電能計量裝置典型故障分析

張 鋒，王永輝，史 輪，岳國義

(1.滄州供電公司，河北 滄州 061001；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

電能計量裝置包括電能表、電壓互感器、電流互感器、互感器二次回路、計量屏等設備。電能計量裝置作為電量貿易結算的重要依據(jù)，其準確、穩(wěn)定運行直接關系到電量貿易的公平、公正。目前，電能計量技術已經(jīng)非常成熟，但在日常運行中仍不能避免發(fā)生各種故障。電能計量裝置發(fā)生的故障主要有互感器故障造成互感器誤差超差、電能表故障引起不計或少計電量，互感器二次回路故障引起少計或不計電量等情況。近年來河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)發(fā)生的計量故障主要有兩類：一類為計量互感器(尤其是電容式電壓互感器)故障引起互感器本體誤差變化，造成電量計量差錯；另一類為互感器二次回路故障，如電壓互感器二次保險熔斷、電壓互感器二次電壓切換繼電器接觸不良等引起電量差錯，以上2種故障占河北南網(wǎng)計量故障原因的90%以上。以下通過典型案例就2種類型故障進行分析。

2 二次電壓回路故障

互感器二次回路故障引起的電能計量裝置故障多為電壓回路故障，電流回路及電能表本體故障比較少見。二次電壓回路自電壓互感器二次端子箱、二次保險(或空氣開關)、二次電纜、電能表屏經(jīng)電壓切換繼電器分別接入不同的電能表。由于電能表電壓回路經(jīng)過的中間環(huán)節(jié)較多，造成經(jīng)常發(fā)生二次保險接觸不良、保險熔斷以及電壓切換繼電器接觸不良等故障，造成電能表計量出現(xiàn)差錯。

某電廠啟動備用變壓器、出線1計量點電能表電壓取自I母電壓互感器，出線2、主變壓器計量點電能表電壓取自II母電壓互感器。2011年8月16日-19日母線平衡不正常，數(shù)據(jù)見表1。

表1 某電廠母線平衡數(shù)據(jù) ×106kWh

注：1.+A，表示正向有功，流出母線；-A表示負向有功，流進母線。2.母線平衡率計算公式為：母線平衡率(%)=[(“啟備變-A” +“出線1-A”+ “出線2-A”+ “主變-A”)-(“啟備變+A” +“出線1+A”+ “出線2+A”+ “主變+A”)]/[(“啟備變-A” +“出線1-A”+ “出線2-A”+ “主變-A”)]×100%。

發(fā)現(xiàn)該廠母線平衡率不正常后，查看相關互感器、電能表誤差及電能表運行參數(shù)。資料顯示互感器及電能表誤差均正常，與運行參數(shù)一致，但主變壓器計量點電能表電壓運行參數(shù)不正常，并測試該計量點的電壓參數(shù)，數(shù)據(jù)見表2。

主變壓器計量點V相電壓相對于出線2的V相計量點電壓誤差：

表2 主變壓器計量點電壓參數(shù) V

(58.1-60.2)/60.2×100%=-3.488%

引起主變壓器計量點電壓產生的誤差=-3.488%/3= -1.162%。

可見由于主變壓器計量點V相電壓引起的誤差與母線平衡率數(shù)據(jù)基本吻合，經(jīng)現(xiàn)場查找故障點確認由于計量屏主變壓器計量點電壓切換繼電器觸點接觸不良造成了V相電壓偏低。經(jīng)該廠更換電壓切換繼電器后主變壓器計量點V相電壓及母線平衡率恢復正常。

3 電壓互感器引起計量裝置故障

3.1 電容芯子壓緊系數(shù)變化

分壓電容器內部如發(fā)生問題，將直接影響電容器的分壓比，從而影響到CVT誤差變化。如在某電廠關口計量互感器現(xiàn)場試驗中發(fā)現(xiàn)多臺CVT誤差數(shù)據(jù)與出廠報告值存在較大偏離，且經(jīng)現(xiàn)場測試分壓電容數(shù)值發(fā)生明顯變化。經(jīng)返廠解體發(fā)現(xiàn)CVT內部固定扎帶已斷開，連接紙板斷裂，電容芯子壓緊系數(shù)發(fā)生改變，從而造成分壓電容變化和誤差變化。電容芯子壓緊系數(shù)變化引起的電容變化量見表3，誤差變化見表4。

表3 電容測量值變化量 pF

注：差值=返廠復測電容量-原報告電容量。

表4 誤差變化

注：產品負載0.2級為15 VA、0.5級為120 VA。

CVT在設計時 、 內部電容芯子都有相應的壓緊系數(shù)，如存在設計、制造工藝等缺陷，分壓器內電容芯子由于運輸?shù)韧饬ψ饔帽黄茐模娙菪咀訅壕o系數(shù)將改變，從而造成電容分壓器分壓比變化，從而影響CVT測量的準確性。

