電壓互感器二次壓降對電能計量的影響及其改造方法

1、電壓互感器二次壓降對電能計量的影響及其改造方法Improvement aga inst the Eff ect of Voltage2drop on SecondaryCircuit of Potential Transf ormer to the Mea surement of Electric Energy王濤WAN G Tao(廣西河池供電局 ,廣西 河池 547000)摘要 : 介紹了在電力系統(tǒng)中電壓互感器二次回路壓降的含義 ,產(chǎn)生二次壓降的原理 ,分析了造成二次壓降超差的原因 ,二次壓降對電能計量的影響 ,提出了對現(xiàn)有電壓互感器二次回路進行壓降改造的方法以及在今后的工作中如何避免 P

2、 T 二次回 路壓降超差的措施 。關(guān)鍵詞 : P T 二次壓降 ;電壓互感器 ;二次回路壓降 ;計量 ;電能表專用回路中圖分類號 : TM933 . 4 文獻標(biāo)識碼 : A 文章編號 : 1671 - 8380 (2004) 01 - 0014 - 04之間通過二次電纜連接 。在 P T 二次回路接線中 ,由于空氣開關(guān) 、熔斷器 、隔離刀閘輔助接點 、端子排 等的接觸電阻和二次回路連接電纜的自身電阻 ( 電抗) 的存在 ,當(dāng) P T 二次負(fù)荷電流通過回路時 , 勢必在二次回路中產(chǎn)生電壓降 ,使得 P T 二次側(cè)出線端 鈕處的電壓 U 2 大于二次回路末端電能表表頭端鈕 處的電壓 U2 。電壓互

3、感器二次回路接線一般如圖 1 所示 。1引言電能計量的綜合誤差主要由電能表 、電流互感器 、電壓互感器的計量誤差以及電壓互感器到電能表的電纜引線的電壓降等因素構(gòu)成 。過去電力部門 的電能計量工作的重點是放在減少電能表 、互感器 本身的誤差 ,保證電能表 、互感器的接線正確上 ,而忽視了電壓互感器二次回路壓降對計量誤差的影 響 。近幾年來 ,隨著電能表 、互感器生產(chǎn)技術(shù)的不斷 提高和成熟 ,由這部分裝置造成的誤差在電能計量 綜合誤 差 中 所 占 的 比 例 越 來 越 小 , 而 電 壓 互 感 器( P T) 二次壓降所造成的誤差也越發(fā)突顯出來 。為 了提高電能計量的準(zhǔn)確性 ,尋求減少 P

4、T 二次壓降 的措施并進行治理 ,已是目前電能計量的一項十分 重要的工作 。圖 1 電壓互感器二次回路接線圖P T 二次回路的負(fù)載一般有電能表 、電壓表 、功率表 、繼保裝置等 ,為了便于分析將其二次回路用等 效電路來表示 ,如圖 2 。P T 二次壓降的定義電壓互感器二次側(cè)出線端鈕到電能表表頭端鈕 之間的電壓幅值和相位角的損失 ,稱為電壓互感器 二次回路電壓降 ,簡稱 P T 二次壓降 。2圖中U P T 二次側(cè)出線端鈕處的電壓 ;2U2 電能表表頭端鈕處的電壓 ;I2 P T 二次回路電流 ;R r 二次導(dǎo)線電阻及各接點的接觸電阻 的等值電阻 ;R P T 二次負(fù)載電阻 ;X P T 二次

5、負(fù)載電抗 。P T 二次壓降產(chǎn)生的原因在電力系統(tǒng)中 ,發(fā)電廠 、變電站及大用戶的電能 計量裝置 P T 二次接線端至計量電能的電能表 ( 一 般裝在主控室的電度表盤上) 之間的距離較遠 ,它們3經(jīng)驗交流則二次回路壓降 U = U 2 - U2 = I2 R r =執(zhí)行電壓回路導(dǎo)線截面不小于 1 . 5 mm2 ,在實際應(yīng)用中普遍采用 1 . 5 mm2 敷設(shè) ,而不是按照回路所接 負(fù)載的大小及距離通過計算確定電纜截面 ,導(dǎo)致電 纜截面過小 ?？諝忾_關(guān) 、保險 、隔離刀閘的輔助接點和端子等接點處接觸電阻大 。傳統(tǒng)的 P T 二次回路 , 出于 安全的考慮 ,串接有空氣開關(guān) 、保險 、電壓互感器刀

