电压互感器二次回路压降对电能计量影响

张敏，宋冰，何刚，杨雪

（国电菏泽发电有限公司，山东菏泽274032）

电压互感器二次回路压降对电能计量影响

张敏，宋冰，何刚，杨雪

（国电菏泽发电有限公司，山东菏泽274032）

电压互感器二次压降直接反映电能表进线侧电压对电压互感器就地端子箱侧电压的偏移程度，它的大小直接影响电能计量的准确性。对计量回路中电压互感器二次压降产生的原因进行分析，并结合火力发电厂关口计量回路改造实例，提出解决方案和改造措施。事实证明，采取装设计量专用的电压互感器二次回路，缩短导线长度，增大二次导线截面积，减小接点接触电阻，减少电压互感器二次负荷等技术措施，能有效降低电压互感器二次压降值。

电压互感器；二次回路压降；电能计量；应用实例

0 引言

电能计量装置的综合误差由电压互感器误差、电流互感器误差、电能表误差以及电压互感器二次回路压降引起的误差4部分组成［1］。即使使用中的互感器及电能表的计量误差符合国家相关规定，电压互感器二次侧到电能表端子之间的二次回路线路的压降也会导致电压测量出现偏差，而且电压互感器二次回路压降所引起的误差通常是最大的，是电能计量装置综合误差的主要部分。电压互感器二次压降过大不仅降低发供电企业的经济指标，而且影响电力系统的安全稳定运行。

1 电压互感器二次回路电压降产生原因

1.1 电压互感器二次回路电压降的理论模型

电磁式电压互感器等值电路如图1所示。图1中：U1为一次电压，kV；E1为一次绕组感应电动势，kV；I1为一次电流，kA；r1为一次绕组电阻，Ω；X1为一次绕组漏抗，Ω；Im为空载电流即激磁电流，kA；r2为二次绕组电阻，Ω；x2为二次绕组漏抗，Ω；rm为激磁电阻，Ω；Xm为激磁电抗，Ω；I2为二次电流，kA；rb为负载电阻，Ω；xb为负载电抗，Ω；U2为二次电压，kV；E2为二次绕组感应电动势，kV。

图1 电磁式电压互感器等值电路

根据电工原理，在一次回路中，可得出［2］

U1加于一次绕组N1时，在互感器一次回路产生电流I1，I1在r1上产生与其同相的压降，在X1上产生与其超前90°的压降，这两个压降之和为I1Z1。

主磁通Φ在一次绕组N1上产生感应电动势E1，等于激磁电流IM在激磁电阻Z上的电压降。

在二次回路中，根据电工原理，可得［2］

主磁通Φ在二次绕组N2产生感应电动势E2，二次回路闭合时产生二次电流I2，I2在r2上产生与其相同的压降，在X2上产生与其超前90°的压降，这两个压降之和为I2Z2。

1.2 电压互感器二次回路电压降产生原因

根据图1及式（3）分析可以得到，电压互感器二次压降主要受以下两个方面影响。首先，电压互感器二次计量回路接入太多与计量无关的监测和保护设备，因为电压互感器二次负荷都是并联接入的，二次负载越大，其并联阻抗越小rb和xb就越小，回路中的电流越大I2就越大，在外回路阻抗r2和x2不变的情况下，电压互感器二次回路的压降，即E2和U2的差就越大。其次，在计量设备阻抗rb和xb一定的情况下，外回路阻抗r2和x2越大，则电压互感器二次回路的压降就越大，而外回路阻抗r2和x2由二次回路导线阻抗、接插元件的内阻及接触电阻、电压切换元件辅助接点的接触电阻组成。所以二次计量回路接入太多与计量无关的监测和保护设备，回路电流大，造成电压互感器二次回路电流过大是造成电压互感器二次回路电压降过大的主要原因。其次二次回路导线长，截面积小，导线电阻大，接插元件和辅助接点电阻过大也会造成实际运行中的电压互感器二次回路电压降超过允许值。

