三相三线电能表负电流的判断和处理方法研究

尚娅 李为石 刘娅萍 饶玉贵 李梦姣

摘 要：在现场实际工作中会发现部分三相三线两元件多功能电子式电能表液晶显示屏显示负电流（-Ia、-Ic），而负电流的产生可能会导致三相三线两元件多功能电子式电能表少计甚至不计量。为使现场工作人员能正确分析判断和处理三相三线电能表不同情况下的负电流，从而保证电能表正确计量，避免和用电客户产生不必要的纠纷，同时也避免给用电检查人员或计量人员带来一系列烦琐的追补电量工作，现从三相三线电子式电能表的现场接线图和计量原理着手，分析电能表出现负电流的原因，通过数学公式推导得出三相三线电能表在无论接线正确与否的情况下A相或C相负电流所具有的特性，最后结合理论知识和实际工作，分别给出不同情况下三相三线电能表出现负电流的判断标准和处理方法。

关键词：三相三线电能表;负电流;功率因數;错误接线;无功补偿

中图分类号：TM933.4  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）07-0024-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.007

0    引言

随着电网智能化建设的推进，电子式智能电能表作为贸易结算级别的电能计量设备，成为智能电网重要的数据来源。智能电能表在智能电网中不可或缺[1]，南方电网公司《10 kV用电客户电能计量装置典型设计》（Q/CSG 113006—2012）明确提出，315 kVA及以上用电客户需采用三相三线多功能电子式电能表计量，采用高供高计的计量方式。

随着用电客户用电量的增大和技术的发展，三相三线多功能电子式电能表已经广泛应用于电力系统。电能表能否正确计量关系到广大用电客户和供电企业的利益，而目前大多数文献只阐述了三相三线电能表出现负电流的原因，并没有总结实际工作中该如何去区分及处理三相三线电能表负电流，所以正确判断和处理实际工作中不同原因引起的电能表负电流是保证计量准确的首要任务，同时也是电能计量人员和用电检查人员的必备业务技能。

本文将总结三相三线电能表因不同原因引起负电流时的负荷特性，并结合实际工作案例，分别给出如何判断和处理不同情况下三相三线电能表负电流的方法，从而保证电能表正确计量，避免给供用电双方带来不必要的损失和纠纷。

1    三相三线电能表电流进出线接反引起负电流

由图1可知，当电流互感器极性接错或电流互感器到接线盒、接线盒到电能表接线端子的二次电流进出线接反时会出现负电流。

这时只需认真核对电能表现场接线，使用用电检查仪、三相电能表现场校验仪，结合画六角图等方式即可判断电能表出现负电流的原因，然后更正错误接线即可使电能表正确计量。这是最直观也是最容易更正的导致三相三线电能表负电流的原因。

2    无功补偿不当引起电能表负电流

由图1可以看出，三相三线电能表的接线方式是第一组电磁元件的电流线圈串接于A相，电压线圈并接于A、B相间。第二组电磁元件的电流线圈串接于C相，电压线圈并接于C、B相间[2]。由三相三线电能表计量原理图（图2）可知：

第一元件有功功率表达式为：

P1=UabIacos（30°+φa）（1）

第二元件有功功率表达式为：

P2=UcbIccos（30°-φc）（2）

2.1    正确接线情况下A相负电流时特性

依据《多功能电能表通信协议》（DL/T 645—2007），在正确接线情况下，由于负载的性质，标准的三相三线制智能电能表也会产生负电流。三相智能电能表显示某相电流的正负主要取决于该相电流与对应线电压的功率夹角，即负电流是电能表功率元件反映负功率的直接表现。

当（30°+φa）或（30°-φc）大于90°时，该相功率为负功率，在电能表上显示-Ia或-Ic[3]，即三相三线两元件电能表中，当某一元件计算功率为负值时，智能电能表会自动判断该元件电流为负值[4]。

在接线正确的情况下，结合公式（1），当三相三线两元件电能表满足特性1：60°<φa≤90°，P>0、P1<0、P2>0、Q>0、Q1>0、Q2>0[5]时，电能表液晶显示屏上A相电流显示-Ia。

