三相三線接線方式的編碼及優化識別

黃世回

(深圳普祿科智能檢測設備有限公司，深圳 518067)

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三相三線接線方式的編碼及優化識別

黃世回

(深圳普祿科智能檢測設備有限公司，深圳 518067)

針對三相三線兩元件電能表的接線識別問題，詳細介紹了不同接線方式的編碼方法，根據矢量圖，提出了采用線電壓線電流矢量間的逆時針方向旋轉角作為判斷量，提高識別效率，優化了接線的三層識別算法。同時給出所能識別的不同接線方式的功率補償系數。該算法適用于便攜式用電檢查儀的三相三線電能表接線的快速識別。

三相三線；接線方式；編碼；接線識別；功率補償系數；用電檢查

0 引言

電力計量系統中，受有意或者無意的錯誤接線，使電能表的計量出現異常，造成用電計價損失，給正常用電秩序帶來麻煩。準確方便的接線判斷和錯誤接線后的功率補償校正是電力稽查人員所期望的，也是相關儀器研發人員研究的課題。算法研究和工程實踐表明，三相三線的接線識別反而較三相四線的復雜得多，純粹的向量圖法，受到部分使用者空間思維能力的限制，顯得不是很方便[1-2]。本文給出三相三線兩元件制式的電能表經常出現接線方式的總結[3-5]，并研究出對應編碼和基于順時針相量角的三步驟接線識別優化算法，減少了中間判斷次數，實現快速識別優化，也較容易程序實現。本算法可以應用于便攜式電能表接線校驗儀器或作為相關電力工程人員參考。

1 三相三線的可能接線方式

三相三線用電檢查儀的接線端子有UA，UB，UC電壓端子和電流互感器端子IA，IC。其中IA，IC各有兩端子表示電流互感器的電流進出方向的(“+”為流入，“-”為流出)。這里規定,不論實際接入是哪一相電壓電流，端子UA，UB之間，UC，UB之間采樣線電壓用UAB，UCB表示，電流端子上的采樣電流用IA，IC表示。對應三相三線電能表第一元件接入UAB，IA，第二元件接入UCB，IC。實際相電壓和電流用Uab，Ucb，Ia，Ic表示。對應用電檢查儀端子接線示意圖如圖1所示。

三相電壓相序排列組合，分別為ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA共六種。其中ABC、BCA、CAB為正相序，另外三種為負序。電流端接入電流的組合考慮到方向，共有8種組合，分別是(Ia，Ic)、(Ia，-Ic)、(-Ia，Ic)、(-Ia，-Ic)、(Ic，Ia)、(Ic，-Ia)、(-Ic，Ia)、(-Ic，-Ia)。這里負號表示電流反向。按照乘法原理，6種電壓相序對應8種電流接入方式總共48種接線方式。其中規定正序(ABC，Ia，Ic)是正確接法，即實際相電壓和電流為Uab，Ucb，Ia，Ic。

2 三項三線接線方式的編碼與識別

在對稱三相電路系統中，相電壓相電流的功率因素角為φ，其相位圖如圖2所示。本文總結48種接線方式和功率補償系數，以表格方式例舉出來，對其編碼一方面是為了用數字符號表現其規律性，另一方面通過將編碼換算成序號，以適合實際工程中的查表或者軟件編寫。

圖2 三相對稱電路矢量圖

2.1 48種接線方式的編碼

總的編碼格式：[3位電壓相序碼][4位電流碼]；電流碼可以拆分成2位順序碼和2位方向碼，總的編碼格式可以改寫如下：

[3位電壓相序碼][2位電流順序碼 2位電流方向碼]；電壓相序編碼：ABC(000),ACB(001),BAC(010),BCA(011),CAB(100),CBA(101);電流順序碼：(Ia，Ic)為(00)，(Ic，Ia)為(01)；電流方向碼：正向為0，反向為1。4位電流碼如表1所示。

表1 8種電流編碼

例如電能表接線為(B,C,A,Ic,-Ia)時，編碼為：[011][0101]。本文把48種接線歸納一個表格，每一種都有一個十進制序列號n(n=1,2,3, …48)，根據編碼換算成序列號按如下定義公式計算：

n=D電壓碼×8+D電流碼+1

(1)

其中，D電壓碼、D電流碼表示對應的十進制。

上例接線順序(B,C,A,Ic,-Ia)的編碼[011][0101]對應序號：n=3×8+5+1=30 。即第30種接線狀態。

2.2 接線的三步識別優化算法

根據研究，至少經過3個步驟(三層)能完全確定接線方式[3]，但是，如果約束條件不同，造成每一步后，出現可能情況不一樣。根據對稱三相電路的電壓電流矢量圖，相電壓相電流的功率因素角為φ，本文運用矢量間逆時針方向的旋轉角度，比用矢量的夾角更加有區分度，減少了每一步后可能出現的情況。線電壓向量到電流向量之間逆時針方向的旋轉角，如表2所示。電流向量之間的逆時針旋轉夾角如表3所示。

