多功能电能表四象限无功计量方式及功率因数的计算

多功能电能表四象限无功计量方式及功率

因数的计算

多功能电能表四象限无功计量方式及功率因数的计算

尹仕红

摘要:本文阐述了多功能电能表的含义及无功电能表计量理论,介绍了感应式无功电能表的无功电能计量方法,并通过对四象限

无功的含义及应用的介绍指出多功能电能表的四象限无功计量能真实地反映无功电能状态,保证无功计量的合理性和平均功率因数的

真实性,以便在实际工作中正确的使用.

关键词:多功能电能表;无功电能;计量

1引言

电能作为一种商品已经全面走向市场化.商业化运营对电

能计量的准确性和可靠性提出了更高的要求.随着电能表技术

的发展,目前已经有大量的多功能电能表应用于电力计量,根据

电力行业标准DL/T614—1997对多功能电能表的定义:"凡是由

测量单元和数据处理单元等组成,除计量有功(无功)电能外,还

具有分时,测量需量等两种以上功能,并能显示,储存和输出数

据的电能表"都可称为多功能电能表.定义中明确四点:①由测

量单元和数据处理单元组成;②能计量电能(有功或无功,或同

时计量有功与无功);③能计量需量,能分时,显示,储存和输出

数据;④具有两种以上功能.因为允许有两种以上功能,所以市

场上的多功能表千差万别,但似乎随着多功能表用量的增加,随

着用户对多功能表的了解越来越深,而功能越来越多必是多功

能电能表的发展趋势,目前我局使用的多功能电能表均为全电

子式多功能电能表,具有四象限无功计量功能,为了将四象限无

功计量应用于生产实际,真正体现无功考核的意义,本文分析了

各种用电情况下的无功计量,具体说明在各种情况下应采用的

无功计量算法.

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3传统的无功计量方式

传统的无功计量采用机械感应式无功表电能表进行无功电

能计量,由于感应式无功表只能够计量单方向的无功潮流,一一般感应式无功设计有三种计度方式:

(1)单向计度,带止逆,只计量正向无功电量;

(2)双向计度,不止逆,正反向无功电量累加或分别计度;

(3)单向计度,不止逆,正向电量减反向电量.

当在用电用户使用传统感应式无功表时,问题不犬,但在发

电用户,由于用户既发电,在停机时也用电,有下面四种情况存在:

①用户发电,同时向系统发送无功;

⑦用户发电,同时向系统吸无功;

③用户用电,同时向系统吸无功;

④用户用电,同时向系统送无功.

使用感应无功表将无法区分上述四种无功计量,不能体现

功率因数的真正含义,无法考核用户功率因数情况.

2无功电能的计量原理4四象限无功的定义

电力系统中,不仅要正确记录有功电能,还要记录无功电

能,由此来求得某一段时间内用户的平均功率因数.当负载功率因数越低时,输电线路电流会增大,传输导线,变压器和发电机

都将增加附加的电能损失:由于电流的加大将造成输电导线和

电气设备导线截面积加大,增加电力设备的总投资;而且线路电压损失增大而导致发电机,变压器和其他电器设备运行电压的

提高.所以,提高负载功率因数,正确计量无功电能有重要的意义.

电力系统中,一定容量的同步发电机发出的视在功率S为r———一—下

一

个常数且s=V+O'.显然,若无功功率增大,势必相应减少

有功功率P的发送容量,而且,经过远距离的输电线路传输大量的无功功率,必将引起较大的有功,无功损耗和电压损耗.

当无功功率不足时,电网电压将下降,当无功功率过多时,

电网电压将上升,电压水平的高低会影响电网的供电质量,也会影响各类用电设备的安全经济运行.由此看来,无功电能的计量对电力生产,输送,消耗过程中的管理是必要的.同时,通过对用

户消耗的有功电能w和无功电能Q的测量,可考核负载的平均功率因数.即:

不同国家对四象限无功的定义不一样.根据电力部行,标

准DL/T645—1997,多功能电能表通信规约对电能测量四象限的定义如(图1).

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图1电能量四象限测量示意图

首先把测量平面用竖轴和横轴划分为四个象限.右上角为

I象限,右下角为Ⅱ象限,依此按顺时针方向为Ⅲ,Ⅳ象限.竖轴

向上表示输入有功(+P),竖轴向下表示输出有功(一P),横轴向有表示输入无功(+Q),横轴向左表示输出无功(一Q).

电压相量用U表示,固定在竖轴上.电流相量用I表示,其

位置表示当前电能的输送方向.如(图1)中,I位于第1象限,U

与I相位角为(顺时针为正),表示输入有功(+P)和输入无

技

功(+Q).我们假设电能表安装在用户侧,所谓"输入","输出"是

相对于电网的用户边而言的.对于有功输入,输出的概念很清楚.输入有功功率的含义就是电网向用户送电,这是一种用电用户.输出有功功率就是用户向电网送电,这是一种发电用户.

无功概念比较复杂:对于用电用户来讲,用户是负载,分为

感性负载和容性负载两种,根据IEC标准,1972年13A出版物推荐,当负荷是"感性负荷"时,无功功率为正.容性负荷无功为负.在四象限无功(图1)上,上半图(I,Ⅳ象限)表示了这些情

况;对于发电用户来讲,用户是一台发电机,吸收正无功相当于欠励磁,输出无功(一Q)相当于过励磁.四象限无功含义是:

I象限输入有功功率P,输入无功功率Q,用户为阻感性负

荷;

Ⅱ象限输出有功功率P,输入无功功率Q,用户负荷相当于

一

台欠励磁发电机;

Ⅲ象限输出有功功率P,输出无功功率Q,用户负荷相当于

一

台过励磁发电机;

Ⅳ象限输入有功功率,输出无功功率,用户为阻容性负荷.

5四象限无功计量应用

无功计量的目的是考核力率,提高功率因数,降低线路损

耗.对用电户我们希望用户就地进行无功补偿,不希望用户吸无功,也不希望用户反送无功;对发电用户,在发电时希望发送无功,在停机用电时,就地补偿.假定一个用户既用电又发电,一个双方向用户,安装了一台能计量正,反相有功和四象限无功的电子式多功能电能表.又假定该用户在用电时,使用自动无功补偿装置对无功进行补偿;在发电时对同步电机的励磁系统进行自动调节,调整无功输出.其运行情况如(图2).

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图2四象限无功应用示意图