第一篇电能计量装置基本知识.docx

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第一篇电能计量装置基本知识

第一篇电能计量基本知识

电能计量是电力生产、营销以及电网安全运行的重要环节，发、输、配电和销售，使用都离不开电能计量。

电能计量的技术水平和管理水平不仅影响电能量结算的准确性和公正性，而且事关电力工业的发展，涉及国家电力企业和广大电力客户的合法权益。

电能计量是电力安全生产和经营管理的主要基础，电能计量装置准确与否，关系着广大电力用户、发电企业和电网企业的切身利益，关系到电网公司的服务水平。

本篇重点讲述电能计量装置的组成及作用；电能表的分类、铭牌和选用；各类电能表的结构、工作原理及接线。

第一章电能计量装置的基本知识

◆1.1电能计量装置的组成及作用

1.1.1电能计量装置的组成

电能计量装置是直接与电网相连并对用户进行电能计量的全套装置。

主要由电能表、计量互感器（电流互感器、电压互感器）、及二次回路和附属部件（实验接线盒、电能计量柜箱、门封和门锁）等组成。

1.1.2电能计量装置的作用

电能计量装置是供电企业和电力客户进行电能计量、结算的“秤杆子”。

用来计量用户用电情况，并具有抗破环、数据分析、数据传输、各种系统保护等功能。

1.电能表的作用：

用来测量电能的仪表也称电度表，是电能计量装置的核心，用来计量负载消耗的或电源发出的电能并兼有采样、测量、计算、显示与存储等功能。

2.计量互感器的作用：

互感器分为电压互感器和电流互感器，其作用如下：

（1）扩大电能表的量程。

电流互感器将大电流变换成小电流；电压互感器将高电压变换成低电压。

（2）隔离高电压、大电流，保证操作人员和仪表的安全。

（3）减少仪表的制造规格。

除直接接入式电能表外，电流互感器的二次侧以5A为主，电压互感器的二次侧以100V为主。

3.二次回路的作用：

互感器的二次回路分为电压二次回路和电流二次回路，其作用如下：

（1）电压二次回路是指电压互感器、电能表的电压线圈以及连接二者的导线所构成的回路。

由于连接导线阻抗等因素的影响，电能表电压线圈上的电压往往小于额定值，二次回路电压降的大小直接影响电能计量的准确度。

（2）电流二次回路是指电流互感器、电能表的电流线圈以及连接二者的导线所构成的回路。

电流互感器的二次负载包括二次连接导线阻抗、电能表电流线圈的阻抗、端钮之间的连接电阻等，它直接影响电流互感器的准确度等级。

1.1.3电能计量柜

电能计量柜作为电能计量装置的一种，具有封闭性好，安全性强的特点。

适用安装在户内、户外，便于加强技术管理。

DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》明确规定，10kV及以下电压供电用户用于贸易结算的电能计量装置，应配置全国统一标准的电能计量柜。

◆1.2电能计量装置的分类

现行有关规程规定，运行中的计量装置按其所计量电能多少和计量对象的重要性分为5类：

Ⅰ类：

月平均用电量500万kW及以上或受电变压器容量为10MVA以上的高压计费用户；200MW及以上的发电机（发电量）、跨省（市）高压电网经营企业之间的互馈电量交换点，省级电网经营与市（县）供电企业的供电关口计电量点的计量装置。

　　Ⅱ类：

月平均用电量100万kW及以上或受电变压器容量为2MVA及以上高压计费用户，100MW及以上发电机（发电量）供电企业之间的电量交换点的计量装置。

　　Ⅲ类：

月平均用电量10万kW及以上或受电变压器容量315kVA及以上计费用户，100MW以上发电机（发电量）、发电厂（大型变电所）厂用电、所用电和供电企业内部用于承包考核的计量点，考核有功电量平衡的100kV及以上的送电线路计量装置。

