電能計(jì)量裝置典型故障分析

張 鋒，王永輝，史 輪，岳國(guó)義

(1.滄州供電公司，河北 滄州 061001；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

電能計(jì)量裝置包括電能表、電壓互感器、電流互感器、互感器二次回路、計(jì)量屏等設(shè)備。電能計(jì)量裝置作為電量貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，其準(zhǔn)確、穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電量貿(mào)易的公平、公正。目前，電能計(jì)量技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但在日常運(yùn)行中仍不能避免發(fā)生各種故障。電能計(jì)量裝置發(fā)生的故障主要有互感器故障造成互感器誤差超差、電能表故障引起不計(jì)或少計(jì)電量，互感器二次回路故障引起少計(jì)或不計(jì)電量等情況。近年來(lái)河北省南部電網(wǎng)(簡(jiǎn)稱“河北南網(wǎng)”)發(fā)生的計(jì)量故障主要有兩類：一類為計(jì)量互感器(尤其是電容式電壓互感器)故障引起互感器本體誤差變化，造成電量計(jì)量差錯(cuò)；另一類為互感器二次回路故障，如電壓互感器二次保險(xiǎn)熔斷、電壓互感器二次電壓切換繼電器接觸不良等引起電量差錯(cuò)，以上2種故障占河北南網(wǎng)計(jì)量故障原因的90%以上。以下通過(guò)典型案例就2種類型故障進(jìn)行分析。

2 二次電壓回路故障

互感器二次回路故障引起的電能計(jì)量裝置故障多為電壓回路故障，電流回路及電能表本體故障比較少見(jiàn)。二次電壓回路自電壓互感器二次端子箱、二次保險(xiǎn)(或空氣開(kāi)關(guān))、二次電纜、電能表屏經(jīng)電壓切換繼電器分別接入不同的電能表。由于電能表電壓回路經(jīng)過(guò)的中間環(huán)節(jié)較多，造成經(jīng)常發(fā)生二次保險(xiǎn)接觸不良、保險(xiǎn)熔斷以及電壓切換繼電器接觸不良等故障，造成電能表計(jì)量出現(xiàn)差錯(cuò)。

某電廠啟動(dòng)備用變壓器、出線1計(jì)量點(diǎn)電能表電壓取自I母電壓互感器，出線2、主變壓器計(jì)量點(diǎn)電能表電壓取自II母電壓互感器。2011年8月16日-19日母線平衡不正常，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 某電廠母線平衡數(shù)據(jù) ×106kWh

注：1.+A，表示正向有功，流出母線；-A表示負(fù)向有功，流進(jìn)母線。2.母線平衡率計(jì)算公式為：母線平衡率(%)=[(“啟備變-A” +“出線1-A”+ “出線2-A”+ “主變-A”)-(“啟備變+A” +“出線1+A”+ “出線2+A”+ “主變+A”)]/[(“啟備變-A” +“出線1-A”+ “出線2-A”+ “主變-A”)]×100%。

發(fā)現(xiàn)該廠母線平衡率不正常后，查看相關(guān)互感器、電能表誤差及電能表運(yùn)行參數(shù)。資料顯示互感器及電能表誤差均正常，與運(yùn)行參數(shù)一致，但主變壓器計(jì)量點(diǎn)電能表電壓運(yùn)行參數(shù)不正常，并測(cè)試該計(jì)量點(diǎn)的電壓參數(shù)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

主變壓器計(jì)量點(diǎn)V相電壓相對(duì)于出線2的V相計(jì)量點(diǎn)電壓誤差：

表2 主變壓器計(jì)量點(diǎn)電壓參數(shù) V

(58.1-60.2)/60.2×100%=-3.488%

引起主變壓器計(jì)量點(diǎn)電壓產(chǎn)生的誤差=-3.488%/3= -1.162%。

可見(jiàn)由于主變壓器計(jì)量點(diǎn)V相電壓引起的誤差與母線平衡率數(shù)據(jù)基本吻合，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查找故障點(diǎn)確認(rèn)由于計(jì)量屏主變壓器計(jì)量點(diǎn)電壓切換繼電器觸點(diǎn)接觸不良造成了V相電壓偏低。經(jīng)該廠更換電壓切換繼電器后主變壓器計(jì)量點(diǎn)V相電壓及母線平衡率恢復(fù)正常。

