非線性負(fù)荷電能表的研制與應(yīng)用

門浩

【摘要】110kv2#站6kv側(cè)電能表出現(xiàn)電量少計(jì)的現(xiàn)象，其中15號(hào)變的電量少計(jì)現(xiàn)象最為明顯，具體表現(xiàn)為110kv2#站對(duì)應(yīng)的14條6kv出線電能表所計(jì)量的電量總和要明顯少于110kv側(cè)國(guó)網(wǎng)安裝的電能表中所計(jì)電量。在排除電量采集器的故障影響之后，6kv側(cè)仍然有月平均14%的電量被少計(jì)。在出現(xiàn)電量少計(jì)異常后，用電科曾通過校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)CT，更換表計(jì)、更換CT來排除CT及電能表自身故障的影響，并采取現(xiàn)場(chǎng)直接抄表的方式來避開采集系統(tǒng)的影響，但發(fā)現(xiàn)電量明顯少計(jì)現(xiàn)象仍然存在，初步判斷有可能是現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷特性等因素對(duì)電能表計(jì)量造成了影響。

【關(guān)鍵詞】供電站;計(jì)量分析;穩(wěn)定

1、異常分析

1.1考察方式

經(jīng)過調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)裝有堆料機(jī)、取料機(jī)、皮帶機(jī)、裝船機(jī)、翻車機(jī)等大功率重負(fù)荷，以及變頻器、消諧器、電容器等配套設(shè)備，為考察這些負(fù)荷對(duì)電能表計(jì)量的影響，技術(shù)人員采用分析儀對(duì)2號(hào)站12條6kv出線（其余2條線路為輔區(qū)供電，負(fù)荷性質(zhì)單一且電量不大，故未采集數(shù)據(jù)）以及110kv母線側(cè)的負(fù)載進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測(cè)，并記錄了各線路負(fù)載的電壓、電流、功率、功率因數(shù)及諧波等指標(biāo)的變化曲線數(shù)據(jù)，以期能判斷出負(fù)荷類型及對(duì)電能表計(jì)量可能造成的影響。

1.2數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過對(duì)12條出線負(fù)荷的連續(xù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）沖擊性負(fù)荷明顯

從監(jiān)測(cè)的功率數(shù)據(jù)來看，15號(hào)變1、15號(hào)變2以及7號(hào)變1負(fù)荷沖擊性特點(diǎn)最為明顯，即電流及功率在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了大幅度劇烈的變化。拿15號(hào)變2舉例，15號(hào)變2出線的有功功率在10分鐘內(nèi)發(fā)生了五次突然升高，最大能從二次側(cè)25W左右升高到200W，每次持續(xù)時(shí)間在5秒以內(nèi)，高峰段大約1到2秒。15號(hào)變2出線10分鐘內(nèi)的電壓與電流有效值變化曲線，從中可以看出，電流也出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的短時(shí)沖擊性變化，而每次沖擊電流發(fā)生時(shí)，電壓出現(xiàn)2%到3%左右的跌落。三相電壓發(fā)生過多次超過2%的跌落，但對(duì)應(yīng)的15號(hào)變2出線電流卻沒有發(fā)生明顯變化，這說明此時(shí)并聯(lián)在母線上的其他線路也在發(fā)生電流沖擊現(xiàn)象，而從電壓曲線的跌落次數(shù)來看，整個(gè)2號(hào)站出線發(fā)生的負(fù)荷沖擊次數(shù)和幅度要遠(yuǎn)多于我們測(cè)量到的數(shù)字。電壓出現(xiàn)過大于5%的跌落，而對(duì)應(yīng)時(shí)刻的7號(hào)變1出線電流卻沒有明顯的變化，這說明此時(shí)其他出線中在發(fā)生電流沖擊現(xiàn)象，且沖擊幅度約為2倍的（15號(hào)變2）最大沖擊電流。

因此，從上述分析可知，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷呈現(xiàn)較大負(fù)荷的短時(shí)沖擊性特點(diǎn)，且發(fā)生次數(shù)要遠(yuǎn)多于我們測(cè)量的結(jié)果。

（2）諧波含量不高

通過對(duì)12條出線的諧波電壓總畸變率與諧波電流總畸變率的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電壓諧波并沒有超標(biāo)，而電流諧波除了在沖擊性電流出現(xiàn)時(shí)瞬間達(dá)到了55%，其他時(shí)候都基本滿足限值要求，不至于會(huì)造成10%以上的計(jì)量誤差。

（3）110kv進(jìn)線側(cè)負(fù)荷穩(wěn)定

110kv進(jìn)線側(cè)安裝的是蘭吉爾進(jìn)口電能表，由國(guó)網(wǎng)與秦港電力公司的結(jié)算表，為研究該表是否也同樣受到動(dòng)態(tài)、沖擊負(fù)荷的影響，造成自身的不準(zhǔn)確，我們對(duì)110kv進(jìn)線側(cè)的電流有效值變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。110kv進(jìn)線側(cè)的電流變化波動(dòng)較小，這說明進(jìn)線端電能表并沒有面臨出線端電能表同樣嚴(yán)重的問題。這可能是由于經(jīng)過了一級(jí)變壓器，變壓器自身帶有濾波和穩(wěn)定負(fù)荷作用的原因。因此，110kv側(cè)電能表應(yīng)該是準(zhǔn)確的，而現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載更多影響了出線端的電能表精度。

