发电厂主变空载损耗计量不一致问题分析

李恺，杨茂涛，彭潇

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙410007)

发电厂的上网电量和下网电量在结算统计时是不能互相抵消的，上网电价和下网电价也不相同，因此下网电量是发电厂一项重要的节能指标。出于电网安全需要，发电机组停运时，厂内主变依然要空载运行，在某些特殊的运行方式下，主变空载运行的电源来自电网侧，产生一定的下网电量。主变空载运行电流远小于电流互感器一次额定电流〔1〕，造成二次电流测量失真且高次谐波分量与非周期分量高，因此计量的下网电量将产生较大误差。文中就此种特殊运行方式下的计量误差状况进行了分析。

1 事件概况

某大型火力发电厂2 号机为单元接线，潮流经2 号主变直接流往对侧湘中西地区的某500 kV 变电站，计量点位于发电厂5011 线路断路器靠线路侧。当2 号机停运时，出于电网安全考虑，调度要求只断开发电机出口断路器，2 号主变保持空载运行，主接线图如图1 所示。

图1 2 号机及2 号主变主接线图

关口点配有3 块关口电能表，分别是与湖南省电力公司结算用的主副电能表和按原华中电网公司电量统计要求安装的考核电能表。电厂技术人员在2 号主变空载运行时发现2 个问题:

1)结算用关口电能表显示有微小的下网有功功率，考核用关口电能表显示功率为0。

2)每日的下网结算电量高于主变空载损耗设计值。

2 现场勘察

2.1 关口点的主要计量装置性能

1)电流互感器型号LVQBT－500W3，准确度等级0.2S，变比为2 500A/1A。

2)电压互感器型号TEMP－500IU，准确度等级0.2，变比500 kV/0.1 kV。

3)结算用关口电能表型号MK6E，准确度等级0.2S，基本工作电压57 V，额定工作电压240 V，基本工作电流1 A，额定工作电流6 A。

4)考核用关口电能表型ZMD，准确度等级0.2S，基本工作电压58 V，额定工作电压100 V，基本工作电流1 A，额定工作电流6 A。

其中，MK6E 型关口电能表有功计量方式为:离散的电流瞬时值与离散的电压瞬时值相乘再对时间积分的全频域计量。

式(1)中 L 为电能表在一个采样周期T0(20 ms)内的采样数，Δt 为采样间隔。

ZMD 型关口电能表有功计量方式为:滤除高次谐波和非周期分量的有功功率，将剩余的有功功率对时间积分作为计量目标。

式(2)中 Uj，Ij为j 次谐波电压、电流有效值，θj为j 次谐波电压电流的功率因数角。即电能表只将j 次及以下谐波功率作为计量目标。

2.2 计量装置运行状况

调阅2 号主变空载运行时关口电能表记录的电参量信息。情况如下:

1)2块MK6E 型关口电能表均显示2 号主变空载时二次电流为A 相1.26 mA，B 相1.45 mA，C 相1.34 mA，三相总有功功率为－0.084 W;ZMD型关口电能表显示各相电流为1 mA(电流最小分辨率即为1 mA)，三相总有功功率为0。

2)3块关口电能表均接入同一电流、电压回路。

3)经过12 h 的电量跟踪比对发现，MK6E 型关口电能表走字为0.001 kWh，反映到一次电量达12 500 kWh，高于主变空载运行损耗设计值;ZMD型关口电能表走字为0(ZMD 型电能表计量电量的最低位达0.0001 kWh)。

4)使用DPO 4054B 型示波器对电流回路中阻抗元件的两端电压进行采样。示波器的分辨率为X轴20 ms，Y 轴20 mV。通过波形图可做出如下推断:①二次电流中基本没有50 Hz 基波电流;②具有较强的非周期分量和高次谐波分量。

3 事件原因分析

3.1 电流互感器的误差分析

主变空载运行时一次侧空载电流很小，由电流互感器感应到的二次电流约为0.001 In，大大低于电流互感器有效测量范围(1% In～120% In)。对此种状态下的电流互感器误差进行分析。

图2 所示为电流互感器T 形等效电路〔1〕。

图2 电流互感器T 形等效电路

电流互感器比差和角差的表达式为〔3〕:

在一次侧电流很小的情况下，磁芯处于弱励磁状态，此时的磁导率μ 随电流的交变呈现非线性变化态势，且值远小于额定电流状态下的磁导率。由公式(3)，(4)可知此条件下电流互感器误差较大，且二次电流I2的波形中含有较大非周期分量和高次谐波分量，致使测量失真。

3.2 电能表谐波计量功能分析

MK6E 型电能表有功计量方式为不滤波的全频域计量，将二次电流中的非周期分量和高次谐波分量均作为有功计量目标，以致有微小的二次有功功率。ZMD 型电能表计量有功功率时将电流非周期分量和高次谐波分量全部滤除，有功功率为0，自然不会计量电量，导致与MK6E 型电能表计量电量不等。另一方面，ZMD 型电能表测量电流有效值时不会滤除高次谐波和非周期分量，因此出现二次电流为1 mA 但有功功率为0 的情况。

由于谐波计量在应用上存在争论，国内对谐波计量也没有强制性标准〔4-5〕，以致不同电能表谐波计量功能不相同，进而造成特殊运行方式下不同电能表计量有功电量不同的局面。

4 结语

造成本次电量计量不一致事件的原因为:

1)电流互感器在一次电流低于有效测量范围的情况下有较大的测量失真。

2)不同厂家电能表的谐波计量功能和性能不一致。

这些不是因计量装置配置不合理或设备性能达不到标准要求或人为差错引起，因此不属于计量差错事故。关于谐波计量的国家标准或行业标准也有待制定。

发电机组单元接线方式下主变空载运行这一特殊情况在湖南省内较少见，持续时间也不是很长，由计量误差导致的电量损失相对发电厂发电量而言非常微小。不过由此产生的下网电量可能会影响发电厂节能指标，因此具有一定的研究意义。

〔1〕田生祥． 南滩变电所2 号主变空载试验〔J〕． 电气试验，2002(1):42-45．

〔2〕陈向群． 电能计量技能考核培训教材〔M〕． 北京:中国电力出版社，2003．

〔3〕赵修民． 电流互感器〔M〕． 太原:山西科学教育出版社，1987．

〔4〕卢世为，蒋紫松，陈莉，等． 具有谐波计量功能的多功能三相电能表挂网试验结果与分析〔J〕． 电测与仪表，2007，44(6):20-23．

〔5〕徐晴，姚晓峰，浦志勇． 采用单一计量芯片实现非线性负荷的谐波计量与分析〔J〕． 电测与仪表，2011，44(11):1-4．