　　Ⅳ类：

用电负荷容量为315kVA以下的计费用户，发供电企业内部经济指标分析，考核用的计量装置。

　　Ⅴ类：

单相供电的电力用户计费用的计量装置（住宅小区照明用电）。

◆1.3电能计量装置准确度等级

各类电能计量装置配置的电能表、互感器的准确度等级不能低于表1-1的要求。

表1-1电能计量装置准确度等级

电能计量装置类别

准确度等级

有功电能表

无功电能表

电压互感器

电流互感器

0.2S或0.5S

2.0

0.2

0.2S

0.5S或0.5

2.0

0.2

0.2S

1.0

2.0

0.5

0.5S

2.0

3.0

0.5

0.5S

2.0

—

—

0.5S

◆1.4电能计量方式

电能计量方式是根据用户用电容量和类别的不同而确定的，常用计量方式有高供高计、高供低计和低供低计等。

电能计量装置的计量方式如图1-1所示。

图1-1计量方式示意图

图1-1中，1、2、3分别是电能计量装置的安装点。

1点处是高供高计计量方式；2点处是高供低计计量方式（要求计量点到变压器低压侧的电气距离不宜超过20cm）；3点处是低供低计计量方式。

在负荷集中区域建造配电室，计量多采用高供低计计量方式，计量设施安装在配电室内。

是目前普遍采用的供配电计量模式，即电能计量装置安装在受电变压器低压侧，计量结算电量是变压器低压侧抄见有功电量加上变压器有功损耗。

变压器有功损耗是根据变压器容量和型号按一定计算方法得到的估算值，大小与实际运行值存在偏差不能准确反映供用电双方的实际使用电量。

随着电力市场的不断发展和完善，电力部门在2006年6月颁布的《供电局电力营销业务规范》规定：

用户报装总容量在100kW及以上的须采用专变供电；对专变供电（临时变压器除外）的用户，应采用高供高计计量方式。

高供高计计量方式将电能计量装置安装在受电变压器高压侧，配电变压器损耗已计入计量装置，结算电量就是计量装置抄见电量计量准确。

高供高计计量方式取代高供低计计量方式的供配电计量模式是电力市场不断完善发展的需要。

对于非中性点绝缘系统的关口，电能计量装置采用三相四线的计量方式；对于中性点绝缘系统的关口，电能计量装置应采用三相三线的计量方式。

第二章电能表的基本知识

◆2.1电能表的分类

电能表的分类如下：

1.按相数分，有单相电能表、三相三线电能表、三相四线电能表等。

2.按功能及用途分，有有功电能表、无功电能表、最大需量表、复费率电能表、多功能电能表、铜损表、铁损表等。

3.按工作原理分，有感应式电能表、电子式电能表、机电式电能表等。

4.按接入线路的方式分，有直接接入式电能表、经互感器接入式电能表和经万用互感器接入式电能表。

5.按所测电源分，有直流电能表和交流电能表。

6.按照准确度等级可分为：

普通电能表（分为3.0，2.0，1.0，0.5，0.5s，0.2s级），标准表（0.2，0.1，0.05，0.02，0.01级）。

德国、瑞士、美国的能达到0.005级，0.003级国家级最高标准。

◆2.2电能表铭牌与型号

每只出厂的电能表在表盘上都有一块铭牌。

通常标注了名称、型号、准确度等级、电能计算单位、标定电流和额定最大电流、额定电压、电能表常数、频率等项标志、国批机电产品许可标识、质量技术监督部门的标识等。

2.2.1电能表的名称

电能表的名称包括单相电能表、三相三线有功电能表、三相四线有功电能表、三相无功电能表等。

2.2.2电能表的型号

第一部分：

类别代号

D—电能表

第二部分：

组别代号

第一个字母：

D—单相；S—三相三线；T—三相四线；X—无功；Z—最大需量；B—标准；J—直流

第二个字母：

Y—预付费；F—复费率；S—全电子式；D—多功能

第三部分：

设计序号

由数字组成，如86、95、98、862、864。

