电力终端设备变压器接入电力系统对计量的影响分析

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1、II型采集器接入电力系统对电能表的影响分析摘要：低压电力载波通信技术在用电信息采集系统建设过程中起了至关重要的作用，特别是是农网的用电信息采集系统的建设，载波通信常常采用II型采集器和智能电能表的采集模式。II型采集的设计过程中，通常采用硅钢变压器作为电源模块的关键器件，但设计过程中往往忽略了采集器可能对电能表产生的干扰，特别是在电能表在无负荷的情况下产生小电流，会造成电能表的计量不准。本文从II型采集器的结构原理及锰铜采样电能表的工作原理出发，分析了II型采集器对电能表计量准确度的影响原因，提出了对II采集器及电能表的改进建议，并对现场安装方式提出了建议，避免采集器

2、对电能表产生干扰。关键词：II型采集器、变压器漏磁、锰铜分流器、电能表0前言自2010年以来，作为国家电网公司智能电网第一个全面普及的工程，电力用户用电信息采集系统在国网范围内大规模展开。用电信息采集系统要求实现全覆盖、全采集、全费控的基本建设目标，系统建设要求实现覆盖全部电力用户，满足各类营销业务要求，满足公司各级各部门经营管理的要求。用电信息采集系统主要包括主站软件、远程通信网络、采集终端等部分，低压电力载波通信技术在系统建设过程中起了很大作用，而II型采集器是完成电能表与集中器载波通信的关键设备。我们在对II型采集器进行全性能检测过程中，偶然发现工作中的II型采

3、集器会导致电能表在无负荷的情况下出现正反向小电流，造成电能表计量不准。为避免这种情况在现场安装过程中出现，笔者在实验室通过一系列的试验并从理论上进行了分析，找出了这种现象出现的原因，并给出了现场安装建议，并提出了II型采集器及智能电能表的改进意见。1II型采集器介绍II型采集器主要由电源电路、下行RS485通信电路、上行载波通信电路、MCU处理器电路和红外通信电路等模块组成，结构框图如图1所示。上行通道采用低压电力线载波通信方式与集中器进行通信，下行通道采用RS485与智能电能表通信。图1II型采集器结构图为控制II型采集器的成本，II型采集器的电源模块常常采用降压、

4、整流、稳压的方式来实现，电源模块结构如图2所示。设计中常常采用硅钢片叠制而成的铁芯变压器作为降压变压器，如图3所示，电源输入经过降压变压器后，获得10V左右的交流电压，然后通过桥式整流电路转换为直流，最后通过稳压芯片获得5V或3.3V的工作电压。图2电源模块结构框图图3硅钢片变压器实物2影响原因分析为找出II型采集器对电能表产生干扰的原因，我们从下列二个方面进行分析：1）II型采集器电源端对电能表影响分析；2）II型采集器内部变压器漏磁对电能表影响分析。2.1II型采集器电源端对电能表的影响分析由于II型采集需要市电供电且载波电路也需要接入市电，因此现场安装过程中II

5、采集器的电源端口1'和2'分别连接于电能表的1、3口，如图4所示。图4电能表和采集器等效图从图4可以看出，线路总电流,其中为用户负载电流，为电表消耗电流，为II型采集器消耗的电流。由于电能表内部工作电压和II型采集器的工作电压，取至锰铜采样的前级，所以电表自身工作产生的功耗电流并不通过计量回路（不通过锰铜分流器），也就是说电能表内部功耗（包括计量、显示、通信所需的功耗）和采集器的功耗不会计入用户电量，而是由线路损耗承担。通过以上分析可见，采集器的自身功耗不会影响电能表的计量，II采集器的电源端口1'和2'分别连接于电能表的1、3口不会增加电能表的计量。可以排除II型采

6、集器电源端安装在电能表电压端对电能表的影响。2.2II型采集器内部变压器漏磁对电能表影响分析1）变压器漏磁分析[2]变压器的漏磁通是指未经过铁芯闭合的部分磁通，不论铁芯采用哪一种铁磁性材料，因材料的磁导率限制及压制工艺，漏磁是不可避免的，尤其是II型采集器使用的电源变压器，铁芯常常采用图5所示的EI型硅钢片叠成。在E型与I型铁芯的结合处将产生空气隙，因空气隙的磁阻远大于铁芯的磁阻，电磁感应产生的磁力线在通过空气隙时，不可避免地会产生图6所示的扭曲变形和泄漏。因此，实际变压器的磁力线的泄漏是不可避免的。图5EI型硅钢片图6铁芯空气隙产生的漏磁在磁介质中，此场强度H（A/

7、m）、磁通密度B（T）和介质的磁导率之间的关系为：（2-1）式中：：磁介质的相对磁导率：真空的磁导率由安培环路定律可知：（2-2）式中：：变压器铁心有效磁路长度（m）：变压器线圈电流有效值N：变压器线圈的匝数。将（2-2）式代入（2-1）式可得：（T）（2-3）由于变压器铁芯气隙的存在，则式（2-3）中的有效磁路长度，式中：：空气气隙长度：磁芯磁路长度距离变压器C处的漏磁通的的大小在文献[2]中给出了，（2-4）式中:：系数，修正与铁芯、绕线的螺距、绕组的排列方式及结构有关的影响量；:修正系数。2）智能电能表计量原理智能电能表通过准确地提取用户侧的电