6、 閘輔助接點等多個元件 ,并經(jīng)端子排 、電壓小母線多次轉(zhuǎn)接 ,在雙母線運行進行電壓切換時 ,又增加了切換繼電器的觸點 ,使得接點增加 。對 35 kV 及以上 電壓等級的電壓互感器 ,其端子箱 、隔離刀閘輔助接 點等大都在戶外 ,由于室外環(huán)境污染 ,氧化較嚴(yán)重 ,使得 P T 二次保險 、刀閘輔助接點及接線端子處的接觸電阻增大 ,二次回路電壓損失也增大 。保護 、測量 、計量共用一個 P T 二次回路 , 二 次負(fù)載容量大 。按現(xiàn)行運行方式 ,電壓互感器二次負(fù)載有繼電保護裝置 、測量儀表 、計量裝置等 ,它們并接在同一個 P T 二次回路上 ,導(dǎo)致負(fù)載容量增大 。 同時 ,原有的電能計量表多采

7、用單方向機械式電能 表 ,其電壓線圈功耗較大 ,功能單一 ,當(dāng)需要分別計 量正 、反向的有功和無功電量時 ,需要同時裝設(shè) 4 塊 機械電能表才能滿足計量要求 ,這也是導(dǎo)致二次負(fù) 載增加的重要原因 。負(fù)載容量增加 ,從而引起負(fù)載 電流增大 ,也使得二次回路的電壓損失增加 。 U 2 R r U 2 R r Z , 向量圖如圖 3 所示 。=R r +圖中R + j X R r +f r 電壓互感器二次回路壓降引起的比差 ;圖 2 電壓互感器二次回路等值電路圖 3 相量圖r 電壓互感器二次回路壓降引起的角差 。由壓降公式可知 , P T 二次壓降與導(dǎo)線電阻及回 路電流成正比 。減小 P T 二次壓

8、降的措施二次壓降產(chǎn)生的誤差始終是負(fù)誤差 ,誤差越大 , 供電部門受到的損失越嚴(yán)重 。因此 ,作為供電部門 , 必須給予高度的重視 ,及時進行改造 ,減小 P T 二次 壓降 ,提高計量準(zhǔn)確度 。從目前推出的改進方法看 ,可分為兩大類 :一是 采取安裝二次壓降補償儀的方法來提高回路末端電壓 ,包括定值補償 、電流跟蹤補償 、電壓跟蹤補償?shù)?;二是針對產(chǎn)生二次壓降的直接原因進行改造 ,通過 降低 P T 二次回路的電阻 ,減小負(fù)載電流來減少電壓損耗 。安裝二次壓降補償儀投資少 ,改造較方便 ,但由于缺少相關(guān)法規(guī)的支持 ,容易產(chǎn)生糾紛 ,因此我 局在進行改造時沒有采用這一方式 ,而是直接針對導(dǎo)致二次

9、壓降增加的各個環(huán)節(jié)進行改造 。采取的措施主要有以下幾個方面 。5 . 1選用多繞組的 P T對于新建或重新改造的電能計量裝置 ,選用帶 計量專用繞組且等級為 0 . 2 S 級的專用 P T 。其中0 . 2 S 級繞組作為電能計量專用二次繞組 , 接電能54造成二次壓降超差的主要原因DL / T448 2000電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程中規(guī)定 : , 類用于貿(mào)易結(jié)算的電能計量裝置中電壓互感器二次回路電壓降應(yīng)不大于其額定二次電壓 的 0 . 2 % ,其它電能計量裝置中電壓互感器二次回路電壓降應(yīng)不大于其額定二次電壓的 0 . 5 % 。但是我們在對多個變電站的測試中發(fā)現(xiàn) , P T 二次壓降超