2、初步解決方案

針對(duì)這種動(dòng)態(tài)、沖擊性特點(diǎn)較強(qiáng)的負(fù)荷，在15號(hào)變I段637和II段644這兩條線路試掛兩臺(tái)威思頓公司的沖擊性負(fù)荷電能表，試掛表串入原表的電流回路中，對(duì)兩周到一個(gè)月的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)比對(duì)相同時(shí)間內(nèi)原12條出線表與110kv進(jìn)線表的電量差異，以判斷該沖擊負(fù)荷是否為造成七公司計(jì)量異常的主要原因。

3、初步效果反饋

通過長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月比對(duì)分析后，試掛的新表所計(jì)電量與舊表相差不大，而電量少計(jì)問題依然存在。經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)分析與比對(duì)，最終將問題定位在110kn2#站15號(hào)變I段出線A，C兩相電流為180°夾角，呈嚴(yán)重三相不平衡狀態(tài)，按三相三線計(jì)量原理，在這種嚴(yán)重不平衡情況下，15號(hào)變I段電量將少計(jì)44%以上，這部分損失體現(xiàn)到2號(hào)站14個(gè)電能表電量之和上，理論上的總誤差將在14%左右。因此，要解決該問題，需要定位引起15號(hào)變I段出線嚴(yán)重三相不平衡的原因，查明是負(fù)荷側(cè)引起的還是15號(hào)變二次側(cè)柜內(nèi)線路問題。

4、解決過程

4.1 定位引起三相不平衡的原因

為查明是負(fù)荷側(cè)的原因還是柜內(nèi)接線問題，技術(shù)人員使用煙臺(tái)威思頓公司FLUKE 435電能質(zhì)量分析儀和我公司的JSD9002C三相電能表校驗(yàn)儀分別在2號(hào)站15號(hào)變I段出線（637），以及七公司現(xiàn)場(chǎng)變電所15號(hào)變I段進(jìn)線（601）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，不論現(xiàn)場(chǎng)是否投負(fù)荷，七公司601測(cè)點(diǎn)相序正常，而2號(hào)站637相序仍然呈現(xiàn)嚴(yán)重不平衡狀態(tài)。由于601和637分別位于同一條線路的兩端，中間沒有帶任何負(fù)載，因此可以推斷637的相序不平衡是由柜內(nèi)線路問題引起的，而非現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷。

4.2 柜內(nèi)異常排查

為找到637柜內(nèi)引起相序不平衡的原因，設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)：短路A相互感器，C相不變，若線路正常，電表顯示的A相電流將會(huì)比C相明顯減小;短路C相互感器，A相不變，若線路正常，電表顯示的C相電流將會(huì)比A相明顯減小;同時(shí)短路A，C兩相互感器，若線路正常，電表顯示的AC兩相電流將會(huì)明顯減小;結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅短路其中任意一相互感器，A，C兩相電流都基本沒有變化，還保持相等的情況，全部短路A，C互感器，則電表中顯示的A，C兩相電流明顯減小。這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明，A，C兩相互感器公共端接地出現(xiàn)了異常，導(dǎo)致A，C兩相電流互串。為進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)論，將A，C兩相互感器在接線盒處全部短路，測(cè)量接線盒互感器一側(cè)的電流相序，發(fā)現(xiàn)是正常的，從而斷定引起2號(hào)站計(jì)量異常的原因?yàn)?37柜內(nèi)接線盒電表側(cè)兩條電流出線接地不良的問題。

5、最終原因

通過上述排查過程，引起2號(hào)站計(jì)量異常的根本原因?yàn)?37柜內(nèi)接線盒處，互感器接地線因線路老化在接頭處出現(xiàn)了接觸電阻。由于電表內(nèi)部的電流互感器阻抗很小，僅有0.02Ω左右，接地側(cè)接觸電阻r只需要達(dá)到幾十歐姆（這種小電阻用萬用表檢測(cè)不到），即可導(dǎo)致A，C兩相互感器出來的電流ia，ic無法通過大地形成回路，而分流到其他相的互感器中，形成了異常相序，導(dǎo)致嚴(yán)重三相不平衡，從而引起三相三線計(jì)量要求的電流相序平衡基礎(chǔ)被打破，造成嚴(yán)重電量漏計(jì)。根據(jù)平行四邊形法則，當(dāng)C相電流流入A相，A相電流流入C相，電流反向疊加后形成的新的電流矢量，理論上疊加后的IA和IC正好是方向相反（180°相序），大小相等。該理論分析結(jié)論中所觀測(cè)到的實(shí)際異常相序基本一致，這也說明我們找到了引起637相序不平衡的根本原因。

結(jié)語：

根據(jù)以上分析，影響計(jì)量精度的是計(jì)量電表二次回路及導(dǎo)線的接觸電阻，但其它方面如PT二次壓降、電表的使用維護(hù)等方面也都需要重點(diǎn)關(guān)注，這樣才能提高計(jì)量準(zhǔn)確度，減少計(jì)量誤差，為港口發(fā)展提供好用電服務(wù)。

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