A相负电流实例举证：

贵阳市白云区某用户，容量1 000 kVA，采用20 kV供电、高供高计方式计量，电压互感器的变比为20 000/100，电流互感器变比为40/5。

2019年12月27日，在工作人员确认计量装置接线正确的情况下送电，送电成功后电能表显示A相负电流，A相功率因数为0.057，即A相功率因数角为φa=87°，且电能表运行在第一象限，满足特性1，所以预判是无功补偿不当导致A相负电流。经核查，实为补偿柜未启用，现场启动无功补偿柜后，负电流随即消失，电能表显示恢复正常。

2.2    正确接线情况下C相负电流时特性

在接线正确的情况下，结合公式（2），当三相三线电子式电能表满足特性2：C相功率因数角满足-90°≤φc<-60°，0≤cos φc<0.5，P>0、P1>0、P2<0、Q<0、Q1<0、Q2<0[5]且电能表液晶显示屏显示C相功率因数为反向时，电能表液晶显示屏显示C相电流为-Ic。

C相负电流实例举证：

贵阳市白云区某路灯管理所，容量为1 890 kVA，采用高供高计方式计量，电压互感器的变比为10 000/100，电流互感器变比为150/5。自2017年10月上户以来电能表一直显示正常。

2019年12月，发现该户电能表液晶显示屏显示-Ic，C相功率因数为0.053且显示反向，可知φc≈-87°，即φc∈[-90°，-60°），电能表运行在第四象限，调取计量系统采集的负荷数据，显示P>0、P1>0、P2<0、Q<0、Q1<0、Q2<0，满足特性2，所以预判该户电能表出现C相负电流的原因是功率因数补偿不当。随后到现场核查，发现该户的无功补偿柜自动补偿功能已坏，客户将无功补偿改为手动且全部投切，现场让客户断掉部分无功补偿后，电能表显示恢复正常。

因此，在接线正确的情况下，三相三线电能表A相长期显示负电流的多为无功欠补偿的用户，大多数是用户变压器轻载、空载且没有无功补偿投入的情况。当变压器轻载或空载运行时，虽然二次侧有功功率输出很小或沒有，但一次侧仍会从电网吸收部分有功功率，以补偿磁滞损耗、涡流损耗等漏抗，且其无功分量远大于有功分量，因此会出现φ角大于60°的情况。

在接线正确的情况下，三相三线电能表C相长期显示电流为负的多为无功过补偿的用户。当变压器轻载或空载运行时，如果用户的无功补偿装置发生故障或未能按功率因数进行相应投切，就会发生无功过补偿，此时φ角会小于-60°。以上两种情况电能表总有功功率P都大于0[6]。

3    空载或轻载运行引起电能表负电流

在线路空载热备用运行过程中，线路对地和相间分布电容引起的容性充电电流是客观存在的，可能导致负电流[7]。在空载情况下，由于功率因数极低，电能表液晶显示屏会显示某一相电流为负值。当用户变压器带上负载后，功率因数逐渐增大，电压和电流夹角缓慢减小，当功率因数增加到一定值后，电能表显示屏上的负电流随即消失[8]。

随着技术的进步，现在的用电客户大部分使用的无功补偿柜都是带自动补偿功能的智能补偿柜，但是实际工作中，有的时候运行状态为空载或轻载，只靠无功补偿柜来提高功率因数达到消除负电流的目的是不行的，必须提高负载才能消除负电流。

轻载引起负电流实例举证：

贵阳市白云区某路灯管理所，新投运变压器容量为315 kVA，采用高供高计方式计量，电压互感器变比为10 000/100，电流互感器变比为20/5，无功补偿柜带有自动补偿功能。

但因为该路灯专变所供负荷为新开发片区，交通信号灯及摄像头等用电设备还未投入使用，所以尽管客户使用了带自动投切功能的无功补偿柜，还是没能消除电能表产生的负电流，但是在18：00路灯开启以后电能表负电流自动消失。根据贵州电网有限责任公司计量自动化系统采集的负荷数据，该户电能表A相电流在冬天07：00—18：00显示为-Ia，在18：00—次日07：00路灯开启时电能表A相负电流负号消失。