第四部分：

改进序号

用小写的汉语拼音字母表示。

第五部分：

派生号

T—湿热和干热两用；TH—湿热带用；G—高原；H—一般用；F—化工防腐用；K—开关板式；J—带接收器的脉冲电能表。

　　例如：

DD—表示单相电能表，如DD86、DD862

　　DS—表示三相三线电能表如DS86、DS864

　　DT—表示三相四线电能表如DT86、DT98

　　DX—表示无功电能表

　　DZ—表示最大需量电能表

　　DB—表示标准电能表

　　DDY、DTY—预付费电能表

　　DDFG、DTFG、DSFG—复费率电能表　　

2.2.3电能表规格

1.标定电流（基本电流）和最大额定电流

电能表上作为计算负载的基数电流值叫标定电流。

电能表能长期正常工作，而误差与温升完全满足规定要求的最大电流值叫做额定最大电流。

电能表铭牌上一般表示5（20）A，10（40）A，20（80）A。

电能表的容量用最大额定电流表示，如：

某型号的电能表主要额定参数是：

220V，5（20）A，表示电能表的额定电压为220V，基本电流为5A，最大额定电流为20A。

使用负荷如果超过电能表的最大额定电流，电能表可能会烧坏，甚至导致火灾。

2.额定电流

对于接入电流互感器的电能表，电流互感器二次额定电流规定为1A或5A，一般为5A（弱电系统用1A，强电系统为5A）。

使用专用电流互感器的电能表应按电流变比标出，如3×200／5A。

3.参比电压

单相电能表只表明相电压，如220V，三相电能表的额定电压有不同的标注方法。

对于三相三线电能表只需标出线电压如3×100V、3×380V等；对于三相四线电能表应标出线电压和相电压如3×380/220V。

使用专用电压互感器的电能表应按电压变比标出，如3×10000／100V。

4.参比频率

标明电能表使用的频率如50Hz（我国工业频率规定为50Hz）。

2.2.4电能表常数

电能表记录的电能与转盘转数或脉冲数之间关系的比例数,r/kWh、imp/kWh。

例如720r/kWh，说明转盘转了720r，计度器的指示数增加1kWh；3000imp/kWh，说明脉冲数3000指示数增加1kWh。

2.2.5电能表的图形符号

图2-1电能表的图形符号

（a）单相二线电能表；（b）三相三线（二元件）电能表（c）三相四线（三元件）电能表

如图2-1所示，直线表示电压线圈，小圆圈表示电流线圈。

二线圈有公共点时，表示元件电流线圈的小圆圈位于表示同一元件的电压线圈的一端；如二个或三个电压线圈有一个公共端，此时以相交于一点的直线表示，二线之间的角度表示电压之间的相位差。

线数表示电能表元件数。

2.2.6电能计量单位

有功电能的计量单位为“千瓦•小时”（即通常所说的“度”）或kW•h，无功电能的计量单位为“千乏•小时”或kVar•h。

2.2.7电能表的准确度等级

电能表的准确度等级是将等级的数字置于一个圆圈内，如图2-2所示。

图2-2电能表的准确度等级

若无标志，单相电能表视为2.0级。

有功电能表的准确度等级至少为2.0级；无功电能表的准确度等级至少为3.0级。

◆2.3电能表的选用

客户使用何种电能表与供电方式、电价、和收费方式等有关。

2.3.1电能表型式确定

1.单相供电的客户装设单相电能表。

2.三相供电的客户装设三相电能表。

在三相三线制低压线路中，应选用三相三线3×100V的有功、无功电能表，当照明负荷占总负荷15％及以上时，为减小线路附加误差，应选用三相四线3×220/380V的有功、无功电能表；在三相三线制低压线路中，应选用三相四线3×220/380V的有功、无功电能表；在中性点非有效接地的高压线路中，应选用经互感器接入的三相三线3×100V的有功、无功电能表，接地电流较大的应安装互感器接入的三相四线3×57.5/100V的有功、无功电能表。