10、差的現(xiàn)象不僅普遍存在 ,而且非常的嚴(yán)重 ,部分壓降測試值甚至超過規(guī)程規(guī)定的數(shù)值 510 倍 。造成二 次壓降超差的原因主要有以下幾個方面 :二次回路電纜長 、線徑小 。電壓互感器安裝位置和電能表安裝位置距離較遠 ,尤其是 35 kV 及 以上電壓等級的互感器多安裝在室外 ,與主控室內(nèi) 的電能表之間要經(jīng)過幾十米甚至上百米的二次電纜 連接 。雙母線運行單組 P T 投入的情況下 , 電壓切換更增加了回路長度 。90 年代以前建設(shè)的變電站 ,由于設(shè)計部門往往遵照電器儀表設(shè)計技術(shù)規(guī)程,表 ;0 . 5 級繞組作為測量繞組 ,接電壓表 、功率表等 ;其它輔助繞組接繼電保護回路 。5 . 2新設(shè)電能計量專

11、用 P T 二次回路重新敷設(shè)一條用于電能計量的專用 P T 二次回 路電纜 ,同時將電纜截面加大 。電纜截面 A ( mm2 ) 通過計算來確定 ,計算方法如 (1) 式 。用回路電纜直接拉到電度表盤 (屏 、柜) ,減少中間環(huán)節(jié) 。同時計量專用的電壓切換繼電器就安裝在電度 表盤上 ,更縮短了電壓切換時的回路電纜長度 。繼 電器選用 D Z - 32B 型 ,六常開接點 DC220 V 中間 繼電器 ,每兩個接點并聯(lián)后控制相電壓 ,以增加觸點容量 ,減小接觸電阻 。5 . 4 裝設(shè)電子式電能表電能計量專用 P T 二次回路中減少了測量儀表 和繼電保護裝置的功耗 ,負(fù)荷已經(jīng)有了較大的降低 , 但

12、機械式電能表產(chǎn)生的功耗仍然比較大 。為了解決 這一問題 ,我局將變電站內(nèi)使用的大量機械式電能 表更換為電子式電能表 。電子式電能表功能全 ,一 只表可以代替正向和反向有功表 、無功表 、最大需量 表 、失壓計時儀以及復(fù)費率表等 ,從而使接入電壓回 路的表計數(shù)量減少 ,同時電子式電能表輸入阻抗高 , 電壓線圈功耗小 ( 2 W) ,可使 P T 二次回路電流進 一步減小 。改造后的電能計量專用 P T 二次回路原理接線 圖如圖 4 所示 。電壓切換控制原理接線圖如圖 5 所示 。 1 . 2 KjL A = 1 . 2 KjL / ( R - R j )( 1)= U U 2r- R jS 2A

13、 電纜截面 , mm2 ;L P T 二次端子箱至電能表端子的導(dǎo)線 長度 , m ;銅導(dǎo)線電阻率 1 . 75 10 - 2 m ;Kj 接線系數(shù) , 三相四線式 Kj = 1 , 三相三線式 Kj = 3 , 單相接線 Kj = 2 ;U P T 二次壓降允許值 , , 計量 點不大于額定二次電壓的 0 . 2 % ,其它計量點不大于 0 . 5 % ;U r P T 二次額定電壓 , 三相三線為 100V , 三相四線為 57 . 7 V ;R j 二次導(dǎo)線的接觸電阻 , 約 0 . 05 ;S 2 P T 二次實際負(fù)載 , V A 。計算數(shù)值 A 后應(yīng)按相近的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 (2 . 5 mm

14、2 ,4 mm2 ,6 mm2 . . . ) 選取 ,例如算得數(shù)據(jù)為 4 . 9 mm2 , 可選 取 6 mm2 , 當(dāng) 數(shù) 值 2 . 5 mm2 時 應(yīng) 選 取 2 . 5 mm2 。5 . 3 減小接觸電阻盡量減少計量回路中不必要的接點 ,對于必不 可少的接點 ,盡量減小其接觸電阻 。電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程中規(guī)定 : 35 kV以上貿(mào)易結(jié)算用電能計量裝置中電壓互感器二次回 路 ,應(yīng)不裝設(shè)隔離開關(guān)輔助接點 ,但可裝設(shè)熔斷器 ;35 kV 及以下貿(mào)易結(jié)算用電能計量裝置中電壓互感器二次回路 ,應(yīng)不裝設(shè)隔離開關(guān)輔助接點和熔斷器 。 我局在實際操作中 ,所有改造的計量專用 P T 二次回路都

