統(tǒng)計線損中出現(xiàn)負(fù)線損的原因分析

戴春怡，劉高原

(國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

統(tǒng)計線損中出現(xiàn)負(fù)線損的原因分析

戴春怡，劉高原

(國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

研究負(fù)線損發(fā)生的原因及其對策是進一步提高線損統(tǒng)計工作質(zhì)量的重要課題。通過對電網(wǎng)電能計量系統(tǒng)涉及影響計量準(zhǔn)確度因素的分析，可針對性地減少目前存在影響電能計量準(zhǔn)確度和負(fù)線損問題。經(jīng)過研究分析結(jié)果表明：在理論線損值較小和線路負(fù)荷很小情況下，實際運行中客觀存在的負(fù)線損情況有其合理性。

負(fù)線損；互感器準(zhǔn)確度；電容式壓變特性

在線損統(tǒng)計分析中經(jīng)常會遇到負(fù)線損問題，即受電側(cè)的電量大于供電側(cè)電量。這從理論上講是不應(yīng)存在的，可是在電網(wǎng)線損統(tǒng)計中仍有大量的負(fù)線損現(xiàn)象，通過對負(fù)線損線路兩端電能表的計量準(zhǔn)確度校驗，可以排除電能表準(zhǔn)確度帶來的影響。另外，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)在小負(fù)荷情況下也有較多的負(fù)線損現(xiàn)象發(fā)生。為此國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司根據(jù)近兩年電能采集系統(tǒng)平臺的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對電能表準(zhǔn)確度合理情況下的負(fù)線損現(xiàn)象進行了分析探討。

1 影響線損計量準(zhǔn)確度的因素

通常認(rèn)為影響電能計量準(zhǔn)確度的原因就是電能表的計量準(zhǔn)確度。這在低壓供電用戶負(fù)載端是正確的，因為負(fù)荷通過電能表直接輸出，影響電能計量準(zhǔn)確性的只有電能表本體的計量準(zhǔn)確度。但在電網(wǎng)系統(tǒng)中，電能表無法與高壓側(cè)直接相連，而要通過電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)和二次回路與電能表相連。因此，影響電能計量準(zhǔn)確度就不僅有電能表本身的準(zhǔn)確度，還有PT、CT的準(zhǔn)確度，二次回路壓降3個因素。一般情況下認(rèn)為，PT和CT的準(zhǔn)確度是符合要求的，二次回路壓降也符合要求，但實際情況未必如此。

2 電流互感器(CT)非線性的影響

電流互感器在實際應(yīng)用中存在傳導(dǎo)誤差。這一方面是由于電磁鐵心固有性能的特點，另一方面是受制造過程中加工工藝限制，使得互感器的二次電流總無法完全準(zhǔn)確反映一次電流。以電流互感器的測量準(zhǔn)確級來表示二次電流真實反映一次電流的程度。

電流互感器測量準(zhǔn)確度是在負(fù)荷范圍20%～120%前提下保證測量準(zhǔn)確度，超出該負(fù)荷范圍時測量誤差將增大，負(fù)荷越小超出測量結(jié)果越大。小負(fù)荷準(zhǔn)確度超差主要因素是鐵心的磁滯效應(yīng)，測量準(zhǔn)確度全部呈現(xiàn)負(fù)誤差特點；當(dāng)負(fù)荷電流大于120%時CT鐵心將趨于飽和狀態(tài)，測量結(jié)果也呈現(xiàn)負(fù)誤差特點，故電流互感器保證測量準(zhǔn)確度的工作范圍在20%～120%，超出此范圍將呈現(xiàn)負(fù)超差。CT特性曲線見圖1。

圖1 電流互感器測量次級特性曲線

圖1曲線表明了CT傳導(dǎo)的變化趨勢，因此選擇CT工作量程范圍對計量準(zhǔn)確性影響很大。合理選擇量程可以避免此類技術(shù)線損的發(fā)生。

CT參數(shù)表明，帶S級的CT測量準(zhǔn)確度量程明顯要大于非S級，即便如此，對于小于20%負(fù)荷也超出了標(biāo)稱準(zhǔn)確級，只是相對較小而已，從提高全量程范圍計量準(zhǔn)確度而言電能計量應(yīng)優(yōu)選S級互感器。鑒于目前電流互感器大部分為不帶S級，故小負(fù)荷情況下測量準(zhǔn)確度較差。

表1 220 kV 1～4段母線電壓和電流實測值(全部并聯(lián)運行)

3 二端CT倍率不一致導(dǎo)致線損出現(xiàn)負(fù)值

實際運行中，線路二端的變比有很大一部分不能與CT變比取值一致，尤其在220 kV變電站35 kV出線中絕大部分都是供電側(cè)CT變比大于受電側(cè)CT變比。從國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司與供電公司35 kV線路小負(fù)荷線損發(fā)生負(fù)值統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，如果線路負(fù)荷大于5%，統(tǒng)計線損值基本正常。如果負(fù)荷小于5%，并且受電側(cè)CT變比小于供電側(cè)CT變比時將出現(xiàn)負(fù)線損，如果負(fù)荷進一步減小(小于1%)甚至?xí)霈F(xiàn)供電側(cè)電量為零而售電側(cè)有小電量的不合理情況。