负荷电流为50A及以下时，宜采用直接接入式电能表；负荷电流为50A以上时，宜采用经电流互感器接入式的接线方法。

3.实行最大需量计收基本电费的客户，应装设具有计量最大需量功能的最大需量电能表。

4.需考核用电功率因数的客户，除了装设有功电能表，还要装设无功电能表。

5.实行分时电价的客户，应装设具有分时计量功能的复费率电能表。

2.3.2基本电流确定

1.当电能表与0.5级或0.2级电流互感器联用时，如果互感器的额定二次电流为5A，电能表的电流量范围可采用1.5（6）A、3（6）A或5A；如果互感器的额定二次电流为1A，电能表的电流量范围可采用0.3（1.2）A或1A；若负荷电流变化幅值较大或实际使用电流经常小于电流互感器额定一次电流的30％，宜采用宽负荷的电能表。

2.当电能表与0.5S级或0.2S级电流互感器联用时，电能表的电流范围可采用1.5（6）A。

3.当电能表直接接入计量回路时，应根据经核准的用户申请报装负荷容量来确定额定最大电流。

第三章电能表

◆3.1单相电能表

单相电能表广泛使用在居民、机关、商店等照明用电消费，是应用最多的电能表。

按工作原理可分为感应式单相电能表和电子式单相电能表两大类。

3.1.1感应式单相电能表

1.基本结构

感应式单相电能表由电磁元件、转动元件、制动元件及计度器等部分构成。

电磁元件又分为电压元件和电流元件，均由线圈和铁芯构成，铁芯结构如图3-1所示。

电磁元件的作用是产生移进磁场，与转盘相互作用产生转矩是，使转盘在用电时能够连续转动。

图3-1铁芯结构                    

1—电流元件铁芯  2电压元件铁芯  3—铝盘   4—回磁板

转动元件由铝质转盘（也称圆盘）与转轴用合金压铸在一起，上、下各配有轴承。

转轴上部配有蜗杆与计度器齿轮啮合，以便将转盘转数传送给计度器。

制动元件由永久磁铁及其附件构成，其作用是在转盘转动时产生制动力矩，使铝盘的转速能和被测功率成正比，以便用铝盘的转数来反映被测电能的大小。

计度器的作用是累计电能表转盘的转数，通过齿轮比换算为电能单位并指示。

2.工作原理

当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通，交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流，涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩（主动力矩）而转动。

电度表的电路和磁路如图3-2所示。

图3-2电度表的电路和磁路

负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大，即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。

功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。

铝盘转动时，受到永久磁铁产生的制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反，制动力矩的大小与铝盘的转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大，当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动，负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比，铝盘转动时带动计数器，把所消耗的电能指示出来。

3.1.2电子式单相电能表

 以电子元器件为主体，用连续脉冲计数方式来代替机械旋转传动累计电能，从而实现对电能的计量。

按结构不同可分为机电式和全电子式两大类。

1.机电式单相电能表

机电式单相电能表是在原机械式电能表上附加一定的部件，既完成所需功能，又降低造价且易于安装。

主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及显示器四部分组成。

工作原理框图如图3-3所示。

图3-3机电式单相电能表工作原理图

感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数。

光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲。

分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信号进行分频、计数，得到所测的电能值。

显示器的作用是把电能表所测的电能值用电子器件显示出来，方便读取数据。

2.全电子式单相电能表

电能是功率对时间的积分，因此电能计量的过程就是对功率连续测量后与时间累积的结果。

全电子式电能表运用模拟或数字电路得到电压和电流向量的乘积，然后通过模拟或数字电路实现电能的计量功能。

按工作原理不同可分为模拟乘法器型和数字乘法器型。

（1）模拟乘法器型全电子式单相电能表工作原理框图如图3-4所示。

图3-4模拟乘法器型全电子式单相电能表工作原理图

被测电压、电流经电压、电流采样转换成弱电信号，送至模拟乘法器完成电压和电流瞬时值相乘输出一个与一段时间内平均功率成正比的直流电压信号，通过U/f转换器（电压、频率转换器）将模拟量直流电压信号转换成数字脉冲信号，经单片机处理计数，显示测得某段时间内的电能值。