15、取消了隔離開關(guān)的輔助接點 ,考慮到二次回 路中發(fā)生短路故障時要保障 P T 的安全 ,保留了 P T二次保險 (熔斷器) 。二次保險由插式玻璃保險更換為圓筒帽型熔斷器 ,熔斷器接點隱藏在熔斷器外殼 內(nèi) ,以減緩保險接點處的氧化 。接線端子緊線螺絲全部使用平墊和彈簧墊以增大接觸點處的受力和接 觸面 ,減小接觸電阻 。取消小母線接線方式 ,計量專式中圖 4 電能計量專用 P T 二次回路原理圖圖 5 電壓切換控制回路原理接線圖當(dāng)母線分段開關(guān)及其兩側(cè)隔離刀閘均處于合閘位置時 ,將電壓切換開關(guān)打到合位 ,電壓切換繼電器動作 ,6 對常開接點合上實現(xiàn)兩段 P T 二次電壓并列 。如果 P T 二次斷線將

16、影響電能表的計量 ,故應(yīng)設(shè) 置電能計量專用 P T 二次斷線報警信號 ,提醒運行人 員盡快處理故障 。斷線告警信號接線原理圖如圖 6 所示 。改造前由于壓降引起的計量誤差為 - 1 . 76 % ,改造后變?yōu)?- 0 . 014 % ,壓降損失減少 1 . 746 個百分 點 ,德勝變 110 kV117 出線供德勝鋁廠 ,該用戶的月 用電量約為 35 000 M Wh ,改造后每月可減少電量 損失 610 M Wh , 按平均售電單價 0 . 32 元/ k W h計 ,每月增收電費 19 . 55 萬元 。改造花費的投資 ,不 到兩個月就可完全收回 。P T 二次壓降超差的預(yù)防P T 二次

17、壓降改造雖然避免了今后更多的電量 和經(jīng)濟損失 ,但改造前由于壓降所造成損失已無法 追回 。改造只是補救措施 ,對于今后新建 、擴建 、改 建的變電和配電工程 ,必須從設(shè)計 、施工 、驗收及運 行各個環(huán)節(jié)層層把關(guān) ,采取措施避免 P T 二次壓降 超差 ,從源頭上防止漏洞產(chǎn)生 。7 . 1設(shè)計環(huán)節(jié)在設(shè)備選型時就要考慮電能計量應(yīng)有專用的 P T 二次繞組和回路 。根據(jù) P T 二次負(fù)載和允許電 壓降計算確定電纜截面 (應(yīng)不小于 2 . 5 mm2 ) 。按照 DL / T448 2000電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程中對 計量 P T 二次回路的規(guī)定進行設(shè)計 ,盡量減少不必 要的接點等 。計量屏 、P

18、T 柜訂貨時應(yīng)對屏 、柜內(nèi)的 配線向廠家提出要求 。在施工說明中 , 應(yīng)針對 P T 二次回路向施工單位提出詳細要求 ,如防氧化措施 、 接線工藝等 。7 . 2施工環(huán)節(jié)P T 二次回路各個環(huán)節(jié)的導(dǎo)線截面必須保證達 到要求 。施工中 P T 二次回路的開關(guān) 、保險及接頭 必須采取防氧化措施 。緊線螺絲應(yīng)全部使用平墊和 彈簧墊 ,接頭部分必須連接可靠 。7 . 3驗收環(huán)節(jié)電能計量部門要嚴(yán)格貫徹電能計量裝置技術(shù) 管理規(guī)程,從設(shè)計審查到竣工驗收 ,按標(biāo)準(zhǔn)把關(guān) ,保 證計量裝置設(shè)計合理 ,施工環(huán)節(jié)達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 。按 規(guī)程要求完成試驗項目 ,試驗不合格的計量裝置 ,不 予投運 。7 . 4運行環(huán)節(jié)測試結(jié)

