220 kV 母線電量不平衡率異常分析

田雨辰，郭安寧，周博曦

（1.國(guó)網(wǎng)山東濟(jì)南市章丘區(qū)供電公司，山東 濟(jì)南 250200；2.國(guó)網(wǎng)山東送變電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250011；3 山東電力高等?？茖W(xué)校，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

廠站母線電量不平衡率是衡量電量供入供出是否正常的技術(shù)指標(biāo)，是站內(nèi)電量損耗的直觀體現(xiàn)，廠站母線電量不平衡率的異常分析是線損工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容［1-2］。某電廠2012 年因母線電量不平衡率超標(biāo)造成電能損失約4 000 萬(wàn)kWh，按工業(yè)用電0.670 元／kWh 計(jì)算，折合人民幣3 150 余萬(wàn)元。因此，對(duì)廠站存在母線電量不平衡率超標(biāo)情況進(jìn)行分析，查出異常原因，及時(shí)排除故障，保證計(jì)量系統(tǒng)正常運(yùn)行已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。

基于母線電量平衡分析法基本原理，結(jié)合電能計(jì)量管理工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某電廠母線電量不平衡率異常的原因進(jìn)行了分析，排除了引起電廠母線電量不平衡的5 類常見(jiàn)原因，并最終鎖定故障原因?yàn)槿嗳€計(jì)量裝置與三相四線計(jì)量裝置組合計(jì)量，提出了將該電廠三相三線計(jì)量裝置更換為三相四線計(jì)量裝置的解決措施。所給出的解決措施能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電廠電量不平衡率的有效控制，實(shí)現(xiàn)計(jì)量表計(jì)準(zhǔn)確、公正、可靠運(yùn)行。

1 電廠接線方式

某電廠220 kV 側(cè)采用中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式，為三相四線制系統(tǒng)。2012 年2 月，對(duì)該電廠220 kV 升壓站進(jìn)行改造，電廠改造前、后的系統(tǒng)接線方式分別如圖1—2 所示。

改造前，電廠8 號(hào)機(jī)組主變壓器通過(guò)匯流母線分別給分袁線、分白線、分下線以及3 號(hào)啟動(dòng)備用變壓器、4 號(hào)啟動(dòng)備用變壓器進(jìn)行供電，各進(jìn)出線均采用三相三線計(jì)量方式；9 號(hào)機(jī)組單獨(dú)給分大線供電，采用三相四線計(jì)量方式。改造前8 號(hào)機(jī)組主變壓器與9 號(hào)機(jī)組主變壓器2 套系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行、互不干擾。將9 號(hào)機(jī)組主變壓器高壓側(cè)和分大線分別接入220 kV I 段母線延伸段進(jìn)行改造，并保持原有的計(jì)量方式。

改造后母線電量不平衡率由改造前的0.02%上升到1.00%左右。改造前后各計(jì)量裝置計(jì)量方式分別如表1—2 所示。

圖1 電廠升壓站改造前220 kV 側(cè)一次線路

圖2 電廠升壓站改造后220 kV 側(cè)一次線路

表1 改造前各計(jì)量裝置計(jì)量方式

2 電廠母線不平衡率異常原因分析

2.1 常見(jiàn)因素分析

造成母線不平衡率異常因素有很多，常見(jiàn)因素包括：1）計(jì)量裝置單體誤差超差；2）計(jì)量裝置接線錯(cuò)誤；3）TV 二次壓降不合格；4）TV／TA 二次負(fù)荷不合理；5）計(jì)量方式不合理等5 大類［3-4］。為排查出確切因素，對(duì)計(jì)量裝置單體包括TA、TV、電能表等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、分析，各計(jì)量單體的分析結(jié)果如表3 所示。由表3 可知，上述5 種常見(jiàn)因素均可排除。

表2 改造后各計(jì)量裝置計(jì)量方式

表3 電廠計(jì)量單體現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

2.2 計(jì)量方式分析

2.2.1 計(jì)量原理

根據(jù)DL／T 448—2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》要求，中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式屬于三相四線系統(tǒng)，應(yīng)采用三相四線方式計(jì)量［5］。通常三相三線計(jì)量方式應(yīng)用于三相三線制等三相負(fù)荷平衡系統(tǒng)，當(dāng)應(yīng)用于三相四線制系統(tǒng)時(shí)，由于三相四線制系統(tǒng)中性線電流通常不為零，會(huì)存在一個(gè)由中性線電流引起的電能誤差，且負(fù)荷不平衡越嚴(yán)重，采用三相三線計(jì)量方式造成的電能計(jì)量誤差越大。