4    电压互感器PT2一、二次侧不对应引起电能表负电流

文中已经讨论过三相三线两元件电能表中某一元件计算功率为负值时，智能电能表会自动判断该元件电流为负值，所以错误接线不单单只是电流互感器进出线接反会导致负电流，只要线电压与之对应的相电流之间的余弦值小于零的错误接线也会使电流出现负值。

下面就以电压互感器PT2一、二次侧不对应引起的负电流为例进行说明。当电压互感器PT2一、二次侧不对应时，由图2可知，C相电流对应的线电压由Ucb变为Ubc。第二元件功率表达式为负，P2功率表达式如下：P2=UbcIccos（150°+φc）=-UIsin φ<0，此时电能表显示-Ic。

电压互感器PT2一、二次侧不对应引起的负电流实例举证：

贵阳市白云区某物业服务有限公司2018年投运，运行方式为双电源全供全备，容量为1 300 kVA，采用高供高计方式计量，电压互感器变比为10 000/100，电流互感器变比为40/5，综合倍率为800。2018年投运以来一直为主供计量，2021年5月切换到备供计量。2021年6月21日，通过贵州电网有限责任公司计量自动化系统监测到该备供表C相负电流，反有功走字、正有功不走字，到现场核实电能表端接线无异常，用三相电能表现场校验仪查接线提示B相失压，推测为电压互感器接线错误。

随即用钳形电流表测量电能表端子线电压Uac为177 V，判断为电压互感器极性接反，经核实为PT2极性接反，更正互感器接线后C相负电流电能表计量正常。

5    光伏发电引起电能表负电流

随着碳达峰、碳中和发展目标的提出，光伏、风电等清洁能源受到了国家的高度重视。微电网作为一个小型而完整的电力系统，不仅可以并网运行，还可以孤岛运行、自产自销。在发电量不足时，微电网可以从电网购电，而当微电网出力大于其消纳能力时，可以提供两种运营模式，即余电上网运营方式和余电制氢运营模式[9]。

光伏发电出力特性，一方面受到光伏设备的光电转换效率、光伏设备生产制造水平的影响;另一方面，光伏发电功率还受到太阳辐射强度、天气、温度等气象因素的影响，具有较大的波动性，春季、夏季、秋季出力系数较冬季高，其中夏季日出力系数最大值的平均值最高，即夏季分布式光伏发电效率最好[10]。贵州电网有限责任公司贵阳白云供电局已经有部分用户为光伏发电，当光伏发电出力过剩时就会有“余电上网”电能表出现负电流。

6    负载特性引起电能表负电流

上面分析了计量接线错误、无功补偿不当以及空载或轻载引起电能表负电流的实例。但除了上述情况外，有时需结合现场工作具体情况才能确定产生负电流的原因。比如：高铁处于刹车制动状态时，电能表呈现负电流，原因是高铁下坡和进站是一个能量释放过程，给电机施加了反向电流，即电机处于发电状况，导致电能表反转;当施工现场的塔吊、吊车负载重物下降以及电梯下降时，电机也处于发电状态，电能表产生反向电量[11]，如果刚好只带有上述负载，电能表就会产生负电流。

7    结论与建议

结合现场工作所见并查询相关文献后，本文提出了实际工作中导致三相三线电能表出现负电流的几大因素及现场工作中如何准确判断和处理电能表负电流的方法，现归纳如下：

（1）计量装置接线错误导致负电流，只需现场核线即可找到原因，再通过更正错误接线即可恢复三相三线电能表正确计量，消除电能表负电流。

（2）在接线正确的情况下无功补偿不当导致电能表显示某一相电流为负值，通常无功补偿不当不会导致三相三线电能表两相电流同时为负。根据现场工作数据统计，无功补偿不足大多导致三相三线电能表显示A相电流带负号，无功补偿过多大多导致电能表显示C相电流带负号。

可以根据电能表显示的相关数据，对照文中提到的特性1及特性2判断是否为无功补偿不当导致电能表显示负电流。如果确定是无功补偿不当导致电能表显示负电流，就要检查客户无功补偿柜是否带有自动投切功能、是否启用、是否故障、手动投切的电容数量以及补偿柜电容数量是否满足变压器容量的30%等，从而找到原因，达到消除电流负号的目的，千万不能更改计量装置接线。

