功能电能表无功电能时，潜动试验和起动试验等检定项目可参照JJG596－1999《电子式电能表检定规程》〔4〕。