一起特殊的110kV用戶電能計量故障分析

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司 張小龍 張繼東 王 淼 曹 嘯

某軟件園客戶由110kV龍信線771、華隱線995雙回路供電，用戶兩臺西門子50000kVA主變壓器，每臺主變壓器二次的10kV母線都分別安裝有一臺SVG動態(tài)無功發(fā)生器（無功自動補償裝置）。計量點電壓為110kV，高供高計3×57.7（100）V，電流互感器變比300/5，電能表倍率66000。

2019年12月裝表送電時，由于10kV母線沒有連接任何負(fù)荷，所以未能測試確定電能表安裝接線是否正確。2020年3月用戶用電設(shè)備啟用后，發(fā)現(xiàn)華隱線995電能表反向計量，工作人員更換了電能表并調(diào)整了電流接線方向。2020年6月，經(jīng)用采系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)客戶110kV龍信線771、華隱線995電能表仍存在反向電量。6月15日計量中心檢驗檢測班到現(xiàn)場更換電能表，換表前再次對電能表進(jìn)行檢測，測量數(shù)據(jù)為Ua=60.1、Ia=0.357A、Ua∧Ia=16°，另外兩項基本相同。這些現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)但還是會引起反向電量的產(chǎn)生，該異常情況引起了工作人員的注意。隨后工作人員觀察了南京智能調(diào)度控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，該戶10kV母線共有5條出線累計負(fù)荷電流為45A，而補償電流卻達(dá)到73A。針對此種異常情況對該用戶開展了深入的分析和原因排查。

1 故障分析

根據(jù)電能表電流顯示數(shù)據(jù)隨著用戶的無功補償裝置的投切出現(xiàn)正反向變化，有功功率也隨之發(fā)生變化的故障現(xiàn)象，可判斷調(diào)整后的電能表接線仍存在問題，因為接線正確的情況下投切無功補償裝置不會引起有功功率發(fā)生正反向變化。再次對用戶計量裝置及電器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，用戶有兩臺西門子50000kVA主變壓器，每臺主變壓器二次的10kV母線都分別安裝有一臺SVG動態(tài)無功發(fā)生器（無功自動補償裝置）。隨著SVG的投入和退出，電能表記錄電量隨之發(fā)生正反向改變。

1.1 計量點1故障分析

1.1.1 原因分析與排查

現(xiàn)場查看SVG投入或退出時電能表的運行參數(shù)。龍信線771上無功自動補償裝置SVG投入前，計量元件一的電流反向，U1=60.1、I1=0.100A、U1∧I1=264.7°，計量元件二與元件三數(shù)據(jù)與元件一基本相同。龍信線771上無功自動補償裝置SVG投入后，電流正向，U1=60.1、I1=0.357A、U1∧I1=16°，計量元件二與元件三數(shù)據(jù)與元件一基本相同。

根據(jù)SVG投切前后的電流變化情況分析，可判斷SVG投入后電流I1順時針移相111.3°。因為SVG投入后電流移相超過了90°，可確定SVG投入后用戶的用電性質(zhì)發(fā)生了改變。因為SVG投入后電流I1順時針移相111.3°，可推斷投入的無功補償設(shè)備是感性設(shè)備而非容性設(shè)備。圖1所示為SVG投切前后三相電壓和電流的相量圖，黑色為SVG投入前、紅色為SVG投入后的向量。

圖1 SVG投切前后三相電壓電流相量圖

據(jù)以上分析，SVG投入前的I1應(yīng)為容性。因為I1超前U1大于90°、I1的隨相電壓不可能是U1。因為I1滯后U3、I1的隨相電壓也不可能是U3。所以I1的隨相電壓一定是U2，且I1電流線反接，為向量圖中-I1。因為電能表三相平衡所以電能表三相電流接反，電壓回路為跨相連接（即電能表的U1，實際接入了Uc）。

1.1.2 故障原因驗證

為驗證上述推斷的正確性，通過比較SVG投入前后有功功率的數(shù)值來判斷。SVG設(shè)備投入前、后電流I1分別為0.10A和0.357A，將電壓逆時針移相120°，投入SVG前電流I1的有功分量是0.10×57.7×cos35.3°=4.843W；投入SVG后電流I1的有功分量是0.357×57.7×cos76°=4.885W，兩個有功分量基本一致，說明這一推斷基本正確。所以可推斷龍信線771計量點1電能表的電壓、電流接線情況為：元件一（Uc、-Ia），元件二（Ua、-Ib），元件三（Ub、-Ic）。

1.2 計量點2故障分析

1.2.1 原因分析與排查

華隱線995上無功自動補償裝置SVG投入前，計量點2電能表數(shù)據(jù)顯示：電流正向，U1=60.1、I1=0.040A、U1∧I1=81.9°，其它兩相基本相同。華隱線995無功自動補償裝置SVG投入后，計量點2電能表顯數(shù)據(jù)示：電流反向，U1=60.1、I1=0.178A、U1∧I1=177.2°，其它兩相基本相同。

投入SVG后，電流I1順時針移相95.3°，因為移相角超過了90°，所以SVG投入后電能表計量的用電性質(zhì)發(fā)生了改變。因為SVG投入后I1發(fā)生的是順時針移相，所以可推斷投入的無功補償設(shè)備是感性設(shè)備而非容性設(shè)備，且SVG投入前的I1應(yīng)為容性。圖2所示為SVG投切前后華隱線995計量點2的相量圖，黑色為SVG投入前、紅色為SVG投入后的相量。因為SVG投入前的I1為容性，所以I1的隨相電壓不可能是U1。從相量圖看出，I1的隨相電壓只能是U2。因為電能表三相平衡，電壓回路應(yīng)為錯相(即電能表的U1實際接入了Uc)。

