關(guān)口電能表在低負(fù)載情況下產(chǎn)生計(jì)量誤差的分析

肖峰

(上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司，上海 201403)

0 引言

某調(diào)峰電廠裝有4套180MW的9E級(jí)雙軸燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組(每套機(jī)組由1臺(tái)120MW的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)及1臺(tái)60MW的蒸汽輪發(fā)電機(jī)組成)，共有4條220 kV線路供電量貿(mào)易結(jié)算，上網(wǎng)電量為4條線路有功功率之和，每條線路裝有2塊關(guān)口電度表，均為電力公司指定的表計(jì)。主表:0．2 S級(jí)澳大利亞EDMI公司電能表，二次電流為5 A;副表:0．2S級(jí)美國(guó)ABB公司電能表，二次電流為1 A。4條線路的電流互感器一次額定電流為1500A，二次額定電流為1A，電壓互感器變比為一次額定電壓為■220/3 kV，二次額定電壓為■0．1/3 kV。在正常情況下，該電廠220 kV母線采用雙母線雙分段運(yùn)行方式，4回線路兩進(jìn)兩出，廠用電通過(guò)2臺(tái)高壓?jiǎn)?dòng)/備用變壓器電源(以下簡(jiǎn)稱為高備變，容量為8000 kV·A，額定電壓為 230/6．3 kV，額定電流為20．08/733．1A)由系統(tǒng)提供，#1高備變供#1，#2機(jī)組，#2高備變供#3，#4機(jī)組。機(jī)組發(fā)電時(shí)，4條線路可同時(shí)往系統(tǒng)輸送電能，廠用電由汽機(jī)發(fā)電機(jī)提供。

1 存在的問(wèn)題

當(dāng)4套機(jī)組停運(yùn)且220 kV母線分段運(yùn)行時(shí)(即2條線路:#1，#2機(jī)組和#1高備變接在Ⅰ段母線上;#3，#4機(jī)組和#2高備變接在Ⅱ段母線上)，4條線路關(guān)口電能表的反向有功功率(即受進(jìn)電量)均無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量。另外，4套機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組上網(wǎng)電量低于實(shí)發(fā)電量，造成發(fā)電量結(jié)算的經(jīng)濟(jì)損失。

2 原因分析

為查找該電廠關(guān)口電能表在低負(fù)載運(yùn)行時(shí)計(jì)量不準(zhǔn)確的原因，需對(duì)影響電能表準(zhǔn)確計(jì)量的主要因素(電流互感器誤差、電壓互感器誤差、電壓互感器二次壓降、表計(jì)誤差)逐一進(jìn)行分析。電壓互感器(PT)誤差和PT二次壓降對(duì)計(jì)量的影響較小。由于220 kV系統(tǒng)的電壓和頻率受電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，PT參數(shù)長(zhǎng)期處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，根據(jù)周期校驗(yàn)PT均合格的現(xiàn)實(shí)情況判斷，PT誤差的影響不大。另外，PT二次回路電纜的截面面積均為4mm2，滿足相關(guān)要求，且定期測(cè)試結(jié)果也在合格范圍內(nèi)，因此，PT二次壓降也不是影響計(jì)量的主要原因。其次，對(duì)電流互感器(CT)和表計(jì)的特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了2個(gè)方面的問(wèn)題。

(1)小電流時(shí)，CT鐵芯材料磁導(dǎo)率很低，導(dǎo)致計(jì)量誤差比較大。另外，電流互感器把一次電流轉(zhuǎn)化成二次小電流供測(cè)量計(jì)量，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，互感器自身消耗一部分一次電流來(lái)激磁，且存在鐵芯漏磁的情況，這也會(huì)損耗一部分電能。因此，電流互感器的比值誤差為負(fù)值，電流越小負(fù)偏差越大。

(2)電力公司一般以主表計(jì)量為準(zhǔn)，而主表的二次電流為5A，遠(yuǎn)大于副表的二次電流1 A。在線路側(cè)負(fù)載較小時(shí)，主、副表的CT二次側(cè)電流均有可能低于電能表的啟動(dòng)電流而無(wú)法計(jì)量，但副表相對(duì)主表稍顯靈敏。

