电压互感器二次压降对电能计量的影响及其改造方法

1、电压互感器二次压降对电能计量的影响及其改造方法Improvement aga inst the Eff ect of Voltage2drop on SecondaryCircuit of Potential Transf ormer to the Mea surement of Electric Energy王涛WAN G Tao(广西河池供电局 ,广西 河池 547000)摘要 : 介绍了在电力系统中电压互感器二次回路压降的含义 ,产生二次压降的原理 ,分析了造成二次压降超差的原因 ,二次压降对电能计量的影响 ,提出了对现有电压互感器二次回路进行压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 路压降超差的措施 。关键词 : P T 二次压降 ;电压互感器 ;二次回路压降 ;计量 ;电能表专用回路中图分类号 : TM933 . 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 8380 (2004) 01 - 0014 - 04之间通过二次电缆连接 。在 P T 二次回路接线中 ,由于空气开关 、熔断器 、隔离刀闸辅助接点 、端子排 等的接触电阻和二次回路连接电缆的自身电阻 ( 电抗) 的存在 ,当 P T 二次负荷电流通过回路时 , 势必在二次回路中产生电压降 ,使得 P T 二次侧出线端 钮处的电压 U 2 大于二次回路末端电能表表头端钮 处的电压 U2 。电压互

3、感器二次回路接线一般如图 1 所示 。1引言电能计量的综合误差主要由电能表 、电流互感器 、电压互感器的计量误差以及电压互感器到电能表的电缆引线的电压降等因素构成 。过去电力部门 的电能计量工作的重点是放在减少电能表 、互感器 本身的误差 ,保证电能表 、互感器的接线正确上 ,而忽视了电压互感器二次回路压降对计量误差的影 响 。近几年来 ,随着电能表 、互感器生产技术的不断 提高和成熟 ,由这部分装置造成的误差在电能计量 综合误 差 中 所 占 的 比 例 越 来 越 小 , 而 电 压 互 感 器( P T) 二次压降所造成的误差也越发突显出来 。为 了提高电能计量的准确性 ,寻求减少 P

4、T 二次压降 的措施并进行治理 ,已是目前电能计量的一项十分 重要的工作 。图 1 电压互感器二次回路接线图P T 二次回路的负载一般有电能表 、电压表 、功率表 、继保装置等 ,为了便于分析将其二次回路用等 效电路来表示 ,如图 2 。P T 二次压降的定义电压互感器二次侧出线端钮到电能表表头端钮 之间的电压幅值和相位角的损失 ,称为电压互感器 二次回路电压降 ,简称 P T 二次压降 。2图中U P T 二次侧出线端钮处的电压 ;2U2 电能表表头端钮处的电压 ;I2 P T 二次回路电流 ;R r 二次导线电阻及各接点的接触电阻 的等值电阻 ;R P T 二次负载电阻 ;X P T 二次

5、负载电抗 。P T 二次压降产生的原因在电力系统中 ,发电厂 、变电站及大用户的电能 计量装置 P T 二次接线端至计量电能的电能表 ( 一 般装在主控室的电度表盘上) 之间的距离较远 ,它们3经验交流则二次回路压降 U = U 2 - U2 = I2 R r =执行电压回路导线截面不小于 1 . 5 mm2 ,在实际应用中普遍采用 1 . 5 mm2 敷设 ,而不是按照回路所接 负载的大小及距离通过计算确定电缆截面 ,导致电 缆截面过小 。空气开关 、保险 、隔离刀闸的辅助接点和端子等接点处接触电阻大 。传统的 P T 二次回路 , 出于 安全的考虑 ,串接有空气开关 、保险 、电压互感器刀

6、 闸辅助接点等多个元件 ,并经端子排 、电压小母线多次转接 ,在双母线运行进行电压切换时 ,又增加了切换继电器的触点 ,使得接点增加 。对 35 kV 及以上 电压等级的电压互感器 ,其端子箱 、隔离刀闸辅助接 点等大都在户外 ,由于室外环境污染 ,氧化较严重 ,使得 P T 二次保险 、刀闸辅助接点及接线端子处的接触电阻增大 ,二次回路电压损失也增大 。保护 、测量 、计量共用一个 P T 二次回路 , 二 次负载容量大 。按现行运行方式 ,电压互感器二次负载有继电保护装置 、测量仪表 、计量装置等 ,它们并接在同一个 P T 二次回路上 ,导致负载容量增大 。 同时 ,原有的电能计量表多采