19、果表明 : 兩段母線上的兩組 P T ,當(dāng)一組 停運由另一組 P T 同時帶兩段 P T 的二次負(fù)荷后 ,壓 降明顯上升 。因此正常運行方式下 ,應(yīng)盡量保證兩 組 P T 同時運行 ,以減少二次壓降 ,提高計量精度 。 為及時發(fā)現(xiàn) P T 二次壓降的變化情況并對超差 的回路進行處理 ,對于 35 kV 及以(下轉(zhuǎn)第 22 頁)7圖 6 母線 P T 二次斷線預(yù)告信號原理圖當(dāng)某一段的 P T 發(fā)生斷線時 , 某個低電壓繼電器 YT 失磁 ,其常閉觸點接通使信號繼電器 XJ 動作 點亮“電能計量專用 P T 斷線”光字排 ,利用原有中央信號亦可發(fā)出聲響告警 。在處理故障或正常停電時可將連接片 1L

20、 P 或 2L P 打開 ,告警信號可停用 。 考慮到減小二次負(fù)載 , 也可不裝設(shè) P T 斷線監(jiān)視回路 ,而依靠電子式電能表在偵測到 P T 斷線時發(fā)出告警的功能來進行監(jiān)測 。缺點是無音響信號 ,需要值班員加強對電能表的巡視 。改造實例和效益分析近兩年來 ,我局依照以上改造方案先后在葉茂 、 德勝 、錫山等 10 多個變電站進行了 P T 二次回路壓 降改造 ,取得了明顯的效果和可觀的經(jīng)濟效益 。以德勝變電站為例 ,其 110 kV 母線 P T 二次回 路改造前后的壓降測試結(jié)果如表 1 。6表 1德勝變電站 110 kV 母線 P T 二次回路改造前后的壓降壓降引起的計量誤差/ %相別比差

21、/ %角差/ ()壓降/ %ABBC- 1 . 63- 0 . 54831062 . 93 . 11改前- 1 . 76A0B0- 0 . 02- 0 . 0180- 0 . 30 . 020 . 02改- 0 . 014后 C0 - 0 . 01 - 0 . 3 0 . 013 國機 械 工 程 學(xué) 會汽 輪 機 性 能 試 驗 規(guī) 程( AN S I/A SM P TC6 1996) 標(biāo)準(zhǔn) ,對機組進行了改造前后熱 力性 能 考 核 試 驗 ?？?核 基 準(zhǔn) 為 閥 點 基 準(zhǔn) ( 三 閥 全 開) 。試驗結(jié)果如表 1 所示 。改造后的效果及評價55 . 1改造的考核試驗為明確改造的經(jīng)濟性

22、 ,1 號機分別于 2001 年 4月和 2002 年 9 月 ,由國家電力公司熱工研究院按美表 1 1 號機三閥全開額定工況下改造前后熱力性能對比高壓缸中壓缸低壓缸汽輪機熱耗效率/ %效率/ %效率/ %額定功率/ M W最大連續(xù)功率/ M W變化變化變化/ J Wh - 1 (包括閥損 5 %) 百分點 (包括閥損 5 %) 百分點(包括余速損失) 百分點改前試驗值改后試驗值 變化8 528 . 58 114- 414 . 577 . 9784 . 3989 . 8992 . 280 . 5788 . 315200220+ 20210230+ 20+ 6 . 42+ 2 . 31+ 7 . 745從以上數(shù)據(jù)可看出 ,改造后汽輪機缸效率明顯提高 ,其中高壓缸和低壓缸效率增加幅度較大 ,分別 提高了 6 . 42 個百分點和 7 . 745 個百分點 ;中壓缸效 率有一定的提高 ,增加 2 . 31 個百分點 。這說明國產(chǎn)200 M W 汽輪機效率較低部位主要在高壓缸和低壓 缸 ,改造潛力也最大 。改造后整機的熱耗為 8 114J / Wh ,下降 4 . 86 % 。達到目前國內(nèi)同類型改造機 組的較好水平 。機組熱力性能指標(biāo)完全達到制