李愷，楊茂濤，彭瀟

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007)

發(fā)電廠的上網(wǎng)電量和下網(wǎng)電量在結(jié)算統(tǒng)計(jì)時(shí)是不能互相抵消的，上網(wǎng)電價(jià)和下網(wǎng)電價(jià)也不相同，因此下網(wǎng)電量是發(fā)電廠一項(xiàng)重要的節(jié)能指標(biāo)。出于電網(wǎng)安全需要，發(fā)電機(jī)組停運(yùn)時(shí)，廠內(nèi)主變依然要空載運(yùn)行，在某些特殊的運(yùn)行方式下，主變空載運(yùn)行的電源來自電網(wǎng)側(cè)，產(chǎn)生一定的下網(wǎng)電量。主變空載運(yùn)行電流遠(yuǎn)小于電流互感器一次額定電流〔1〕，造成二次電流測量失真且高次諧波分量與非周期分量高，因此計(jì)量的下網(wǎng)電量將產(chǎn)生較大誤差。文中就此種特殊運(yùn)行方式下的計(jì)量誤差狀況進(jìn)行了分析。

1 事件概況

某大型火力發(fā)電廠2 號機(jī)為單元接線，潮流經(jīng)2 號主變直接流往對側(cè)湘中西地區(qū)的某500 kV 變電站，計(jì)量點(diǎn)位于發(fā)電廠5011 線路斷路器靠線路側(cè)。當(dāng)2 號機(jī)停運(yùn)時(shí)，出于電網(wǎng)安全考慮，調(diào)度要求只斷開發(fā)電機(jī)出口斷路器，2 號主變保持空載運(yùn)行，主接線圖如圖1 所示。

圖1 2 號機(jī)及2 號主變主接線圖

關(guān)口點(diǎn)配有3 塊關(guān)口電能表，分別是與湖南省電力公司結(jié)算用的主副電能表和按原華中電網(wǎng)公司電量統(tǒng)計(jì)要求安裝的考核電能表。電廠技術(shù)人員在2 號主變空載運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)2 個(gè)問題:

1)結(jié)算用關(guān)口電能表顯示有微小的下網(wǎng)有功功率，考核用關(guān)口電能表顯示功率為0。

2)每日的下網(wǎng)結(jié)算電量高于主變空載損耗設(shè)計(jì)值。

2 現(xiàn)場勘察

2.1 關(guān)口點(diǎn)的主要計(jì)量裝置性能

1)電流互感器型號LVQBT－500W3，準(zhǔn)確度等級0.2S，變比為2 500A/1A。

2)電壓互感器型號TEMP－500IU，準(zhǔn)確度等級0.2，變比500 kV/0.1 kV。

3)結(jié)算用關(guān)口電能表型號MK6E，準(zhǔn)確度等級0.2S，基本工作電壓57 V，額定工作電壓240 V，基本工作電流1 A，額定工作電流6 A。

4)考核用關(guān)口電能表型ZMD，準(zhǔn)確度等級0.2S，基本工作電壓58 V，額定工作電壓100 V，基本工作電流1 A，額定工作電流6 A。

其中，MK6E 型關(guān)口電能表有功計(jì)量方式為:離散的電流瞬時(shí)值與離散的電壓瞬時(shí)值相乘再對時(shí)間積分的全頻域計(jì)量。

式(1)中 L 為電能表在一個(gè)采樣周期T0(20 ms)內(nèi)的采樣數(shù)，Δt 為采樣間隔。

ZMD 型關(guān)口電能表有功計(jì)量方式為:濾除高次諧波和非周期分量的有功功率，將剩余的有功功率對時(shí)間積分作為計(jì)量目標(biāo)。

式(2)中 Uj，Ij為j 次諧波電壓、電流有效值，θj為j 次諧波電壓電流的功率因數(shù)角。即電能表只將j 次及以下諧波功率作為計(jì)量目標(biāo)。

2.2 計(jì)量裝置運(yùn)行狀況

調(diào)閱2 號主變空載運(yùn)行時(shí)關(guān)口電能表記錄的電參量信息。情況如下:

1)2塊MK6E 型關(guān)口電能表均顯示2 號主變空載時(shí)二次電流為A 相1.26 mA，B 相1.45 mA，C 相1.34 mA，三相總有功功率為－0.084 W;ZMD型關(guān)口電能表顯示各相電流為1 mA(電流最小分辨率即為1 mA)，三相總有功功率為0。