2 降低电压互感器二次回路压降措施

2.1 装设专用的电压互感器及其二次回路

这种方式可以将关口电能表的二次回路与继电保护、测量指示仪表的电压回路彻底分开，避免计量回路接入太多与计量无关的监测和保护设备，专用计量回路中的电压互感器二次压降不受接于其他二次回路中的继电保护、测量仪表等负载变化的影响，提高了电压回路的可靠性。而且，计量二次回路中只有电能表电压线圈，由于电能表电压线圈阻抗大，通过专用电缆的电流很小，可以降低二次导线附带阻值带来的二次压降误差。同时，避免了从电压互感器端子箱到电能表屏二次回路中出现多点接地的风险，保证了计量电压二次回路中只有一点接地。

2.2 采用搬移表位就地计量的方式

DL/T 448—2000《电能计量装置技术管理规程》中规定［1］：“互感器二次回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线，电压二次回路连接导线截面应按允许电压降计算确定，至少应不小于2.5 mm2。”

采取搬移表位、就地计量的方式，使二次回路中连接电缆的长度尽可能最短；同时增大导线截面积，能有效降低二次导线本身阻值，在二次回路电流相同的情况下，使二次导线本身带来的二次压降降至最小。

2.3 选用优质快速空气断路器

在实际测试中，普通空气断路器和熔断器内阻较大，且基本为恒定值，无法人为改变。选用内阻和压降小的优质快速空气断路器来代替普通空气断路器和熔断器，可有效地降低老式熔断器接触点易氧化导至接触电阻偏大的风险。减小电压二次回路中接触电阻的阻值，以便降低二次附加元件接触电阻值过大带来的二次压降误差。

2.4 减小二次回路触点接触电阻

在检修工作中，运行人员会拉开电压互感器二次回路的空气断路器或者熔断器，操作次数多了，会因接触面氧化或者熔断器卡接不紧造成接触电阻过大，在实际运行中，该原因造成的压降较隐蔽且不易发现，但实际造成的压降有可能是最大的。通过对二次电压回路分段测量直流电阻、定期检验中间继电器、打磨触点、接线端子、压线螺丝以及电压插件等方式可判断装置状态，对回路中接触电阻过大的元件及时进行更换能尽量减小接触电阻，使二次回路中接触电阻本身引起的二次压降降至最小。

3 降低电压互感器二次压降改造实例

3.1 装设专用的电压互感器

国电菏泽发电有限公司一期2号主变压器220kV侧关口电能表取自220 kV侧Ⅱ母线电压互感器电压，改造前电压互感器精度为0.5级，计量测量回路与继电保护回路是共用同一电压绕组和二次电压回路。改造后电压互感器精度为0.2级［1］，并且关口电能表的二次计量回路与继电保护回路分开，直接由电压互感器专用绕组二次端子单引专用电缆到电能表，取得了良好的效果，改造前后相关数据见表1。

表1 改造前后电压互感器误差与二次实际负载测试

从表1中可以看出，改造后二次压降和二次实际负载大幅度减小，取得了良好的经济效果，大大提高了关口电能表的计量准确性。

3.2 增大电压互感器二次导线的截面

2014年5月5日，技术人员对关口电能表电压互感器二次压降进行定检时发现1号、2号主变关口电能表电压互感器二次压降偏大，分析是由升压站就地端子箱到网控室的二次电缆压降过大造成的。5月7日敷设该段的二次电缆，加粗线芯到22 mm2，改造后电压互感器二次回路压降明显减小，改造前后测量数据见表2。

表2 加粗电缆前后电压互感器二次电压降测试

自2号主变关口表二次电缆加粗后，220 kV侧IA母线电压互感器端子箱到1号主变关口表之间的电缆也进行了加粗改造，增大了导线的截面积，保障了我公司一期关口电能表的计量准确性。

3.3 减小触点接触电阻

电能表所在的二次回路应去掉不必要的接点，并对接点进行定期清擦，以减小接触电阻。把计量二次回路中的老式熔断器全部更换为内阻和压降小的优质快速空气断路器，切换装置逐步改造，直接在关口电能表屏切换，把接口屏的切换继电器彻底拆除，现场运行表明，不但起到了降低二次回路压降的作用，而且提高了机组的安全可靠运行。