3.2 內部元件擊穿

電容分壓器內部部分電容芯子在運行中發(fā)生擊穿，也將造成電容分壓器分壓比變化，從而造成CVT誤差變化。

某電廠TYD500/-0.005H型號，500 kV CVT在現(xiàn)場誤差測試中發(fā)現(xiàn)U、V相CVT比差值為+0.8%，角差數(shù)據(jù)在合格范圍內，試驗數(shù)據(jù)見表5。經(jīng)返廠解體查找故障原因為：U、V相CVT分壓器高壓電容4個電容元件發(fā)生擊穿，導致電容變大，分壓比變小，從而造成誤差比值嚴重超差。

表5 誤差數(shù)據(jù)

4 互感器超差引起的電量追補

2007頒布的JJG 1021-2007《電力互感器檢定規(guī)程》替代原JJG 314-1994《測量電壓互感器檢定規(guī)程》后，關口計量電壓互感器現(xiàn)場檢定存在新舊規(guī)程交替的執(zhí)行問題。最為典型的是同一臺產品在執(zhí)行JJG 314-1994時，早期投運的關口計量電壓互感器檢定誤差合格，但執(zhí)行JJG 1021-2007時，由于新檢定規(guī)程要求更為嚴格，則可能會出現(xiàn)不合格的情況。下面通過案例對此類問題進行分析。

某電廠出線關口計量500 kV電壓互感器額定二次負荷為300 VA(計量)，300 VA(測量)，計量繞組準確度等級0.2級。依據(jù)JJG 314-1994，2007年2月1日關口計量電壓互感器現(xiàn)場誤差檢驗數(shù)值合格。依據(jù)JJG 1021-2007，2009年3月5日及2010年5月12日對該互感器進行了現(xiàn)場誤差檢測，測試結果不合格，需進行電量追補(5月12日互感器進行了更換)。

4.1 追補時段劃分

由于2007年2月1日前執(zhí)行JJG 314-1994，且互感器誤差合格，電量正常不進行追補。新規(guī)程執(zhí)行時間為2007年2月28日，故涉及電量異常的時間段為2007年2月28日至2010年5月12日。

4.2 電量計算

2007年2月28日0點電量底碼：正向有功電量4 071.979 kWh。2009年3月5日0點電量底碼：正向有功電量5 225.372 kWh。2010年5月12日0點電量底碼：正向有功電量5 930.949 kWh。電壓互感器變比為500 000 V/100 V，電流互感器變比為1 200 A/1 A，倍率為：6 000 000。

依據(jù)國網(wǎng)公司生產運行部頒發(fā)的《電能計量裝置現(xiàn)場檢驗作業(yè)指導書》附錄B中有關電能計量裝置合成誤差的計算方法，來確定電壓互感器的合成誤差。因正常狀態(tài)下三相負載平衡，功率因數(shù)接近1，角差引起誤差分量為0。故引起電量誤差的因素僅考慮比差引起的誤差分量，其值取電壓互感器2.5VA(接近實際運行負荷)、額定電壓狀態(tài)下，U、V、W三相誤差值平均值。

2009年3月5日互感器現(xiàn)場測試平均值誤差：

e1=(0.392%+0.375%+0.423%)÷3=0.396%。

2010年5月12日互感器現(xiàn)場測試平均誤差：

e2=(0.395%+0.380%+0.428%)÷3=0.401%。

2007年2月28日至2009年3月5日累計電量：

A1=(5 225.372 kWh-4 071.979 kWh)×6 000 000=69.203 58億kWh。

2009年3月5日至2010年5月12日累計電量：

A2=(5 930.949 kWh-5 225.372 kWh)×6 000 000=42.334 62億kWh。

依據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》退補時間分為兩段，第一段自2007年2月28日至2009年3月5日的1/2時間，第二段為2009年3月5日至2010年5月12日誤差更正之日全部時間。

Q1=A1×e1×0.5+A2×e2

Q1=6 920 358 000 kWh×0.396%×0.5+4 233 462 000 kWh×0.401%=286.784 946萬kWh。

5 結論及建議

關口電能計量裝置故障直接關系到電量貿易的公平、公正。同時由于新舊規(guī)程交替，當計量裝置故障與新舊規(guī)程交替同時發(fā)生，將引起電量計算的復雜問題。在電能計量裝置故障檢查處理中應注意以下兩點：

a.在計量裝置日常檢測、運行維護中，應重點關注互感器誤差、互感器二次回路、電能表等運行參數(shù)是否正常，并利用有關母線平衡率、線損平衡率等手段進行綜合分析判斷，及時發(fā)現(xiàn)問題并處理。

b.在進行新舊規(guī)程交替中，涉及電量追補計算時，應嚴格執(zhí)行有關國家標準，依法做好電量追補時間段的劃分，保證電量追補的公平、公正。

[1] GB/T 4703-2001，電容式電壓互感器[S].

[2] JJG 1021-2007，電力互感器[S].

[3] 生產輸電[2003]21號，電能計量裝置現(xiàn)場檢驗作業(yè)指導書[S].

[4] 邱關源.電路[M].4版.北京：高等教育出版社，1999.

[5] 凌子恕.高壓互感器技術手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

本文責任編輯：王洪娟