現(xiàn)場進一步的論證可以用示波器測量二次回路電流波形予以證明。由于小負(fù)荷二次電流負(fù)荷工作在CT起始非線性段，二次電流波形均呈現(xiàn)非正弦波的尖脈沖形狀。

4 電壓互感器PT負(fù)載率影響

電壓互感器目前分為電磁式和電容式。電磁式電壓互感器輸出電壓與負(fù)荷正相關(guān)呈現(xiàn)線性特征。但在220 kV采用的電容式壓變中，二次輸出電壓雖與負(fù)荷正相關(guān)，但小負(fù)荷情況下明顯電壓上翹。電磁式PT和電容式PT二次電壓輸出對比如圖2所示。

圖2 電磁式壓變和電容式壓變輸出特性

以國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司西郊站10月份對220 kV的1—4段PT現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為例；當(dāng)時1—4段母線均為合環(huán)運行，理論上4個PT的二次電壓應(yīng)該基本相同，誤差很小。但實際上電容式PT和電磁式PT之間電壓相差很大，如表1所示。

由表1可見，電容式PT在輕載情況下二次電壓相比電磁式PT要高出1.5%。因此，當(dāng)220 kV線路二端采用不同類型的PT，并且電容式PT二次回路電流較小情況下電能計量將產(chǎn)生較大的誤差，導(dǎo)致出現(xiàn)較大線損值。

如果供電側(cè)采用電磁式PT而售電側(cè)采用電容式PT，在線損值抵消不了PT正誤差情況下必然會出現(xiàn)負(fù)線損。反之測量的線損值要遠高于正常值。由于目前電能表大部分都采用輔助工作電源模式，電壓回路與自動化測控相同僅是采樣電流而無工作負(fù)載(電流)，二者在二次電壓回路上產(chǎn)生的電流極小，實質(zhì)上已為信號采集，電容式PT二次回路輕載成為目前較為普遍的現(xiàn)象，導(dǎo)致二次電壓偏高情況較多，也成為影響電能計量準(zhǔn)確性一大因素。

5 二次回路壓降影響

二次電壓回路壓降影響計量準(zhǔn)確性在過去一直是一個重要因素，過去感應(yīng)型電能表每相電流高達60～100 mA，加上其他測量儀表負(fù)荷，二次回路電流歷來較大(安培級)，以致導(dǎo)線電阻形成的較大壓降問題長期存在。按照技術(shù)要求，二次壓降不得大于0.2%， 由此二次電壓回路導(dǎo)線選擇都在16 mm2以上。但現(xiàn)在采用數(shù)字化電能表和電能表輔助故工作電源后二次回路電流近乎為零，故二次回路導(dǎo)線壓降近乎可以忽略，只存在因有接觸不好導(dǎo)致的二次回路壓降，從已有的二次回路壓降測試報告中可以明顯看到了這一變化趨勢。

6 電能表準(zhǔn)確度合理情況下線損值分布評估

目前，國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司考核電能表均采用0.5級電能表，其誤差范圍為±0.5%。根據(jù)廠家的說明，其誤差滿足正態(tài)分布(基本滿足概率密度函數(shù)X：N(0,0.252))。電能表準(zhǔn)確度誤差概率密度函數(shù)如圖3所示。

圖3 電度表測量誤差概率分布

根據(jù)國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院2016年對上海地區(qū)220kV線路的理論線損計算，其計算結(jié)果如表2所示。

表2 上海地區(qū)220 kV電網(wǎng)線損分布情況

220 kV理論線損的均值為0.11，根據(jù)統(tǒng)計可認(rèn)為理論線損率基本滿足正態(tài)分布Y：N(0.11,0.052)。線損概率密度函數(shù)如圖4所示。

圖4 理論線損誤差概率分布

實際線損綜合誤差Z=X+Y，X和Y相互獨立，可以根據(jù)概率理論，實際線損Z也滿足正態(tài)分布N(μ,σ2)，其均值為μ=0+0.11=0.11，標(biāo)準(zhǔn)差為σ2=0.252+0.052，其概率密度分布曲線如圖5所示。

圖5 考慮電能表精度的線損誤差概率分布

根據(jù)分析將Z轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布后，通過查表，可見實際線損小于0的理論概率為0.333 6。同時，對于線損落在(μ-2σ,μ+2σ)范圍內(nèi)均應(yīng)認(rèn)為合理，即只考慮電能表測量誤差的理論綜合線損落在(-0.40,0.62)范圍內(nèi)均為合理。如果加上電容式PT電壓偏高、小負(fù)荷、變比不一致等因素，實際線損值范圍將會更大一些。

