丹大高铁明阳牵引站两相供电系统电能表接线分析

孙殿威

(国网大连供电公司,辽宁 大连 116001)

丹大高铁明阳牵引站两相供电系统电能表接线分析

孙殿威

(国网大连供电公司,辽宁 大连 116001)

丹大高铁是规划建设的东北东部铁路通道的重要组成部分，共分3段：丹东至庄河段、金州登沙河至庄河段和大连至登沙河段，线路自大连北站接轨，抵达丹东。全线共设5座牵引站，均采用两相直供电方式，电能表接线可能存在误接线问题。在此，以明阳牵引站的实例分析两相供电系统电能表接线问题，确定正确接线，达到准确计量电量的目标。

高铁；牵引；两相；电能表；接线

Abstract:Dandong-Dalian High Speed Rail is an important part of the eastern railway passage in the Northeast China, which consists of three sections, i.e.Dandong to Zhuanghe, Jinzhou Dengshahe to Zhuanghe and Dalian to Dengshahe. The lines are connected at Dalian North Station and extend to Dandong. A total of five traction stations are set up along the railway and all use two-phase direct power supply, and errors may occur in the wiring of watt-hour meters. For this purpose, this paper hereby analyzes the wring of two-phase power supply system watt-hour metersby taking Mingyang Traction Station for example, so as to determine the correct wiring and achieve the goal of accurate electrical energy measuring.

Keywords：high-speed rail; traction; two-phase;watt-hour meter; wiring

1 问题的提出

丹大高铁全线采用220 kV/25 kV带回流线的直供[1]方式，沿线设5座牵引站。在大连段建设了3座220 kV开关站分别为明阳、兰店、洛石铁路牵引站供电。其中,明阳牵引站由花园口开关站通过园牵甲、乙线供电，兰店牵引站由双利开关站通过利牵甲、乙线供电，洛石牵引站由龙旗开关站通过龙牵甲、乙线供电，供电方式均为A、B两相供电。图1为明阳牵引站供电系统。

图1 明阳牵引站供电系统

2014年5月9日现场抄表发现，花园口端园牵乙线电量为1 037 520 kWh,园牵甲线电量为685 080 kWh；用户端园牵乙线所带的2号变压器电量为792 000 kWh,空载运行的园牵甲线所带的1号变压器电量为零。园牵乙线两端的电量相差245 520 kWh,而空载运行的园牵甲线电源端却发生了685 080 kWh的电量。显然是电能表二次回路接线设计错误，错将无功电量也计算为有功电量。

2 原因分析

2.1电缆线路空载运行时其电容电流的相量分析

园牵乙线B、C两相供电系统及电能表[2]二次实际接线如图2所示。

图2 园牵乙线电能表实际接线

不计线路有功损失时(以下同)，电缆线路对地电容电流相量图如图3所示。

图3 电容电流相量图

根据电缆制造厂提供数据和现场实测，园牵乙电缆线路对地电容电流约为5 A。由图3可知，B相电容电流超前B相电源电势90°,C相电容电流超前C相电源电势90°。

2.2空载时电能表计量行为分析

(1)

(2)

则b元件所记录的电量为

(3)

(4)

故c元件记录的电量为

(5)

总电量为

A=Ab+Ac=1/2EBCIB×T

(6)

A=1/2×5×220=550 kWh

(7)

(8)

这种情况下，此接线并不发生虚假电量。

2.3正常运行时在负荷电流作用下电能表的计量行为

图4 正常运行cosϕ=1电流、电压相量图

由图4可知b、c元件记录电量为

(9)

(10)

A=Ab+Ac=1/2EBCIB×T

(11)

以上分析表明，对于两相供电系统，若电能表采用图2所示的接线方式，则线路空载时，电能表在两相供电系统充电电容电流的作用下，将虚记电量。因此，正常运行时，电能表所记录的电量将是有功电力所形成的电量和无功电力所形成的虚假电量之和。园牵乙线电源端电能表记录的电量之所以大于用户端电能表所记录的电量，就是因为电源端虚记了无功电力所形成的虚假电量；而园牵甲线空载时，电源端电能表记录的电量正是线路无功电力所形成的虚假电量。

3 电能表的正确接线

综上所述，图2所示的电能表接线，不能满足计量的要求,正确的接线如图5所示。

C相电流互感器的二次电流线圈与电能表的电流线圈均按同极性法则连接。电能表电压回路的N端必须与电压互感器二次的N端连接，电压互感器二次线圈与电能表的电压线圈按同极性法则连接。

线路空载运行时，电能表的计量行为[3]空载时，线路电容电流和电压的相量图如图6所示。

图5 电能表的正确接线

图6 空载时的相量图

(12)

(13)

(14)

B、C相之间亦存在线间电容电流。

(15)

(16)

(17)

综上所述，采用图5接线时，电能表在电容电流的作用下，不会记录虚假电量，即

A=Ab+Ac+ABC=0

(18)

带纯电阻性负载时(cos0=1)电能表计量行为的相量图如图7所示。

图7 cosϕ=1时的向量图

由图7可知，此时，电源端送出的实际电量为

(19)

而电能表记录的电量为

(20)

抄表时还发现，同样的错误接线，龙旗变的龙牵甲线空载时并没有发生电量。这是因为架空线路较短，其对地充电电流很小(0.334 A/km)，电能表不足以启动所致。当架空线路较长，其充电电容电流较大时，亦会发生虚记电量。因此，无论是电缆线路还是架空线路的两相式供电系统，其电能表均应按图5接线。

4 结束语

丹大高铁沿线有5座220 kV/25 kV牵引站变电站，均采用两相供电方式。因此，建议相关单位，对电能表的接线进行核实，若亦存在上述问题，应予以纠正。值得一提的是，如果对端电力用户的关口表也采用图2的接线方式，则应按图5的正确接线一并纠正。凡是采用两相供电的系统，电能表接线亦应比照上述分析的结论意见进行设计。

[1] 彭时雄.交流电能(电功率)测量综合误差的测试计算及改进技术[M]. 北京：中国电力出版社，2002:33-35.

[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，2003：19-25.

[3] 商福恭.电能表接线技巧[M].北京：中国电力出版社，2007:41-43.

Analysis of Two-Phase Power Supply System Watt-Hour Meter Wiring in Mingyang Traction Station for Dandong-Dalian High Speed Rail

SUN Dianwei

(State Grid Dalian Power Supply Company，Dalian, Liaoning 116001, China)

TM933.4

A

1004-7913(2017)07-0032-03

2017-05-10)

孙殿威(1983)，男，工程师，主要从事电力调度工作。