3.4 采用就地计量方式

采取移屏、二次回路重新敷设电缆等改造措施，缩短二次电缆的长度，使电能计量装置尽量实现就地计量方式。

菏泽发电有限公司先后利用3号机组C修和4号机组C修的机会，对二期关口表整体进行技术改造，重新设计二次计量回路，设计中采用就地计量方式，加粗电压互感器、电流互感器二次导线的截面积，去掉不必要的接点。将3、4号主变关口电能表由网控室移到网络继电器室，按照DL/T 448—2000的要求，分别从升压站就地端子箱到网络继电器室重新敷设二次电缆并加粗线芯。重新配置盘内线，关口表改造完成后，不但从根本上降低了电压互感器二次回路压降值，而且电流互感器二次回路二次实际负载也大幅度降低，从而改善了关口计量点的技术指标。

改造前后测量数据见表3。

表3 电能表改造前后检测数值

长期安全运行，可避免机组因凝汽器故障而带来的停机、检修等额外损失。

4.3 经济性分析

凝汽器改造后热负荷和换热性能都提高了，凝汽器压力年平均降低（机组真空年平均提高）约0.58kPa左右，机组供电煤耗降低约1.161～1.834g/kWh，经济效益明显。

但是，凝汽器改造后水侧阻力增加，会使循环水泵降低流量来提高扬程，因此，同一台泵在凝汽器改造后供给凝汽器的冷却水量是减少的，在机组负荷和冷却水入口温度相同的情况下，实际凝汽器改造所带来的效益如果考虑循环水流量减少带来的负面影响就比表3中所列效益要低。

4.4 其他影响因素分析

不锈钢换热管本身的导热性能较差，为提高其换热能力，要确保管内冷却水有较高的流速，建议在条件允许的情况下，对循环水泵进行增容和调节方式改造，对冷却塔淋水填料和喷淋装置进行维修和节能改造，整体提升冷端系统节能水平。

不锈钢管换热性能较铜管下降速度慢，能够较长时间的保持较高的换热能力，保持换热管表面较好的清洁度是前提，因此，要确保循环水水质良好且胶球清洗装置正常投运。

5 结语

凝汽器改造后，在循环水流量17 900 t/h，135 MW负荷条件下，凝汽器入口循环水温度20℃时的凝汽器压力为4.562 kPa，较改造前降低0.618 kPa，优于4.9 kPa的设计保证值；在凝汽器入口循环水温度为33℃时的凝汽器压力为9.034 kPa，较改造前下降1.066 kPa，优于10.02 kPa的设计保证值；凝汽器传热端差小于4℃，凝结水溶氧量小于30 μg/L，凝结水过冷度低于0.5℃，均达到设计保证值；水侧阻力超过设计保证值所允许的最大阻力，没有达到设计要求。

通过凝汽器改造，解决了凝汽器存在的换热能力不足和换热性能下降而导致机组真空偏低的问题，凝汽器压力下降（真空提高）幅度明显，尤其在夏季高负荷运行时凝汽器的换热性能增强，机组的带负荷能力提高，具有较好的经济效益，达到了改造的预期目标。

［1］赵伟光，于剑宇，赵德喜.国产200 MW汽轮机组凝汽器改造经济性评价［J］.东北电力技术，2010（4）：13-16.

［2］王学栋，王学同.老式凝汽器运行现状分析与节能改造［J］.汽轮机技术，2007，49（4）：308-311.

［3］王鹏，王进仕，邵郡.330 MW机组凝汽器改造及其经济性分析［J］汽轮机技术，2012，52（1）：71-73.

Effect of the PT Secondary Loop Voltage Drop on Power Energy Measurement

ZHANG Min，SONG Bing，HE Gang，YANG Xue
（Guodian Heze Power Generation Corporation Limited，Heze 274032，China）

The secondary voltage drop of the potential transformer is the direct reflection of how the primary voltages on the electric energy meters deviate from those on the on-site terminal boxes.Its value directly influences the accuracy of the energy meters.Causes of voltage drop are analyzed and solutions are suggested combined with modification of the gateway meter circuits in power plants.Measures to reduce the voltage drop have been proved effective，such as fitting the special measurement loops to the secondary of the potential transformer，shortening the wires，increasing the cross-sectional area of wires，minimizing the contact resistance，and reducing the secondary loads of the voltage transformer.

potential transformer；secondary loop voltage drop；power energy measurement；modification

TM451

B

1007－9904（2015）02－0061－03

2014-12-15

陈义森（1967），男，高级工程师，副教授，从事电站汽轮机调试、试验、科研等工作。