3 電壓互感器引起計(jì)量裝置故障

3.1 電容芯子壓緊系數(shù)變化

分壓電容器內(nèi)部如發(fā)生問(wèn)題，將直接影響電容器的分壓比，從而影響到CVT誤差變化。如在某電廠關(guān)口計(jì)量互感器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)多臺(tái)CVT誤差數(shù)據(jù)與出廠報(bào)告值存在較大偏離，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分壓電容數(shù)值發(fā)生明顯變化。經(jīng)返廠解體發(fā)現(xiàn)CVT內(nèi)部固定扎帶已斷開(kāi)，連接紙板斷裂，電容芯子壓緊系數(shù)發(fā)生改變，從而造成分壓電容變化和誤差變化。電容芯子壓緊系數(shù)變化引起的電容變化量見(jiàn)表3，誤差變化見(jiàn)表4。

表3 電容測(cè)量值變化量 pF

注：差值=返廠復(fù)測(cè)電容量-原報(bào)告電容量。

表4 誤差變化

注：產(chǎn)品負(fù)載0.2級(jí)為15 VA、0.5級(jí)為120 VA。

CVT在設(shè)計(jì)時(shí) 、 內(nèi)部電容芯子都有相應(yīng)的壓緊系數(shù)，如存在設(shè)計(jì)、制造工藝等缺陷，分壓器內(nèi)電容芯子由于運(yùn)輸?shù)韧饬ψ饔帽黄茐模娙菪咀訅壕o系數(shù)將改變，從而造成電容分壓器分壓比變化，從而影響CVT測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3.2 內(nèi)部元件擊穿

電容分壓器內(nèi)部部分電容芯子在運(yùn)行中發(fā)生擊穿，也將造成電容分壓器分壓比變化，從而造成CVT誤差變化。

某電廠TYD500/-0.005H型號(hào)，500 kV CVT在現(xiàn)場(chǎng)誤差測(cè)試中發(fā)現(xiàn)U、V相CVT比差值為+0.8%，角差數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。經(jīng)返廠解體查找故障原因?yàn)椋篣、V相CVT分壓器高壓電容4個(gè)電容元件發(fā)生擊穿，導(dǎo)致電容變大，分壓比變小，從而造成誤差比值嚴(yán)重超差。

表5 誤差數(shù)據(jù)

4 互感器超差引起的電量追補(bǔ)

2007頒布的JJG 1021-2007《電力互感器檢定規(guī)程》替代原JJG 314-1994《測(cè)量電壓互感器檢定規(guī)程》后，關(guān)口計(jì)量電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)檢定存在新舊規(guī)程交替的執(zhí)行問(wèn)題。最為典型的是同一臺(tái)產(chǎn)品在執(zhí)行JJG 314-1994時(shí)，早期投運(yùn)的關(guān)口計(jì)量電壓互感器檢定誤差合格，但執(zhí)行JJG 1021-2007時(shí)，由于新檢定規(guī)程要求更為嚴(yán)格，則可能會(huì)出現(xiàn)不合格的情況。下面通過(guò)案例對(duì)此類問(wèn)題進(jìn)行分析。

某電廠出線關(guān)口計(jì)量500 kV電壓互感器額定二次負(fù)荷為300 VA(計(jì)量)，300 VA(測(cè)量)，計(jì)量繞組準(zhǔn)確度等級(jí)0.2級(jí)。依據(jù)JJG 314-1994，2007年2月1日關(guān)口計(jì)量電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)誤差檢驗(yàn)數(shù)值合格。依據(jù)JJG 1021-2007，2009年3月5日及2010年5月12日對(duì)該互感器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)誤差檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果不合格，需進(jìn)行電量追補(bǔ)(5月12日互感器進(jìn)行了更換)。