國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司從2015年1月起在電能數(shù)據(jù)采集平臺完成全部220 kV線損自動統(tǒng)計，共計286條線路(不包括與電廠和供電公司線路)，線損合理率從92.78%提高至目前99.00%(電能采集系統(tǒng)以2%為標(biāo)準(zhǔn))以上。以2016年8月份220 kV線損值為例，線損值分布情況如表3所示。

表3 2016年8月檢修公司220 kV線路線損值分布

220 kV線路線損值分布概率如圖6所示。

圖6 2016年8月檢修公司220 kV實際線損值分布圖

從圖5和圖6對比可以看出，實測線損值的概率分布與理論計算值正態(tài)分布基本相符，線損均值為0.1%左右。

7 結(jié)語

(1)線損值的合理范圍應(yīng)根據(jù)不同電壓等級確定。由于電流造成的線損在不同電壓等級下所占的線損比重是不一樣的，應(yīng)根據(jù)不同電壓等級和供電半徑并結(jié)合電能表準(zhǔn)確度，應(yīng)用誤差正態(tài)分布原理確定線損值的合理范圍。如10 kV線路理論線損均值1%，考慮電能表(0.5級)系統(tǒng)計量誤差，負(fù)線損的發(fā)生是不可能和不合理的；220 kV理論線損均值為0.1%，則發(fā)生負(fù)線損的概率約有33%，二者完全不能在同一平臺進行比對。理論線損值和統(tǒng)計線損值既有聯(lián)系又有區(qū)別。

(2)合理選擇電流互感器和變比。為保證線損值的統(tǒng)計合理性，CT變比應(yīng)與運行負(fù)荷相匹配，避免大變比小負(fù)荷。CT測量準(zhǔn)確度宜優(yōu)選帶S級的0.5級電流互感器，線路二端變比宜統(tǒng)一，盡量減少小負(fù)荷情況下電能計量誤差帶來的線損值不確定性。

(3)低負(fù)荷線路線損的特異性。線路負(fù)載率低于5%，并且線路兩端互感器變比不一致導(dǎo)致線路兩端的CT工作在不同非線性段，線損值存在一定的特異性。但是，在線路兩端CT變比一致且線損值顯示合理的情況下，同時應(yīng)認(rèn)識到線路兩端的電能計量實際上仍是存在負(fù)偏差。應(yīng)認(rèn)識到帶S級的電流互感器和不帶S級的電流互感器由于線性程度不一，在同一條線路測量中仍將帶來較大的離散性，這將導(dǎo)致線損值的不確定。

(4)電容式PT二次回路應(yīng)配置合理負(fù)荷。面對電容式PT二次負(fù)荷急劇減少現(xiàn)象，應(yīng)合理增加二次負(fù)荷，使得PT工作在計量準(zhǔn)確度區(qū)域內(nèi)。研究配置電容式PT二次回路假負(fù)荷應(yīng)作為提高電能計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度工作日程上來。僅降低PT容量既不能避免當(dāng)前極輕載條件下帶來的PT電壓測量誤差，也給PT二次回路保護級差配合帶來困難。

(5)合理選擇電能表額定電流值。優(yōu)選四倍電能表(如1.5 A(6 A)或0.3 A(1.2 A))，提高電能表啟表靈敏度，保證較小負(fù)荷情況下電能表計量的準(zhǔn)確性。

(6)綜合分析系統(tǒng)誤差與具體設(shè)備問題關(guān)系。盡管統(tǒng)計線損值允許范圍較大，但對于具體線路，其理論線損值與實際測量應(yīng)符合負(fù)荷正態(tài)分布規(guī)律，因此針對每條線路應(yīng)配置兩端計量設(shè)備附設(shè)清單，便于結(jié)合線損值正態(tài)分布特征和計量回路設(shè)備具體情況，分析計量誤差原因。

在統(tǒng)計線損時應(yīng)區(qū)分普遍性和特殊性二類性質(zhì)，有針對性的采取不同解決方法，不斷提高電能計量準(zhǔn)確度和線損值統(tǒng)計的合理性。

(本文編輯：趙艷粉)

Cause Analysis of Negative Statistical Line Loss

DAI Chunyi, LIU Gaoyuan

(Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 200063, China)

Cause analysis and countermeasures research of negative line loss is an important subject to further improve the quality of line loss statistics work. The analysis of the factors influencing the measuring accuracy of grid electricity metering system can reduce the factors affecting metering accuracy and solve negative line loss problems. The research and analysis results show that the existence of negative line loss in operation has its rationality under the condition of the low theoretical line loss and small line load.

negative line loss; transformer accuracy; capacitor voltage transform characteristics

10.11973/dlyny201702027

戴春怡(1959—)，男，工程師，從事計量(直流專業(yè)管理工作)。

TM73

A

2095-1256(2017)02-0211-04

2017-01-05