（3）变压器空载或轻载运行导致电能表负电流，只能等客户用电设备增多后负电流随着负载的增大而消失，比如新投运的客户。

如果客户用电设备越来越少，则根据实际情况建议客户减容或暂停使用变压器，比如已停产的用电客户。因为变压器长期轻载或空载运行，导致空载损耗比重增大，功率因数降低，不仅有可能造成电能表出现负电流，执行功率因数考核时还会因为功率因数过低而承担罚款，所以变压器长期空载或轻载运行对供用电双方都是不利的。

（4）用电设备本身的特性导致电能表出现负电流，如文中提到的高铁、电梯、吊车等。目前没有发现可解决的办法。

所以，当发现电能表负电流时，需要根据现场实际情况具体分析原因，不能一看见负电流就盲目地去调表尾接线，或者认为是无功补偿的问题，还应该去了解客户的现场用电设备。能否及时发现和正确处理负电流直接关乎供用电双方的利益，笔者结合工作经验及文献[12]总结了以下几条建议：

（1）对100 kVA及以上工业用户无功补偿装置运行情况进行排查，宣传正确使用无功补偿装置知识及功率因数调整电费相关电价电费政策，让用电客户意识到确保无功补偿装置正常使用的重要性。

（2）在计量系统筛查“负电流、反有功走字、功率因数异常”，发现问题用户，及时现场检查处理，避免给供用电双方带来更大损失和纠纷。

（3）在计量系统增加“负电流、反有功走字、功率因数异常”问题自动报警程序，省时省力，能够方便对同类问题的管控，提高工作效率。

（4）加强监控，若用户功率因数过低或达不到规定范围（160 kVA以上的高压供电工业用户，装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3 200 kVA及以上高压供电电力排灌站的功率因数标准为0.90;100 kVA（kW）及以上的其他工业用户、非工业用户、非居民照明用户、商业用户、临时用电户和100 kVA（kW）及以上的电力排灌站，趸售用户功率因数标准为0.85;100 kVA（kW）及以上的农业用电功率因数标准为0.80），及时通知用户投入和切除无功补偿装置，实现供电企业和用户双赢。

[参考文献]

[1] 金阳忻，徐永进，黄小琼.基于卷积神经网络的电能表测得值置信区间研究[J].中国电机工程学报，2021，41（19）：6630-6640.

[2] 雷文.电能计量[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3] 宋钰钰，王点睛，李生建，等.正确接线情况下三相三线电能表负电流现象原因分析[J].四川电力技术，2019，42（3）：72-74.

[4] 祝小红，周敏.电能计量[M].2版.北京：中国电力出版社，2014.

[5] 邓得政，隋玉珊.三相三线电能表在接线正确情况下出现负电流的原因分析[J].电工技术，2018（19）：78-82.

[6] 刘国飞，邓子涵.三相三线电能表相位正确情况下负电流分析[J].大众用电，2020，35（8）：31-32.

[7] 熊晓岚，李琦.空载热备用输电线路电能计量分析[J].四川电力技术，2010，33（3）：27-29.

[8] 叶友泉，邓聪.变压器空载时三相三线电能表出现负电流的分析[J].黑龙江电力，2018，40（6）：541-545.

[9] 孙彩，李奇，邱宜彬，等.余电上网/制氢方式下微电网系统全生命周期经济性评估[J].电网技术，2021，45（12）：4650-4659.

[10] 李莉杰，宋百川，孙丹丹，等.基于大数据的分布式光伏接入配电网影响分析与功率预测研究[J].电力大数据，2021，24（2）：1-9.

[11] 张莉.用电信息采集系统显示电能表负电流原因分析[J].电工技术，2017（4）：111-112.

[12] 柯立新.“负电流、功率因数异常”少结算电能量分析[J].农村电工，2019，27（1）：51-52.

收稿日期：2022-01-06

作者簡介：尚娅（1989—），女，贵州纳雍人，助理工程师，用电检查技师，主要从事用电检查工作。