7、用单方向机械式电能 表 ,其电压线圈功耗较大 ,功能单一 ,当需要分别计 量正 、反向的有功和无功电量时 ,需要同时装设 4 块 机械电能表才能满足计量要求 ,这也是导致二次负 载增加的重要原因 。负载容量增加 ,从而引起负载 电流增大 ,也使得二次回路的电压损失增加 。 U 2 R r U 2 R r Z , 向量图如图 3 所示 。=R r +图中R + j X R r +f r 电压互感器二次回路压降引起的比差 ;图 2 电压互感器二次回路等值电路图 3 相量图r 电压互感器二次回路压降引起的角差 。由压降公式可知 , P T 二次压降与导线电阻及回 路电流成正比 。减小 P T 二次压

8、降的措施二次压降产生的误差始终是负误差 ,误差越大 , 供电部门受到的损失越严重 。因此 ,作为供电部门 , 必须给予高度的重视 ,及时进行改造 ,减小 P T 二次 压降 ,提高计量准确度 。从目前推出的改进方法看 ,可分为两大类 :一是 采取安装二次压降补偿仪的方法来提高回路末端电压 ,包括定值补偿 、电流跟踪补偿 、电压跟踪补偿等 ;二是针对产生二次压降的直接原因进行改造 ,通过 降低 P T 二次回路的电阻 ,减小负载电流来减少电压损耗 。安装二次压降补偿仪投资少 ,改造较方便 ,但由于缺少相关法规的支持 ,容易产生纠纷 ,因此我 局在进行改造时没有采用这一方式 ,而是直接针对导致二次

9、压降增加的各个环节进行改造 。采取的措施主要有以下几个方面 。5 . 1选用多绕组的 P T对于新建或重新改造的电能计量装置 ,选用带 计量专用绕组且等级为 0 . 2 S 级的专用 P T 。其中0 . 2 S 级绕组作为电能计量专用二次绕组 , 接电能54造成二次压降超差的主要原因DL / T448 2000电能计量装置技术管理规程中规定 : , 类用于贸易结算的电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压 的 0 . 2 % ,其它电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压的 0 . 5 % 。但是我们在对多个变电站的测试中发现 , P T 二次压降超

10、差的现象不仅普遍存在 ,而且非常的严重 ,部分压降测试值甚至超过规程规定的数值 510 倍 。造成二 次压降超差的原因主要有以下几个方面 :二次回路电缆长 、线径小 。电压互感器安装位置和电能表安装位置距离较远 ,尤其是 35 kV 及 以上电压等级的互感器多安装在室外 ,与主控室内 的电能表之间要经过几十米甚至上百米的二次电缆 连接 。双母线运行单组 P T 投入的情况下 , 电压切换更增加了回路长度 。90 年代以前建设的变电站 ,由于设计部门往往遵照电器仪表设计技术规程,表 ;0 . 5 级绕组作为测量绕组 ,接电压表 、功率表等 ;其它辅助绕组接继电保护回路 。5 . 2新设电能计量专

11、用 P T 二次回路重新敷设一条用于电能计量的专用 P T 二次回 路电缆 ,同时将电缆截面加大 。电缆截面 A ( mm2 ) 通过计算来确定 ,计算方法如 (1) 式 。用回路电缆直接拉到电度表盘 (屏 、柜) ,减少中间环节 。同时计量专用的电压切换继电器就安装在电度 表盘上 ,更缩短了电压切换时的回路电缆长度 。继 电器选用 D Z - 32B 型 ,六常开接点 DC220 V 中间 继电器 ,每两个接点并联后控制相电压 ,以增加触点容量 ,减小接触电阻 。5 . 4 装设电子式电能表电能计量专用 P T 二次回路中减少了测量仪表 和继电保护装置的功耗 ,负荷已经有了较大的降低 , 但

