感应式电能表现场校验误差分析

感应式电能表现场校验误差分析
电能表计量准确与否直接关系着电力系统各项经济技术指标的实现，但运行中的电能表由于各种原因时常出现误差超过正常范围的现象，成为电能计量不可忽视的一个重要问题。

本文对感应式电能表各种负载下的误差进行分析，并提出一些处理措施。

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0 引言
电能是我国经济建设和人民生活的一种重要能源，电能表作为电能计量与经济结算的主要工具，其计量的准确性直接关系着电力系统各项经济技术指标的实现，直接关系着国家与人民的利益，因此必须保证电能表计量的准确。

但运行中的电能表由于各种原因时常出现误差超过正常范围的现象，对电能表进行校验显得十分重要。

现场校验不需要拆卸电能表，不需要中断电能表的计量，能在不中断用电的情况下完成校验，可以真实地记录电能表实际工况下的故障情况，近年来成为测试电能表计量误差的常用方法。

下面，本文以感应式电能表为例，针对电能表现场校验方法，就电能表计量误差进行分析，并提出一些有效的处理措施。

1 感应式电能表工作原理及误差特性
1.1 感应式电能表工作原理
对于感应式电能表来说，其转盘是一个导体，在交变磁通的作用下产生感应电流，此时转盘成为载流导体，载流导体在磁场中受到电磁力的作用，因电磁力力矩作用而使得转盘发生转动。

穿过电能表转盘的磁通，包括电压磁通和电流磁通，而在电能表工作过程中，实际上在其转盘的不同位置一共有三个磁通穿过。

磁通最大值在一个周期内移动，经过三个磁极时，磁场不断重复移动形成旋转磁场，最终由感应电流与电压工作磁通相互作用产生电磁力，形成驱动力矩，使转盘根据负载大小转动。

但要使转盘在恒定的负载下做等速旋转，则必须对转盘施加一个同驱动力矩大小相等方向相反的反作用力矩，也就是制动力矩，制动力矩与转盘的转速成正比变化，以阻止转盘加速转动，在感应式电能表中，制动力矩由永磁铁来实现。

1.2 感应式电能表误差特性
感应式电能表依靠驱动力矩来驱使转盘转动，依靠制动力矩来阻止转盘加速转动，最终实现对负载的计量。

但在实际工作中，电能表除了受到驱动力矩和制动力矩两个基本力矩的作用外，还会受到抑制力矩、摩擦力矩、补偿力矩等附加力矩的作用，这些附加力矩会破坏转盘的转速和负载功率，造成电能表计量误差。

电能表的计量误差分为基本误差和附加误差两大类，基本误差是在规定的电压、频率、温度条件下所测得的相对误差，附加误差则是电能表运行过程中由于电压、频率、温度等的变化所引起的误差。

通常情况下，电能表工作电压的变化，会由于工作磁通与电压的非正比变化而破坏电压抑制力矩、补偿力矩和驱动力矩间的比例关系，从而使电能表产生电压附加误差，也就是电压误差。

当电网频率同电能表额定频率不同时，会使电流、电压工作磁通以及其相位角发生改变，使电能表产生频率附加误差。

而温度的变化会使制动磁通发生变化，此时电流、电压工作磁通大小以及相位角都会发生改变，造成计量误差，也就是温度误差。

电压误差、频率误差、温度误差是电能表计量中最常见的误差。

2 满载误差分析及处理
在满载状态下，电能表的误差主要由制动力矩造成，其影响因素包括制动力矩、摩擦力矩、电流、电压抑制力矩等。

造成电能表满载误差的原因，主要有永磁铁失磁、永磁铁间隙过大、电压与电流磁芯间隙过小、电压线圈匝间短路等。

满载误差可以利用满载调整装置，也就是制动力矩调整装置来调整，其主要原理是通过改变电能表永久磁铁的制动力矩来改变转盘的转速。

在调整电能表满载误差故障时，需要使电能表在额定电压、额定功率、100%Ib和功率因数COSφ=1.0的情况下进行，最终使电能表满载时的误差达到标准数值。

在满载误差调整时，有改变制动力矩的制动力臂和制动力矩的制动磁通两种方法。

改变制动力矩的制动力臂，能使永磁铁沿转盘半径方向进行平移，最终改变转盘的转速，永磁铁向轴心移动时制动力矩越小转盘转速越快。

在采用这种方式时，永磁铁平移过程一定要缓慢平稳，以免使转盘与永磁铁间的气隙发生改变，在调整完毕后，要用平衡螺钉重新固定。

一般情况下，需要将满载误差调整到基本误差限的五分之一以内，以保证标定电流和额定电流下的误差需要。

改变制动磁通来调整满载误差更容易控制，这种方法主要通过改变永磁铁跨于圆盘的有效部分来调整有效磁通量，最终改变转盘的转速。

3 相角误差分析及处理
电能表相角误差是由于电能表电压工作磁通与电流工作磁通之间的相位角变化所引起的，当电能表出现相位角误差时，需要调整电压工作磁通与电流工作磁通的相位角，使两者的相角差满足φ=90°-φ要求，这样电能表才能在不同功率因数的负载下都能够正确计量。

