牽引變電所饋線電能計量方式的選擇

何崢嶸 上海鐵路局合肥供電段

牽引變電所饋線電能計量方式的選擇

何崢嶸 上海鐵路局合肥供電段

牽引變電所饋線電能計量，目前沒有具體的設計規范，通過分析不同的計量方式和計量裝置在計量饋線電能的可行性，確定可以正確計量饋線電能的計量接線方式和計量裝置，并提出改進建議。

變電所；饋線；電能；計量

近年來，鐵路建設不斷深入，全路新建多條高鐵客專線路，隨之也新建不少新的牽引變電所。牽引變電所作為鐵路牽引供電系統的重要組成部分，造價很高。因此，在設計時，考慮建設成本和資源的綜合利用，在鐵路樞紐或并線區段，牽引變電所常常為幾條線路共用。因涉及不同的投資主體，牽引變電所需進行分線電費結算。為此，在共用牽引所饋線加裝計量電度表勢在必行。

1　段管內牽引變電所共用情況

目前，合肥供電段管內多線共用的牽引變電所主要有：

（1）阜陽北牽引所：供京九線和漯阜線，為國鐵和漯阜鐵路公司共用。

（2）袁寨牽引所：供阜淮線和阜六線，為國鐵和阜六鐵路公司共用。

（3）劉府牽引所：供合蚌高鐵和水蚌線，為國鐵和京福客專公司共用。

（4）水家湖牽引所：供合蚌高鐵和淮南線，預留供商合杭高鐵，為國鐵、京福客專公司和商合杭客專公司三家共用。

（5）邵崗牽引所：供合蚌高鐵和淮南線，預留供商合杭高鐵，為國鐵、京福客專公司和商合杭客專公司三家共用。

（6）長安集牽引所：供合武客專和寧西線，為國鐵和合武鐵路公司共用。

（7）六安牽引所：供合武客專、阜六線和寧西線，為國鐵、合武鐵路公司及阜六鐵路公司三家共用。

2　牽引變電所計量現狀

共用牽引所電費結算分攤的方式一般有兩種：第一種方式，按供電臂長度、列車通過總重、列車隊數等數據來進行電費總額比例分攤，但計算方式復雜，且不夠準確。另一種方式，各饋線加裝計量電度表，按用電量結算電費，這種結算方法較為合理和準確。

《TB10009-2005鐵路電力牽引供電設計規范》中規定，牽引變電所中下列回路中應裝設有功電度表：（1）牽引變壓器回路，（2）動力變壓器回路，（3）10 kV饋電線，（4）所用變壓器回路。依據上述規范，牽引變電所在設計時，一般在所內只設進線總計量電度表，各饋線均未設計量電度表。為準確結算電費，必須為各饋線（特別是需單獨結算電費的饋線）另外加裝計量電度表。

3　牽引變電所饋線電能計量的要求

牽引所饋線電能計量需采用高壓計量方式。目前，各饋線計量利用原有電壓回路和電流回路進行取值均能滿足要求。電壓回路取自饋線母互柜T線電壓母線，電流回路取自各饋線電流互感器二次回路。但兩者需滿足準確度等級的要求，且與保護回路分開。

根據《DL/T 448-2000電能計量裝置技術管理規程》的規定，運行中的電能計量裝置按其所計量電能量的多少和計量對象的重要程度分五類（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）進行管理。五類電能計量裝置對電能表、電壓互感器和電流互感器均有準確度等級的要求，具體見表1。

表1 電能計量裝置分類準確度等級表

根據設計測算和運營經驗，運營后牽引所每條饋線每月電量大都在100萬kWh以上，應當列入Ⅱ類管理，則有功電度表的準確度等級應在0.5S或0.5級及以上，電壓互感器應至少0.2級，電流互感器應至少0.2S或0.2級。