12、机械式电能表产生的功耗仍然比较大 。为了解决 这一问题 ,我局将变电站内使用的大量机械式电能 表更换为电子式电能表 。电子式电能表功能全 ,一 只表可以代替正向和反向有功表 、无功表 、最大需量 表 、失压计时仪以及复费率表等 ,从而使接入电压回 路的表计数量减少 ,同时电子式电能表输入阻抗高 , 电压线圈功耗小 ( 2 W) ,可使 P T 二次回路电流进 一步减小 。改造后的电能计量专用 P T 二次回路原理接线 图如图 4 所示 。电压切换控制原理接线图如图 5 所示 。 1 . 2 KjL A = 1 . 2 KjL / ( R - R j )( 1)= U U 2r- R jS 2A

13、 电缆截面 , mm2 ;L P T 二次端子箱至电能表端子的导线 长度 , m ;铜导线电阻率 1 . 75 10 - 2 m ;Kj 接线系数 , 三相四线式 Kj = 1 , 三相三线式 Kj = 3 , 单相接线 Kj = 2 ;U P T 二次压降允许值 , , 计量 点不大于额定二次电压的 0 . 2 % ,其它计量点不大于 0 . 5 % ;U r P T 二次额定电压 , 三相三线为 100V , 三相四线为 57 . 7 V ;R j 二次导线的接触电阻 , 约 0 . 05 ;S 2 P T 二次实际负载 , V A 。计算数值 A 后应按相近的标准规格 (2 . 5 mm

14、2 ,4 mm2 ,6 mm2 . . . ) 选取 ,例如算得数据为 4 . 9 mm2 , 可选 取 6 mm2 , 当 数 值 2 . 5 mm2 时 应 选 取 2 . 5 mm2 。5 . 3 减小接触电阻尽量减少计量回路中不必要的接点 ,对于必不 可少的接点 ,尽量减小其接触电阻 。电能计量装置技术管理规程中规定 : 35 kV以上贸易结算用电能计量装置中电压互感器二次回 路 ,应不装设隔离开关辅助接点 ,但可装设熔断器 ;35 kV 及以下贸易结算用电能计量装置中电压互感器二次回路 ,应不装设隔离开关辅助接点和熔断器 。 我局在实际操作中 ,所有改造的计量专用 P T 二次回路都

15、取消了隔离开关的辅助接点 ,考虑到二次回 路中发生短路故障时要保障 P T 的安全 ,保留了 P T二次保险 (熔断器) 。二次保险由插式玻璃保险更换为圆筒帽型熔断器 ,熔断器接点隐藏在熔断器外壳 内 ,以减缓保险接点处的氧化 。接线端子紧线螺丝全部使用平垫和弹簧垫以增大接触点处的受力和接 触面 ,减小接触电阻 。取消小母线接线方式 ,计量专式中图 4 电能计量专用 P T 二次回路原理图图 5 电压切换控制回路原理接线图当母线分段开关及其两侧隔离刀闸均处于合闸位置时 ,将电压切换开关打到合位 ,电压切换继电器动作 ,6 对常开接点合上实现两段 P T 二次电压并列 。如果 P T 二次断线将

16、影响电能表的计量 ,故应设 置电能计量专用 P T 二次断线报警信号 ,提醒运行人 员尽快处理故障 。断线告警信号接线原理图如图 6 所示 。改造前由于压降引起的计量误差为 - 1 . 76 % ,改造后变为 - 0 . 014 % ,压降损失减少 1 . 746 个百分 点 ,德胜变 110 kV117 出线供德胜铝厂 ,该用户的月 用电量约为 35 000 M Wh ,改造后每月可减少电量 损失 610 M Wh , 按平均售电单价 0 . 32 元/ k W h计 ,每月增收电费 19 . 55 万元 。改造花费的投资 ,不 到两个月就可完全收回 。P T 二次压降超差的预防P T 二次

17、压降改造虽然避免了今后更多的电量 和经济损失 ,但改造前由于压降所造成损失已无法 追回 。改造只是补救措施 ,对于今后新建 、扩建 、改 建的变电和配电工程 ,必须从设计 、施工 、验收及运 行各个环节层层把关 ,采取措施避免 P T 二次压降 超差 ,从源头上防止漏洞产生 。7 . 1设计环节在设备选型时就要考虑电能计量应有专用的 P T 二次绕组和回路 。根据 P T 二次负载和允许电 压降计算确定电缆截面 (应不小于 2 . 5 mm2 ) 。按照 DL / T448 2000电能计量装置技术管理规程中对 计量 P T 二次回路的规定进行设计 ,尽量减少不必 要的接点等 。计量屏 、P