圖2 SVG投切前后華隱線995計量點2的向量圖

1.2.2 故障原因驗證

為驗證上述推斷的正確性，比較SVG投入前后有功功率的數(shù)值。SVG設(shè)備投入前、后電流I1分別為0.04A和0.059A，將電壓逆時針移相120°，投入SVG前I1電流的有功分量是0.04×57.7×cos38.1°=1.816W；投入SVG后I1電流的有功分量是0.059×57.7×cos57.2°=1.844W，兩個有功分量基本一致，說明這一推斷基本正確。所以可推斷華隱線995計量點2電能表的電壓、電流接線情況為：元件一（Uc、Ia），元件二（Ua、Ib），元件三（Ub、Ic）。

根據(jù)以上分析結(jié)果，計量室檢驗檢測人員去現(xiàn)場完成故障消缺后，SVG設(shè)備無法投入。當(dāng)強行投入SVG設(shè)備時電表功率因數(shù)很差，只有0.3，離電網(wǎng)要求的0.9相差甚遠(yuǎn)。后經(jīng)與電器設(shè)備安裝公司、開關(guān)廠、SVG生產(chǎn)廠共同排查發(fā)現(xiàn)，計量裝置故障為用戶計量用互感器的電壓、電流二次接線標(biāo)注錯誤導(dǎo)致，隨后共同消除故障隱患。

2 差錯電量計算

2.1 計量點1差錯電量計算

2020年7月13日處理故障時，龍信線771計量點1電能表電量示數(shù)為：有功正31.01、有功反1.40、無功I=3.81、II=0、III=8.28、IV=10.35，電能表三元件電壓、電流基本均衡。對應(yīng)的用戶變壓器二次側(cè)電能表示數(shù)為20.92，倍率80000。

2.1.1 更正系數(shù)法

更正系數(shù)法利用正確電量與錯誤電量（即故障或錯誤接線抄見電量）的比值求出更正系數(shù)G，再根據(jù)錯誤的抄見電量求出正確電量。更正系數(shù)計算公式為G=P/P，式中P為正確電量、kWh，P’為故障或錯誤接線下電能表反映的功率、kWh。求出更正系數(shù)G后，便可根據(jù)錯誤的抄見電量求出退補電量△P=(G-1)×P’。本文計量點1的錯誤電量和更正系數(shù)分別如式（1）和（2）所示，當(dāng)φ=330°時，為式（3）。本文錯誤接線如采用傳統(tǒng)的更正系數(shù)法推算，當(dāng)φ為330°時更正系數(shù)就是無窮大，所以更正系數(shù)法不能用于計算本文錯接線的退補電量。

2.1.2 計算法

計算法是利用錯誤電量的有功功率和無功功率和正確電量之間的關(guān)系，推導(dǎo)出用錯誤電量的有功和無功表示的正確電量。錯誤電量有功功率和無功功率表達(dá)式為：

所以正確電量為27.639×66000=1824174 kWh，電能表記錄電量為31.01×66000=2046660 kWh，退補電量為（27.639-31.01）×66000=-222486kWh。

2.1.3 退補電量算法驗證

根據(jù)用戶在變二側(cè)安裝的電能表所記錄電量加上變壓器的銅損、鐵損（空載損耗）驗證實際用電量計算的正確性。用戶變二側(cè)電能表示數(shù)20.92、倍率80000、用電量1673600kWh、容量50000kVA的西門子變壓器空載損耗30.7kW。龍信線771從2019年12月4日投入運行到2020年7月13日，共運行223天，變壓器損耗電量共計3.07×24×223=164306kWh，用戶的用電及損耗電量是1673600+164306=1837906kWh，與計算電量1824174kWh基本一致，所以計算法推算出來的實際用電量基本準(zhǔn)確。

2.2 計量點2差錯電量計算

2020年7月13日處理故障時，華隱線995計量點2電能表電量示數(shù)為：有功正2.66、有功反21.41，無功I=9.19、II=2.15、III=1.12、IV=0，對應(yīng)的用戶變二側(cè)電能表接線正確，正向有功示數(shù)15.50，倍率80000。

退補電量計算。實際用電量與退補電量計算如下式：

實際用電量18.23×6600=1203180kWh，電能表記錄電量2.66×6600=175560kWh，退補電量（18.32-2.66）×6600=1027620kWh。

退補電量算法驗證。根據(jù)用戶在變二側(cè)安裝的電能表所記錄電量加上變壓器的銅損、鐵損（空載損耗）驗證實際用電量計算的正確性，用戶變二側(cè)電能表示數(shù)15.5、倍率80000、用電量1240000kWh、容量50000kVA的西門子變壓器空載損耗30.7kW，2020年1月7日投入運行到2020年7月13日共運行188天，變壓器共計損耗電量30.7×24×188=138518kWh，用戶的用電及損耗電量是1240000+138518=1378518kWh，與計算電量1346400kWh基本一致。

綜上，計量裝置準(zhǔn)確可靠運行是電力計量工作的根本，確保計量裝置故障的及時發(fā)現(xiàn)和消缺一直是計量運行管理的一項重點工作。通過本次故障的發(fā)現(xiàn)和處理，對計量在線監(jiān)測和計量裝置故障的處理有了新的啟發(fā)和要求：一是要加強計量裝置在線監(jiān)測工作，及時發(fā)現(xiàn)計量異常，降低差錯持續(xù)時間，縮小差錯電量；二是要加強計量故障分析與驗證，提高復(fù)雜計量裝置故障的處理能力，確保第一時間消除缺陷。