由以上分析可見(jiàn)，CT二次電流過(guò)小和主表額定二次電流太小是造成該廠在低負(fù)載情況下關(guān)口電能表無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量的主要原因。

2．1 CT二次電流過(guò)小對(duì)電能表計(jì)量的影響

由于該電廠的調(diào)峰特點(diǎn)，機(jī)組長(zhǎng)期處于停用狀態(tài)，而停役期間全廠的廠用電量較小。以該廠2011年機(jī)組未運(yùn)行期間#2高備變?nèi)兆罡哂秒娏?7 632 kW·h為計(jì)算依據(jù)，線路CT變比為1 500/1，#2高備變由2條線路供電。因此，每條線路電度表的平均二次電流約為1．64mA，無(wú)法達(dá)到JJG 596—1999《電能表電子式檢定規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)表8中電能表啟動(dòng)電流的要求(0．001 Ib即5mA，Ib為主表的二次電流)。需要說(shuō)明的是:高備變電能計(jì)量點(diǎn)取自6 kV側(cè)，該計(jì)量點(diǎn)僅供參考，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量電廠的購(gòu)網(wǎng)廠用電，如#1機(jī)組發(fā)電，#2機(jī)組備用，當(dāng)#1機(jī)組發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電后，#1高備變的用電量即取自發(fā)電機(jī)自身發(fā)出的電能，此時(shí)#1高備變?nèi)栽诶奂与娏?無(wú)法區(qū)分是購(gòu)網(wǎng)廠用電量還是自身發(fā)出的電量)。

2．2 電能表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取5A和1A對(duì)計(jì)量的影響

主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取5 A時(shí)，根據(jù)《規(guī)程》表8中電能表啟動(dòng)電流的要求(0．001 Ib即5mA)，每條線路應(yīng)達(dá)到7．5A以上，即正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和大于4567．20 kW時(shí)，電能表方可計(jì)量(主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取1A時(shí)為913．44 kW)。

主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取5 A時(shí)，當(dāng)0．001 Ib≤I＜0．010 Ib，即二次電流為5～50mA 時(shí)，基本誤差較大，《規(guī)程》里未作說(shuō)明(此時(shí)正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和為4 567．20～45672．00 kW)。主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取1 A時(shí)，正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和為913．44～9134．40 kW。

主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取5 A時(shí)，根據(jù)《規(guī)程》表3中“經(jīng)互感器接通的電能表基本誤差限”規(guī)定:0．01 Ib≤I＜0．05 Ib，即二次電流為 50～250mA 時(shí)，基本誤差限為±0．4%(正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和為 45 672．00～228360．00 kW)。主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取1A時(shí)，正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和為9134．40～45672．00 kW。

主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取5 A時(shí)，根據(jù)《規(guī)程》表3中“經(jīng)互感器接通的電能表基本誤差限”規(guī)定:0．05 Ib≤I≤Imax(即二次電流大于等于250mA)時(shí)，基本誤差限為±0．2%(正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和大于等于228 360．00 kW)。主表二次側(cè)基準(zhǔn)電流取1A時(shí)，正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和大于等于45672．00 kW。

3 電廠實(shí)際計(jì)量誤差分析

在機(jī)組冷備用期間，由于負(fù)載較小，因此，表計(jì)二次側(cè)基準(zhǔn)電流取5A或1 A均無(wú)法達(dá)到線路關(guān)口電能表的啟動(dòng)電流，故無(wú)法計(jì)量電量。

機(jī)組在熱備用期間，由于輔機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中電流較大，特別是燃機(jī)的啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流可達(dá)1000A，因此，二次基準(zhǔn)電流為1A的表計(jì)將首先進(jìn)行計(jì)量，而5A的表計(jì)將比較遲鈍，不能計(jì)量或少計(jì)量。4條線路電能表在2011年8月16日發(fā)電期間的計(jì)量記錄如下:

#1主表吸進(jìn) 22．12 kW·h，副表吸進(jìn) 22．36 kW·h。

#2主表吸進(jìn) 22．42 kW·h，副表吸進(jìn) 22．75 kW·h。

#3主表吸進(jìn)222．05 kW·h，副表吸進(jìn)222．25 kW·h。

#4主表吸進(jìn)245．19 kW·h，副表吸進(jìn)245．45 kW·h。

以上數(shù)據(jù)表明，二次基準(zhǔn)電流為1 A的副表明顯比二次基準(zhǔn)電流為5 A的主表靈敏，更能準(zhǔn)確計(jì)量電廠的廠用電。