也就是说，计数器累计脉冲的过程是对有功功率积分而得到的电能值的运算，显示的累计数值是这段时间的功率计算值。

（2）数字乘法器型全电子式单相电能表工作原理框图如图3-5所示。

图3-5数字乘法器型全电子式单相电能表工作原理图

被测电压、电流经电压、电流采样转换成弱电信号，经数字乘法器相乘，输出一个与一段时间内平均功率成正比的数字量，经D/f转换器（数字、频率转换器）转换成脉冲频率信号，经单片机处理计数，显示测得某段时间内的电能值。

电子式电能表具有感应式电能表无法替代的优点，如误差精度（电子式可以做到0.2S、0.5S）、实时负荷记录、超负荷报警断电、剩余电量报警、提醒用户及时购电、历史电量记录、防窃电功能、电网质量的各种考核指标、储存表常数、初始值、用户住址、姓名等信息，因此，电子式电能表在应用中将逐步替代感应式电能表。

电子式电能表与感应式电能表性能比较见表2-1。

表2-1感应式和电子式电能表性能比较

类别

感应式电能表

电子式电能表

准确度等级

0.5～2

0.01～2

误差稳定性

差

好

使用寿命

普通5～10年，长寿15～20年

5～10年

功耗

大

小

灵敏度

低

高

潜动现象

一般有潜动

一般无潜动

频率范围（HZ）

45～55

40～1000

谐波影响

大

小

功能扩展性

单一，难扩展

强大，可扩展

校验调试

复杂

容易

环境要求

适应性强

适应性差

抗电磁骚扰性

好

差

防窃电性能

差

好

3.1.3单相电能表的接线

单相电路电能的测量一般仅有一只单相电能表，一般有直接接入式和经互感器接入式两种接线方式。

1.直接接入式单相电能表的接线

直接接入式接线根据电能表接线盒内电压、电流接线端子排列方式不同可分为一进一出（单进单出）和二进二出（双进双出）两种接线方式。

两种接线方式原理相同，只是接线盒内电压、电流的出入端子的排列位置不同。

电能表接线端子应以“一孔一线”、“孔线对应”为原则，禁止在电能表接线端子孔内同时连接两根导线。

（1）一进一出直接接入式的接线方法

目前我国、德国、捷克、匈牙利及原苏联等国生产的单相电能表都采用这种接线方式。

为了接线方便，单相电能表有专用接线盒，接线盒内接有四个端钮，连接时要按照1、3端接电源，2、4端接负载的方式接线。

接线图如图3-6所示。

图3-6单相电能表一进一出直接接入式接线图

注：

电能表接线盒盖的里面画有接线图，使用时按照接线图接线即可。

（2）二进二出直接接入式的接线方法

目前英国、美国、法国、日本、瑞士等国生产的单相电能表都采用这种接线方式。

连接时采用1、2端接电源，3、4端接负载的方式接线。

接线图如图3-7所示。

图3-7单相电能表二进二出直接接入式接线图

2.经互感器接入式单相电能表的接线

当电能表的电流或电压量限不能满足被测电路要求时，需经互感器接入，《电能计量技术管理规程》规定，低压供电系统，负荷电流为50A以上时，宜采用经电流互感器接入式的接线方法。