2)3塊關(guān)口電能表均接入同一電流、電壓回路。

3)經(jīng)過12 h 的電量跟蹤比對發(fā)現(xiàn)，MK6E 型關(guān)口電能表走字為0.001 kWh，反映到一次電量達(dá)12 500 kWh，高于主變空載運(yùn)行損耗設(shè)計(jì)值;ZMD型關(guān)口電能表走字為0(ZMD 型電能表計(jì)量電量的最低位達(dá)0.0001 kWh)。

4)使用DPO 4054B 型示波器對電流回路中阻抗元件的兩端電壓進(jìn)行采樣。示波器的分辨率為X軸20 ms，Y 軸20 mV。通過波形圖可做出如下推斷:①二次電流中基本沒有50 Hz 基波電流;②具有較強(qiáng)的非周期分量和高次諧波分量。

3 事件原因分析

3.1 電流互感器的誤差分析

主變空載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)空載電流很小，由電流互感器感應(yīng)到的二次電流約為0.001 In，大大低于電流互感器有效測量范圍(1% In～120% In)。對此種狀態(tài)下的電流互感器誤差進(jìn)行分析。

圖2 所示為電流互感器T 形等效電路〔1〕。

圖2 電流互感器T 形等效電路

電流互感器比差和角差的表達(dá)式為〔3〕:

在一次側(cè)電流很小的情況下，磁芯處于弱勵(lì)磁狀態(tài)，此時(shí)的磁導(dǎo)率μ 隨電流的交變呈現(xiàn)非線性變化態(tài)勢，且值遠(yuǎn)小于額定電流狀態(tài)下的磁導(dǎo)率。由公式(3)，(4)可知此條件下電流互感器誤差較大，且二次電流I2的波形中含有較大非周期分量和高次諧波分量，致使測量失真。

3.2 電能表諧波計(jì)量功能分析

MK6E 型電能表有功計(jì)量方式為不濾波的全頻域計(jì)量，將二次電流中的非周期分量和高次諧波分量均作為有功計(jì)量目標(biāo)，以致有微小的二次有功功率。ZMD 型電能表計(jì)量有功功率時(shí)將電流非周期分量和高次諧波分量全部濾除，有功功率為0，自然不會計(jì)量電量，導(dǎo)致與MK6E 型電能表計(jì)量電量不等。另一方面，ZMD 型電能表測量電流有效值時(shí)不會濾除高次諧波和非周期分量，因此出現(xiàn)二次電流為1 mA 但有功功率為0 的情況。

由于諧波計(jì)量在應(yīng)用上存在爭論，國內(nèi)對諧波計(jì)量也沒有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)〔4-5〕，以致不同電能表諧波計(jì)量功能不相同，進(jìn)而造成特殊運(yùn)行方式下不同電能表計(jì)量有功電量不同的局面。

4 結(jié)語

造成本次電量計(jì)量不一致事件的原因?yàn)?

1)電流互感器在一次電流低于有效測量范圍的情況下有較大的測量失真。

2)不同廠家電能表的諧波計(jì)量功能和性能不一致。

這些不是因計(jì)量裝置配置不合理或設(shè)備性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求或人為差錯(cuò)引起，因此不屬于計(jì)量差錯(cuò)事故。關(guān)于諧波計(jì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也有待制定。

發(fā)電機(jī)組單元接線方式下主變空載運(yùn)行這一特殊情況在湖南省內(nèi)較少見，持續(xù)時(shí)間也不是很長，由計(jì)量誤差導(dǎo)致的電量損失相對發(fā)電廠發(fā)電量而言非常微小。不過由此產(chǎn)生的下網(wǎng)電量可能會影響發(fā)電廠節(jié)能指標(biāo)，因此具有一定的研究意義。

〔1〕田生祥． 南灘變電所2 號主變空載試驗(yàn)〔J〕． 電氣試驗(yàn)，2002(1):42-45．

〔2〕陳向群． 電能計(jì)量技能考核培訓(xùn)教材〔M〕． 北京:中國電力出版社，2003．

〔3〕趙修民． 電流互感器〔M〕． 太原:山西科學(xué)教育出版社，1987．

〔4〕盧世為，蔣紫松，陳莉，等． 具有諧波計(jì)量功能的多功能三相電能表掛網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果與分析〔J〕． 電測與儀表，2007，44(6):20-23．

〔5〕徐晴，姚曉峰，浦志勇． 采用單一計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)非線性負(fù)荷的諧波計(jì)量與分析〔J〕． 電測與儀表，2011，44(11):1-4．