機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)，根據(jù)《規(guī)程》對(duì)電能表啟動(dòng)電流的要求(0．001 Ib即5mA)，計(jì)算出電廠正/副Ⅰ母線有功功率之和及正/副Ⅱ母線有功功率之和均大于或等于4567．20kW時(shí)電能表方可計(jì)量。因此，在燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)低負(fù)荷時(shí)(7～12MW)電能表將無(wú)法計(jì)量(如1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電功率為10MW，同母線上另一機(jī)組處于備用狀態(tài)，此時(shí)廠用電約7MW，實(shí)際發(fā)電功率為3 MW，達(dá)不到電能表啟動(dòng)電流對(duì)應(yīng)的4．5672MW有功功率)。需要說(shuō)明的是:機(jī)組冷、熱態(tài)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)有功功率達(dá)到7～12MW(計(jì)算時(shí)按10MW)所需時(shí)間均為10min，按照每天啟、停2條母線上各1套機(jī)組計(jì)算，電廠每天未計(jì)量上網(wǎng)電量約1MW·h，每月總計(jì)約30MW·h。

4條線路電能表在2011年8月16日發(fā)電期間的計(jì)量記錄如下:

#1主表輸出344．02 kW· h，副表輸出344．04 kW·h。

#2主表輸出343．13 kW·h，副表輸出343．14 kW·h。

#3主表輸出 91．05 kW· h，副表輸出 91．09 kW·h。

#4主表輸出 71．10 kW·h，副表輸出 71．15 kW·h。

以上數(shù)據(jù)表明二次基準(zhǔn)電流為1 A的副表明顯比二次基準(zhǔn)電流為5 A的主表靈敏，更能準(zhǔn)確計(jì)量電廠的廠用電量。

4 提高計(jì)量精度的方法及可行性

方案1:為提高電能表在低負(fù)載情況下的計(jì)量精度，線路關(guān)口電能表的二次側(cè)電流均選擇啟動(dòng)電流較小的1A表計(jì)。

此方案只需向電力公司申請(qǐng)更換表計(jì)即可。

方案2:為減小關(guān)口電能表在小電流運(yùn)行情況下的計(jì)量誤差，在條件允許的情況下，盡量縮短機(jī)組并網(wǎng)到關(guān)口電能表二次電流大于0．05 Ib的時(shí)間，以確保電能表的計(jì)量精度。

在對(duì)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化后，此方案的實(shí)施可縮短機(jī)組并網(wǎng)和至滿負(fù)荷的時(shí)間。

方案3:減小線路的CT變比。此方案雖能使關(guān)口電能表的啟動(dòng)電流減小，提高低負(fù)載時(shí)的計(jì)量精度，但根據(jù)“TA額定一次電流的確定，應(yīng)保證其在正常運(yùn)行中的實(shí)際負(fù)荷電流達(dá)到額定值的60%左右，至少應(yīng)不小于30%”的規(guī)定(DL/T 448—2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》)，結(jié)合電廠在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，每條線路的一次電流約為591．2 A，線路的CT變比為1 500/1，約為額定電流的39．4%，減小CT變比的效果不佳。

方案4:增加關(guān)口電能表的計(jì)量精度。此方案原理上可行，但目前電力公司沒(méi)有精度大于0．2 S級(jí)的關(guān)口電能表。

根據(jù)以上方案的研究分析，方案1和方案2是切實(shí)可行的辦法。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)關(guān)口電能表計(jì)量特性的研究，結(jié)合調(diào)峰發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)，通過(guò)更換合適的關(guān)口電能表和調(diào)整機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的帶負(fù)荷參數(shù)，可大幅度提高電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性，有效地防止了電廠與電力公司的貿(mào)易糾紛。

［1］DL/T 448—2000，電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程［S］．

［2］DL/T 5137—2001，電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］JJG 596—1999，電子式電能表檢定規(guī)程［S］．