接線識別步驟：

1)以端口UAB線電壓向量到IA電流向量之間逆時針方向的旋轉角arg(UAB/IA)為第一層判斷依據，得出可能6種角度之一。這6種角度分別是30°-φ，330°-φ，90°-φ，270°-φ，150°-φ，210°-φ。表4給出了容性或者感性情況下，以上6個角度的取值范圍。

表2 線電壓到電流的逆時針旋轉角

表3 電流向量之間逆時針旋轉角

表4 容性或者感性情況下arg(UAB/IA)范圍

每個角度根據表2，可以得出可能的4種不同的電壓相序與對應IA口接入的電流組合。對于確定了的IA，這時IC口電流只有兩種方向可能情況。

2)以電流向量間的逆時針旋轉角度arg(IC/IA)為第二層判斷依據，參照表3，確定IC口可能出現的接入電流情況。這時，每個角度有兩種可能接線狀態。這樣可以判斷出只有2種電壓相序和對應電流接線組合。

3)以角度arg(UA/IA)為第三層判斷依據，直接就可以從第2)步判斷出的2種結果中得出唯一的判斷結果。

以arg(UAB/IA)=30°-φ為例，介紹三層判斷流程，如圖3所示。

圖3 arg(UAB/IA)=30°-φ三層判斷流程圖

在已知負載電路是感性或者容性的情況下，根據測得arg(UAB/IA)的值對應落在[-30°,0)∪(0,30°)感性區間或者[30°,90°)容性區間或功率因素為1時的30°。第一層判斷arg(UAB/IA)=30°-φ時有四組結果；根據第二層判斷，假如測量的arg(IA/IC)=120°，則可以確定接線順序為(ACB,Ia,Ic)或( CAB,-Ia,-Ic)兩組；根據第三層arg(UA/IA)=arg(Ua/Ia)=360°-φ，唯一確定接線順序為(ACB,Ia,Ic)的情況；arg(UA/IA)=arg(Uc/-Ia)=60°-φ，唯一確定接線順序為(CAB,-Ia,-Ic)的情況。

3 48種接線法功率補償系數

三相三線兩元件電能表計算有功功率公式：

(2)

錯誤接線，造成了電能表計數出現異常，從而計算電費出現錯誤。這里引入功率補償系數，是指正確接線時的功率P與第n種接線計算的功率Pn之間比值。如下定義式[6]：

kn=P/Pn

(3)

其中，下標n是指第n(1,2, …48)種接法，根據表2可以計算出每種接線功率。

P=UabIacos(30°+φ)+UcbIccos(30°-φ)

k1=P/P1=1；

=UabIacos(30°+φ)+UcbIccos(150°+φ)

=UIsinφ，

=UabIccos(90°-φ)+UcbIacos(90°+φ)

=2UIcos90°-sinφ=0，

這時，k5無法確定。

有這樣一個規律，接法(ABC,Ia,Ic)的功率與接法(CBA,Ic,Ia)的功率相同，補償系數用編碼表示為：k([000][0000])=k([101][0100])，即k1=k45=1，以此類推知道接法為(ABC,Ia,-Ic)的k值，就可以推出接法為(CBA,-Ic,Ia)的k值，編碼表示為：k([000][0001])=k([101][0110])，即k2=k47。這里只給出前24種接法的表格，如表5所示。

表5 前24種接法功率補償系數

4 結束語

三相三線的兩元件電能表接線識別，矢量之間運用電壓到電流逆時針旋轉角代替標量夾角，有效提高了接線識別效率和速度。不需要確切功率因數角度，只要知道感性或容性負載電路情況，該識別算法使用限定范圍在-60°～60°功率因數角區間。如果確切知道電路功率因素角大小，那么本方法更加具有快速性和實用性。對三相三線不同接線方法進行編碼，一方面表現出接線的規律性，另一方面也給軟件的開發提供一種方便運算方法，同時功率補償系數確定，給錯誤接線造成的計費損失提供換算依據。

[1] 陳霄，周玉，范潔等.新型三相三線電能表錯接線快速判別方法研究[J].電測與儀表，2014(13)

[2] 童莉.三相三線電能變錯誤接線判斷向量圖應用方法的改進[J].電力與能源，2011(1)

[3] 申靜，王昊，班福厚，等. 三相三線電能表常見接線模式的智能化識別[J].山西電力，2008(A01)

[4] 朱嘉倫.三相三線電能表幾種典型錯誤接線的分析及類比[J].計量與測試技術，2010，37(10)

[5] 許宇航.三相三線有功電能表錯誤接線分析及更正[J].煤礦機械，2001(11)

[6] 張作群，劉建輝，廖勇，白麗君.三相四線有功電能表一相副邊反極性公共回線斷線時的故障接線分析[J].計量技術，2007(7)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.07