若电能表内电流、电压连接片是连着的，可采用电流、电压线公用方式接线；若电能表内电流、电压连接片是拆开的，可采用电流、电压线分开方式接线。

（1）公用方式接线

1）单相电能表经电流互感器接入公用方式接线如图3-8所示。

由于电能表内电流、电压连接片是连着的没有断开，故电流互感器K2端子禁止接地。

图3-8单相电能表经电流互感器接入公用方式接线如图

2）单相电能表经电压互感器、电流互感器接入采用公用方式接线如图3-9所示。

图3-9单相电能表经互感器接入公用方式接线图

（2）分开方式接线

1）单相电能表经电流互感器接入分开方式接线如图3-10所示。

由于电能表内电流、电压连接片是断开的，故电流互感器K2端子应该接地。

同时，电压线圈两端应该与电源两端相接。

图3-10单相电能表经电流互感器接入分开方式接线图

2）单相电能表经互感器接入采用分开方式接线如图3-11所示。

图3-11单相电能表经互感器接入分开方式接线图

由接线图3-9、图3-11可知，采用公用方式接线可减少从互感器安装处到电能表安装处的电缆芯数，互感器二次可共用一点接地，但发生接线错误的概率大；采用分开方式接线时，需要增加电缆芯数，电流互感器和电压互感器的二次侧必须分别接地，发生接线错误的可能性小一些，且便于接线检查。

注意：

通常在电能表接线盒盖的里面都画有接线图，使用时只要按照接线图接线即可。

◆3.2三相电能表

生产实际中的三相电能测量，一般都采用三相电能表。

下面主要介绍常用的三相三线有功电能表和三相四线有功电能表的结构、原理与接线。

3.2.1三相三线有功电能表

三相三线有功电能表根据工作原理不同可为为感应式三相三线电能表和电子式三相三线电能表两种类型。

1.感应式三相三线电能表的结构、原理

三相三线有功电能表是根据两表法测量三相功率的原理，由两只单相电能表的测量机构组合而成的，其内部结构如图3-1（a）所示。

接入被测电路后，作用在转轴上的总转矩等于两组元件产生的转距之和，并与三相电路的有功功率成正比。

因此，铝盘的转数可以反映有功功率的大小，通过计度器后可直接显示三相电能的数值。

国产DS15、DS18、DS862等型号的三相有功电能表采用了这种两元件双盘的结构。

DS862型三相三线有功电能表的外形如图3-1（b）所示。

电能表面牌上有红窗口，红窗口表示小数，黑窗口表示整数，经互感器接入式电能表，其窗口读数必须乘以互感器的变比数之后，才是实际的电度数。

见仪表书

图3-1DS862型三相三线有功电能表的内部结构与外形图

2.电子式三相三线有功电能表

3.三相三线有功电能表的接线

对于负荷电流为80A及以下的低压供电线路，宜采用直接接入式电能表，接线如图3-2所示。

对于负荷电流为80A以上的低压供电线路，宜采用配有电流互感器的接入式电能表，接线如图3-3所示。

图3-2直接接入式三相三线有功电能表的接线图

图3-3配有电流互感器的三相三线有功电能表的接线图

4.三相三线无功电能表

生产实际中，为了充分发挥发电设备的效率，必须设法提高系统的功率因数，以降低系统的无功电能损耗。

所以，无功电能的测量对电力部门是十分重要的。

测量三相三线无功电能，可采用三相三线无功电能表。

目前，我国生产的DX865型三相三线无功电能表采用的是60˚相位差的三相无功电能表。

这种电能表基本结构与两元件有功电能表相似。

不同的是，在两个电压线圈电路中分别串联了附加电阻R。

适当选择R的阻值，可使电压回路的电流不是滞后电压90˚，而是滞后60˚，故，这种电能表称为具有60˚相位差的三相无功电能表。

接线时，第一组元件的电流线圈串接与IU上，电压线圈支路并接在电压UVW上；第二组元件的电流线圈串接与IW上，电压线圈支路并接在电压UUW上,如图3-4所示。

3.2.2三相四线有功电能表

三相四线有功电能表是根据三表法测量三相功率的原理，由三只单相电能表的测量机构组合而成。

注意：

通常在电能表接线盒盖的里面都画有接线图，使用时只要按照接线图接线即可。

◆3.3电能表的使用

电能表虽然种类规格不同，但使用方法大致相同。

第四章反窃电知识

◆4.1违约用电及窃电行为

4.1.1违约用电

危害供用电安全、扰乱正常供用电秩序的行为属于违约用电行为。

包括：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

4.1.2窃电行为

窃电行为包括：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

◆4.2客户窃电的方式

◆4.3供电企业对查获的违约用电行