當(dāng)采用三相四線計(jì)量方式時(shí)，其電能計(jì)算公式為

當(dāng)采用三相三線計(jì)量方式時(shí)，其電能計(jì)算公式［6-7］為

由式（1）和式（2）可知，三相三線計(jì)量方式只計(jì)量了回路1、2 的電能，而三相四線計(jì)量方式計(jì)量了完整的3 個(gè)回路的電能。正常情況下，系統(tǒng)在三相對(duì)稱時(shí)，中性線電流IN=0，此時(shí)采用三相三線計(jì)量不存在問(wèn)題。然而，系統(tǒng)在不對(duì)稱運(yùn)行狀況下將出現(xiàn)零序電流，如電力變壓器三相運(yùn)行參數(shù)不同、電力系統(tǒng)中有接地故障、單相重合閘過(guò)程中的兩相運(yùn)行、三相重合閘和手動(dòng)合閘時(shí)斷路器三相不同期投入、空載投入變壓器時(shí)三相的勵(lì)磁涌流不相等，此時(shí)中性線IN≠0，采用三相三線計(jì)量方式將使得中性線上流過(guò)的電能量發(fā)生損失。

2.2.2 電廠計(jì)量方式分析

該廠站分大線有大臺(tái)與下蒲2 條分支線路，主要給電氣化鐵路供電，其負(fù)荷特性通常為三相不對(duì)稱，并且具有非線性和沖擊性的特點(diǎn)，其中性線常存在零序電流。圖3—4 分別為大臺(tái)220 kV 電鐵2 線（電鐵指給電氣化鐵路供電的供電線路）、下蒲220 kV電鐵2 線的電流曲線；圖5—6 分別為分大線、分下線三相電流不平衡率曲線。

圖3 大臺(tái)220 kV 電鐵2 線電流曲線

由圖5—6 可知，分大線負(fù)荷電流不平衡，此時(shí)，回路3 的電能不為零，這樣使得三相三線計(jì)量方式和三相四線計(jì)量方式計(jì)量的電能量不相等。升壓站改造后，假設(shè)9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)和分大線也采用三相三線計(jì)量方式，即全三相三線計(jì)量方法，對(duì)比分析全三相三線計(jì)量方式與實(shí)際的混合計(jì)量方式下的母線電量不平衡率?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得到了分大線和9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)的電壓、電流以及電壓和電流之間的相位角，可知9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)和分大線的零序回路有功功率，如表4 所示。以此作為月平均功率得到該電廠9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)與分大線零序電能。而改造后母線電量不平衡率如表5 所示。

圖4 下蒲220 kV 電鐵2 線電流曲線

圖5 分大線三相電流不平衡率曲線

圖6 分下線三相電流不平衡率曲線

表4 電廠9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)與分大線零序電能

表5 改造后母線電量不平衡率對(duì)比

根據(jù)以上分析，分大線和9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)零序回路電量的計(jì)量造成了該月母線電量不平衡率的上升，同理可以得到其他月份類似的結(jié)果。

綜上所述，9 號(hào)主變壓器高壓側(cè)與分大線為三相四線計(jì)量方式，其他間隔為三相三線計(jì)量方式，這種特殊的電能計(jì)量方式組合造成了改造后母線電量不平衡率增大。隨著大量電氣化鐵路如滬昆鐵路的興建與應(yīng)用，電鐵負(fù)荷越來(lái)越大，負(fù)荷不平衡程度越來(lái)越嚴(yán)重，為降低母線不平衡率造成的損失，需將該電廠220 kV 側(cè)所有的三相三線計(jì)量裝置更換為三相四線計(jì)量裝置，同時(shí)應(yīng)對(duì)負(fù)荷零序電流和負(fù)序電流造成的發(fā)電機(jī)和主變壓器損耗進(jìn)行分析。

3 結(jié)語(yǔ)

母線電量平衡分析法是確定變電站計(jì)量差錯(cuò)的一種有效方法。分析了220 kV 母線電量不平衡率異常產(chǎn)生的原因和后果，并提出了相應(yīng)的計(jì)量方案修改和完善措施，有效地降低了母線的不平衡電流。所提方案在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行已運(yùn)行1 年多時(shí)間，未發(fā)生電能計(jì)量誤差超差事件，證明了該方案的正確性。

母線電量不平衡率異常分析是一項(xiàng)邏輯性較強(qiáng)，對(duì)計(jì)量對(duì)象運(yùn)行熟知程度要求較高，將來(lái)要繼續(xù)開(kāi)展以下工作：應(yīng)結(jié)合電能表、裝置接線、電流互感器、電壓互感器、二次回路等多方面分析母線電能不平衡問(wèn)題，綜合處理；根據(jù)負(fù)荷情況，合理地選擇電流互感器的變比和額定二次容量，同時(shí)應(yīng)保證二次負(fù)荷不超載；積極開(kāi)展老變電所、就地生涯的變電所或者是改造的變電所互感器二次負(fù)荷在線測(cè)試，電流、電壓回路二次負(fù)荷對(duì)電能平衡的影響更大些，應(yīng)著重考慮二次回路的阻抗、電壓降等因素。