4.1 追補(bǔ)時(shí)段劃分

由于2007年2月1日前執(zhí)行JJG 314-1994，且互感器誤差合格，電量正常不進(jìn)行追補(bǔ)。新規(guī)程執(zhí)行時(shí)間為2007年2月28日，故涉及電量異常的時(shí)間段為2007年2月28日至2010年5月12日。

4.2 電量計(jì)算

2007年2月28日0點(diǎn)電量底碼：正向有功電量4 071.979 kWh。2009年3月5日0點(diǎn)電量底碼：正向有功電量5 225.372 kWh。2010年5月12日0點(diǎn)電量底碼：正向有功電量5 930.949 kWh。電壓互感器變比為500 000 V/100 V，電流互感器變比為1 200 A/1 A，倍率為：6 000 000。

依據(jù)國(guó)網(wǎng)公司生產(chǎn)運(yùn)行部頒發(fā)的《電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書》附錄B中有關(guān)電能計(jì)量裝置合成誤差的計(jì)算方法，來(lái)確定電壓互感器的合成誤差。因正常狀態(tài)下三相負(fù)載平衡，功率因數(shù)接近1，角差引起誤差分量為0。故引起電量誤差的因素僅考慮比差引起的誤差分量，其值取電壓互感器2.5VA(接近實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷)、額定電壓狀態(tài)下，U、V、W三相誤差值平均值。

2009年3月5日互感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平均值誤差：

e1=(0.392%+0.375%+0.423%)÷3=0.396%。

2010年5月12日互感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平均誤差：

e2=(0.395%+0.380%+0.428%)÷3=0.401%。

2007年2月28日至2009年3月5日累計(jì)電量：

A1=(5 225.372 kWh-4 071.979 kWh)×6 000 000=69.203 58億kWh。

2009年3月5日至2010年5月12日累計(jì)電量：

A2=(5 930.949 kWh-5 225.372 kWh)×6 000 000=42.334 62億kWh。

依據(jù)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》退補(bǔ)時(shí)間分為兩段，第一段自2007年2月28日至2009年3月5日的1/2時(shí)間，第二段為2009年3月5日至2010年5月12日誤差更正之日全部時(shí)間。

Q1=A1×e1×0.5+A2×e2

Q1=6 920 358 000 kWh×0.396%×0.5+4 233 462 000 kWh×0.401%=286.784 946萬(wàn)kWh。

5 結(jié)論及建議

關(guān)口電能計(jì)量裝置故障直接關(guān)系到電量貿(mào)易的公平、公正。同時(shí)由于新舊規(guī)程交替，當(dāng)計(jì)量裝置故障與新舊規(guī)程交替同時(shí)發(fā)生，將引起電量計(jì)算的復(fù)雜問(wèn)題。在電能計(jì)量裝置故障檢查處理中應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

a.在計(jì)量裝置日常檢測(cè)、運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注互感器誤差、互感器二次回路、電能表等運(yùn)行參數(shù)是否正常，并利用有關(guān)母線平衡率、線損平衡率等手段進(jìn)行綜合分析判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理。

b.在進(jìn)行新舊規(guī)程交替中，涉及電量追補(bǔ)計(jì)算時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，依法做好電量追補(bǔ)時(shí)間段的劃分，保證電量追補(bǔ)的公平、公正。

[1] GB/T 4703-2001，電容式電壓互感器[S].

[2] JJG 1021-2007，電力互感器[S].

[3] 生產(chǎn)輸電[2003]21號(hào)，電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書[S].

[4] 邱關(guān)源.電路[M].4版.北京：高等教育出版社，1999.

[5] 凌子恕.高壓互感器技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

本文責(zé)任編輯：王洪娟