电能表烧毁故障分析

马小辉, 周和平

(华立仪表集团股份有限公司, 浙江 杭州 310023)

电能表烧毁故障分析

马小辉, 周和平

(华立仪表集团股份有限公司, 浙江 杭州 310023)

在10 kV中性点不接地系统中,三相电能计量装置的电压互感器通常采用V/V接线方式,常引发电能表被烧毁。针对这一故障现象,将三相电能计量装置的V/V接线方式改为V/V-Yo接线方式。指出采用V/V-Yo接线方式的电能表,计量元件采集的电压和电流同相,且能准确、清晰地显示其计量运行状况。

计量装置; 电能表; V/V接线; V/V-Yo接线

0 引 言

10 kV电力系统中性点采用不接地方式,属于三相三线制供电系统,任一相电流向量等于其他两相电流反方向的向量之和。对于三相三线制电能计量装置,通常采集A、C相电流、三相线电压,并施加到电能表中进行计量。三相三线制电能表通常采用V/V接线方式。

1 运行状况

某投入生产的铸造加工厂,电能计量装置采用高功高计V/V接线方式。电压互感器变比为10 000/100,电流互感器变比为50/5。带上负荷后,通过校验仪检测出来的电压、电流向量图如图1所示。

测得的三相电能表第Ⅰ个计量元件的功率为PⅠ=UabIacos(30°+φ),这是正确的。测得的第Ⅱ个计量元件的功率为PⅡ=UbcIccos(150°+φ),这显然是错误的。为此,将电能表电压接线端子从左数的④与⑥对调一下,之后发现电能表液晶屏任何数据不再显示,即出现黑屏现象。测得接线端子②与④之间电压由100 V变为173 V。停电检查后发现,电能表第Ⅰ个计量元件的电压互感器烧毁,并发现电源电压互感器二次绕组接线方式错误。为便于分析电压回路故障,列举电能表错误接线图,如图2所示。

图1 电压、电流向量图

图2 电能表错误接线图

2 原因分析

两台电压互感器二次绕组正确接线方式为第一台的x端与第二台的a端接在一起,作为b相接入到电能表中,而实际接线是将二次绕组两个x端接到一起作为b相。这样,电能表第Ⅱ个计量元件的电压线圈由同名端指向异名端的电压为Ubc,第Ⅱ个计量元件所计量的功率是错误的,当电压接线端子④与⑥对调时,等值电路图如图3所示。X1为第Ⅰ个计量元件电压线圈电感,X2为第Ⅱ个计量元件电压线圈电感。

图3 等值电路

以A相电压初相角0°为基准,依据回路电压法,第Ⅰ个计量元件电压线圈承受的电压模数值为

V/V接线方式很容易发生错误接线。10 kV系统三相负荷基本上是平衡的,但两个计量元件所计量的电量并不相等,单独一个计量元件所计量的电量不能说明任何问题。第Ⅰ个计量元件的线电压与相电流之间的余弦夹角为cos(30°+φ),与第Ⅱ个计量元件的线电压与相电流之间的余弦夹角为cos(30°-φ),没有任何电学的物理意义,易给人造成错误概念,认为A相与C相两个功率因数不相等。在此基础上,本文提出采用V/V-Yo接线方式。

3 V/V-Yo接线方式

三相电能计量装置中的电压互感器采用V/V接线方式,二次侧绕组线电压分别为Uab与Ubc,b为公用端,线电压Uab=Ua-Ub。将三相三线制电能表更换为三相四线制电能表。三相四线制电能表有三个计量元件,分别将电压Ua、Ub施加到第Ⅰ、Ⅱ个计量元件的电压线圈上,线电压为Ubc=Ub-Uc。因b为公用端,所以电压Uc施加到第Ⅲ个计量元件的电压线圈上。三个电压线圈为Yo接线方式,中性点接地。V/V-Yo接线方式和向量图如图4所示。

图4 V/V-Yo接线方式和向量图

对于10 kV中性点不接地系统,三相电能计量装置由原来的V/V接线方式改为V/V-Yo接线方式,每组计量元件的电压线圈承受的电压为相电压,电能计量的电压变比为10 000/57.7。两台电流互感器分别串接在10 kV线路A、C相中,依据基尔霍夫节点电流定律,IA+IB+IC=0,所以IB=-(IA+IC)。故电流互感器二次电流Ia、Ic分别经第Ⅰ个元件的端子③和第Ⅲ个元件的端子⑨流出。同样,-Ib=Ia+Ic,接线端子③和⑨连接在一起,接入到端子⑥上。三相四线制电能表计量的功率为

P=UaIacosφ+UbIbcosφ+UcIccosφ

4 结 语

三相电能计量装置采用V/V接线方式,三相三线制电能表每个计量元件所采集的电压与电流并不同相。因此,显示出的功率及余弦函数值没有实际意义,如果发生故障或错误接线,追、退计算电量也较为麻烦。因此,在10 kV中性点不接地系统中,将三相电能计量装置V/V接线方式改为V/V-Yo接线方式。该接线方式采用三相四线制电能表进行计量,每个计量元件所采集的电压与电流同相,并且准确清晰地显示出每一相上的电压、电流、功率因数、有功功率和无功功率及相对应的电量。

在10 kV中性点不接地系统中,三相电流大小相等并互为对称,三相四线制电能表计量的每一相电量基本相等,一旦某个计量元件出现故障,完全可以参考其他两个计量元件的电量进行追补。因此,采用V/V-Yo接线方式的三相电能计量装置,在电力系统运行中有推广应用的价值。

[1] 胡明红.动态无功补偿装置在配电系统中的应用[J].现代建筑电气,2013,4(1):27-30.

[2] 马小辉,周和平.三相电能计量装置V/V接线方式的分析[J].现代建筑电气,2014,5(9):5-8.

[3] 唐军,周和平.10 kV电力用户无功补偿运行方式分析[J].现代建筑电气,2014,5(10):32-34.

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《现代建筑电气》编辑部

Fault Analysis of Electric Energy Meter Burning

MA Xiaohui, ZHOU Heping

(Holley Metering Co., Ltd., Hangzhou 310023, China)

The voltage transformer of three-phase electric energy metering device usually adopts the V/V connection mode in the 10 kV neutral ungrounding system,resulting in the three-phase electric energy meter’s burn-out.Aiming at the fault phenomenon,this paper proposed the V/V-Yoconnection mode instead of the original V/V connection mode.It is pointed out that the measuring elements of electric energy meter which uses the V/V-Yoconnection mode collect the same phase current and voltage,and the electric energy meter can clearly and exactly display the metering operating state.

metering device; electric energy meter; V/V connection mode; V/V-Yoconnection mode

马小辉(1973—),男,博士,从事电能计量自动化主站和采集终端项目的研究。

TM 933

A

1674-8417(2015)01-0036-03

2014-07-28

周和平(1954—),男,高级工程师,从事电能计量及电器设备自动化保护方面的研究。