当电能表存在相位误差时，一般采用调整αI、αU、αF的相位以改变磁通路径上的有功损耗，从而改变相位。

改变电流工作磁通相位角，可以通过改变αI的变化规律来实现。

在负载电流与附加线圈匝数一定时，滑块向“+”移动会造成回路电阻的增大，从而减小电流降低去磁作用，使電流工作磁通增加减小路径上的有功损耗，增大驱动力矩提高转盘的转速。

当调整余量不足时，则需要增加或减少短路片来进行调整，增加短路片会使转盘转速变慢，减少短路片则会使转盘转速加快。

在进行相角误差调整时，电能表必须运行在额定电压、额定功率、100%Ib和功率因数COSφ=0.5或Sinφ=0.5的状态下。

在进行相角误差调整时，有可能遇到表慢调不快的现象，产生这种现象的原
因可能是电压线圈存在匝间短路，电压线圈铁芯锈蚀造成中柱接缝磁阻增加，相位调整失灵等。

当出现表快调不慢的情况时，则可能是由于相角调整电阻短路滑片接触不良或者氧化，短路片数量过少，电阻脱焊等原因。

出现这些情况时，应当根据实际原因进行更换、打磨、焊接处理。

4 轻载误差分析及处理
由于电流铁芯的非线性、摩擦力矩的存在、测量机构制造和装配的不准确等原因，当电能表在10%Ib以下轻负载运行时，并联电路的磁通与电能表转盘的相对位置会出现不对称分布，使电能表产生轻载误差，影响电能表轻负载范围内的负载特性曲线。

当电能表轻载误差超过标准值时，可以通过轻载调整装置来调整电能表补偿力矩，以补偿电能表在5%～20%Ib轻负载状态下运行时的摩擦误差和电流铁芯线的非线性误差，以及由于装配不对称所产生的潜动力矩。

电能表的轻载调整装置安装在电压铁芯上，通过铜片和铝片将电压工作磁通分成两个部分造成电压磁通不对称现象来形成补偿力矩，在调整时即可以移动铜片或铝片的位置来对补偿力矩进行调整。

轻载误差调整需要在额定电压、额定频率、10%Ib、cosφ=1或sinφ=1的状态下进行。

在调整时，当短路铁片处于磁极中心对称位置时，两侧框边所加载的电压工作磁通同样多，此时两侧的补偿力矩大小相等，方向相反，在电能表转盘上的作用将会被完全抵消，不会形成补偿力矩。

当移动短路铁片时，两侧所施加的电压工作磁通发生变化，产生差值补偿力矩，差值补偿力矩的大小与短路铁片离中心的远近有关，方向则同远离框边有关。

最终通过补偿力矩的调整，来使电能表的轻载误差处于许可范围内。

5 潜动误差分析及处理
当负荷电流为零时，电能表转盘依然连续转动的现象称为潜动现象，是电能表常见的故障，造成电能表潜动故障的原因较多，主要包括电能表轻微负荷、轻载正负误差过大、电能表接线错误、三相电压不平衡、电流互感器故障几个方面。

实际上，制造、装配、维修等過程，都有可能无意中引起电能表潜动故障，其基本原理是由于磁路的不对称产生了潜动力矩使得转盘潜动。

在正常情况下，电能表处于80%～110%参比电压下断开电流回路时，其转盘转动不应当超过一圈。

当电能表存在潜动故障时，可以利用电能表防潜动装置，来制止电能表无负载状态下的空转现象。

一种方法是通过改变电压线圈铁芯磁化铁片同转盘转轴上的铁丝或铁片间的距离来改变防潜力矩的大小，来起到防潜动作用。

另一种方法是通过调整轻载补偿装置利用补偿力矩来补偿潜动力矩以起防潜动作用。

6 结束语
电能表是电力系统中最基本的计量工具，关系着企业与用户的根本利益，必须保证电能表计量的准确性。

但电能表在装配、使用、维修过程中，都有可能因为各种原因而影响电能表计量的准确性，造成电能表计量误差，给企业和用户带来不良影响。

在电能表现场校验中，要注意准确把握不同误差的产生原因和解决策略，迅速有效地利用相关装置进行调整，使电能表计量误差处于许可范围内，提高电能表计量的精确度。

参考文献：
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