18、T 柜订货时应对屏 、柜内的 配线向厂家提出要求 。在施工说明中 , 应针对 P T 二次回路向施工单位提出详细要求 ,如防氧化措施 、 接线工艺等 。7 . 2施工环节P T 二次回路各个环节的导线截面必须保证达 到要求 。施工中 P T 二次回路的开关 、保险及接头 必须采取防氧化措施 。紧线螺丝应全部使用平垫和 弹簧垫 ,接头部分必须连接可靠 。7 . 3验收环节电能计量部门要严格贯彻电能计量装置技术 管理规程,从设计审查到竣工验收 ,按标准把关 ,保 证计量装置设计合理 ,施工环节达到设计标准 。按 规程要求完成试验项目 ,试验不合格的计量装置 ,不 予投运 。7 . 4运行环节测试结

19、果表明 : 两段母线上的两组 P T ,当一组 停运由另一组 P T 同时带两段 P T 的二次负荷后 ,压 降明显上升 。因此正常运行方式下 ,应尽量保证两 组 P T 同时运行 ,以减少二次压降 ,提高计量精度 。 为及时发现 P T 二次压降的变化情况并对超差 的回路进行处理 ,对于 35 kV 及以(下转第 22 页)7图 6 母线 P T 二次断线预告信号原理图当某一段的 P T 发生断线时 , 某个低电压继电器 YT 失磁 ,其常闭触点接通使信号继电器 XJ 动作 点亮“电能计量专用 P T 断线”光字排 ,利用原有中央信号亦可发出声响告警 。在处理故障或正常停电时可将连接片 1L

20、 P 或 2L P 打开 ,告警信号可停用 。 考虑到减小二次负载 , 也可不装设 P T 断线监视回路 ,而依靠电子式电能表在侦测到 P T 断线时发出告警的功能来进行监测 。缺点是无音响信号 ,需要值班员加强对电能表的巡视 。改造实例和效益分析近两年来 ,我局依照以上改造方案先后在叶茂 、 德胜 、锡山等 10 多个变电站进行了 P T 二次回路压 降改造 ,取得了明显的效果和可观的经济效益 。以德胜变电站为例 ,其 110 kV 母线 P T 二次回 路改造前后的压降测试结果如表 1 。6表 1德胜变电站 110 kV 母线 P T 二次回路改造前后的压降压降引起的计量误差/ %相别比差

21、/ %角差/ ()压降/ %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 国机 械 工 程 学 会汽 轮 机 性 能 试 验 规 程( AN S I/A SM P TC6 1996) 标准 ,对机组进行了改造前后热 力性 能 考 核 试 验 。考 核 基 准 为 阀 点 基 准 ( 三 阀 全 开) 。试验结果如表 1 所示 。改造后的效果及评价55 . 1改造的考核试验为明确改造的经济性

22、 ,1 号机分别于 2001 年 4月和 2002 年 9 月 ,由国家电力公司热工研究院按美表 1 1 号机三阀全开额定工况下改造前后热力性能对比高压缸中压缸低压缸汽轮机热耗效率/ %效率/ %效率/ %额定功率/ M W最大连续功率/ M W变化变化变化/ J Wh - 1 (包括阀损 5 %) 百分点 (包括阀损 5 %) 百分点(包括余速损失) 百分点改前试验值改后试验值 变化8 528 . 58 114- 414 . 577 . 9784 . 3989 . 8992 . 280 . 5788 . 315200220+ 20210230+ 20+ 6 . 42+ 2 . 31+ 7 . 745从以上数据可看出 ,改造后汽轮机缸效率明显提高 ,其中高压缸和低压缸效率增加幅度较大 ,分别 提高了 6 . 42 个百分点和 7 . 745 个百分点 ;中压缸效 率有一定的提高 ,增加 2 . 31 个百分点 。这说明国产200 M W 汽轮机效率较低部位主要在高压缸和低压 缸 ,改造潜力也最大 。改造后整机的热耗为 8 114J / Wh ,下降 4 . 86 % 。达到目前国内同类型改造机 组的较好水平 。机组热力性能指标完全达到制