4　牽引所饋線電度表及接線方式的選擇

牽引所饋線為單相饋出，T線一次額定電壓為27.5 kV，電壓互感器二次側額定電壓為100 V，電流互感器二次額定電流為5 A或1 A。依據饋線上述電氣數據的特點，應選擇適用的電度表和接線方式。以下通過比較幾種電度表及接線方式，從而確定適用于牽引所饋線的電能計量方式。

4.1使用通用型單相電度表

通用型單相電度表線圈額定電壓一般為220V。單相電度表的功率表達式為：P=UIcosφ。從公式可以看出，當U=100V時，理論上可計量有功電能。但對于機電式電度表來說，實際工作電壓明顯低于電度表額定電壓時，轉速和工作磁通均遠小于設計標準，會引起電壓抑制誤差，導致計量誤差增大。對于電子式電度表，其工作電壓范圍一般為0.7 Un～1.3 Un，實際工作電壓100 V明顯小于電度表的工作范圍，電度表將無法正常工作。由此可見，使用通用型單相電度表不適用于饋線電能計量。

4.2使用電力機車電度表

機車電度表一般用于電力機車上計量機車耗電量的有功單相電度表。其與通用單相電度表的主要區別在于，電壓線圈額定電壓為100 V，并且抗振性能好。國產機車電度表為機電式，其型號為DJ16，規格為1.5（6）A，準確度等級為2.0級。機車電度表的電氣參數完全滿足牽引所饋線單相計量有功電能的需要，但國產機車電度表精度不高，滿足不了II類用戶計量的需要，而且為機電表，無485通信功能，無法接入牽引所微機保護系統中。進口機車電度表精度高，但價格昂貴，且量傳不便，也不能使用。因此，機車電度表也不適用牽引所饋線有功計量。

4.3使用三相四線電度表

三相四線電度表為三元件電度表，相當于3只單相電度表合成。其額定電壓有：3×57.5 V/100 V和3×220 V/380 V兩種。對于3×57.5 V/100 V的電度表，其每相電壓線圈額定電壓為57.5 V，線間電壓為100 V，顯然，線圈接入100 V的工作電壓后將因過電壓而燒損電度表。對于3×220 V/380 V的電度表，相當于接入了220 V的通用型單相電度表，實際工作電壓不在電度表的工作范圍內。因此，使用三相四線電度表計量饋線電能也不可行。

4.4使用三相三線電度表

三相三線電度表，即為兩元件電度表。其額定電壓有兩種：3×380 V和 3×100 V。3×380 V的三相三線電度表，多為低壓計量電度表，不適用于高壓計量。而3×100 V的三相三線電度表多為高壓計量電度表，其正常接線方式和相量圖見圖1。

圖1 三相三線電度表接線方式及相量圖

其功率表達式為：P=UABIAcos（30°+φ）+UBCICcos（30°-φ）。因線圈額定電壓為100 V，與饋線母互二次側額定電壓相等，則可從饋線母互二次側電壓母線分別接入電度表中A相和B相電壓端子，其中B相接接地端，饋線電流互感器二次端子按同名端分別接A相電流回路端子，從而形成三相三線電度表作單相計量，其具體接線方式和相量圖見圖2。

圖2 三相三線電度表計量饋線電能接線方式及相量圖

其功率表達式為：P=UTIcosφ。從表達式可看出，饋線有功電量可以準確計量。

以上是直供方式饋線的計量接線方式，對于AT供電方式，因T相和F相電壓相等，電流大小相等、方向相反，故只在T相進行計量即可。

由此可見，選用三相三線電度表，并選用上述接線方式可以準確計量饋線有功電量。由于牽引所饋線電能計量裝置為II類，對于電度表的準確度等級要求較高，故可選用0.5級以上的多功能電度表，既滿足精度需要，同時，又可計量無功電能，便于分析每條饋線的功率因數。

綜上所述，使用三相三線電度表可以用于牽引變電所饋線電能計量，但這僅是一種無專用電度表的替代計量方式。建議有關部門能聯合廠家，設計并生產出真正適用于牽引所單相饋線計量的專用饋線電度表。

責任編輯：許耀元 張萼輝

來稿日期：2016-05-30