如何有效降低二次壓降對電能計量的影響

鄔依昆

（國網撫州供電公司，江西 撫州 344000）

0 引言

電能計量直接關系到供電企業和用戶的經濟利益，正確的電能計量對核算發、供電電能，綜合平衡及考核電力系統經濟技術指標，節約能源，合理收取電費等都有重要意義。在電力系統中開展電能計量的綜合誤差測試是實現電能正確計量的基本技術措施之一。電能計量的綜合誤差包括電能表、電流互感器、電壓互感器的計量誤差以及電壓互感器到電能表的二次回路線路壓降。當電能表、互感器的計量誤差符合國家有關規程規定時，由電壓互感器二次側到電能表端子之間二次回路線路的電壓降(簡稱為TV 二次電壓降)，將導致電壓量測量產生偏差。這時如何做好TV二次回路壓降的管理與改造工作，對保證電能計費的公正合理意義較大。

1 電壓互感器二次回路壓降故障造成的損失

TV是一次和二次回路的重要元件，向測量儀表、繼電器的線圈等供電，能正確反映電氣設備的正常運行。近年來，經常發生TV 二次接線故障，不但直接影響二次回路的安全運行，還帶來一定的經濟損失。故障現象：某變電站每當春秋陰雨季節或天氣潮濕、有大霧時，中控室就會經常發出單相接地或電壓降低信號，經值班人員切換電壓表，有一相或兩相電壓指示下降，另兩相或一相電壓指示值不變，報告地調請電氣二次班前來處理。電氣二次人員對二次回路及繼電保護觸點進行了打磨，對保護的繼電器進行了整定，均未發現異常。經多方查找，發現35 kV母線TV的二次接線的線頭長年老化，有放電的痕跡。經分析，這種戶外式TV 的二次接線引出端比較短，二次配線時所留線頭端子比較短。一般正常運行時，由于北方氣候干燥，常年少雨、灰塵大，空氣中的污物比較多。當天氣是陰雨或潮濕時，就會在TV的二次接線表面形成一個導電層構成回路，致使電壓互感器的二次側發生單相接地或電壓降低。但這不是真正線路上的接地和短路，只是二次回路保護誤發信號，造成故障，影響了二次回路的穩定運行，造成一定的經濟損失。

電壓互感器裝置在變電設備現場，二次電壓需要通過幾十米至幾百米的電纜及各種輔助接點接到控制室，供繼電保護、自動裝置、測量儀表的電壓線圈及電壓回路。這些負載的大小，決定了二次回路電流的大小。由于二次回路電纜導線和各種輔助接點直流電阻的存在，在電纜兩端產生了電壓降，使負載端電壓低于TV 端電壓，產生了幅值(變比)和相角誤差。其誤差大小決定于二次回路直流電阻大小，負載大小(二次電流大小)、性質(負載功率因數)及其連接方式。

例如：某省網年售電100億kWh，TV二次壓降平均為1 V，按TV二次額定電壓為100 V計算，漏計電能為1億kWh，按0.2元/kWh計算，損失電費2000萬元。

某發電廠110 kV I 段電壓互感器二次回路壓降為0.62%。110 kV I 段電壓互感器二次回路壓降超標，直接影響到3號發電機關口電能表計量裝置的準確計量。3 號機每年平均上網電量為2 億kWh，丟失電量△W=W×0.62%=1 240 000 kWh，即年損失電量達124萬kWh。

從上述例子中，可以看出TV二次壓降直接影響電能量計量的準確度，由于TV 二次壓降的單向性，致使電力企業漏計電能，導致巨額經濟損失；同時對電力系統安全運行也是一種潛在的威脅。

2 電壓互感器二次回路的接線形式

現場運行中按照電壓等級的不同，TV 二次回路采用了不同的接線形式

2.1 10 kV至35 kV電壓互感器二次接線

TV 一次側(高壓側)有熔絲，二次不設熔絲和任何其他保護設施，以減小TV 二次回路壓降。從TV與電能表距離的遠近進行如下分析。

TV與電能表相距較遠(一般大于10 m)。為了在測量TV 壓降時，不斷其一次側刀閘進行試驗接線，采用圖1所示接線形式。TV二次出線進專用接線盒A，由于一般情況下TV 二次端子與接線盒A 之間的距離小于0.5 m，可不考慮兩者之間的電壓降。測量TV 二次壓降時，二次電纜線從接線盒A 接至電能表專用接線盒B，即可測出其間的電壓降。采用這種接線方式開展測試工作安全、方便。

圖1 不斷一次側刀閘接線

當TV與電能表相距較近時，在實際電力客戶接線時又分為2種情況。

1）電能表直接裝在TV柜上(如手車柜)，TV二次電纜直接進入電能表接線盒B，二次導線截面積大于4 mm，如圖2所示。電能表與TV 二次端子之間連線距離小于l m，一般不考慮電壓降誤差，但至少應每2年1 次在停電的情況下檢查和處理TV 二次端子接頭生銹、腐蝕等情況。

圖2 TV二次電纜直接進入電能表接線盒B

2）TV二次通過插件接至電能表接線盒，如圖3所示。這種接線方式一般是TV裝在手車柜上，用上電后就不再管理，壓降不易側試。實際這類“插件”操作頻繁，接觸電阻不能忽略。

圖3 二次通過插件接至電能表接線盒

2.2 110 kV及以上電壓互感器二次接線

TV一次側沒有熔絲，TV二次側必須裝設保護設備(熔絲或快速空氣開關)，防止TV 二次短路。對于進線供電的情況，為了保證計量準確，便于加封，裝設專用TV 端子箱，接線方式如圖4所示。將接線盒A和快速開關ZKK裝于TV二次箱內，二次電纜從快速開關ZKK 直接接到電能表接線盒B，可測量出從接線盒A到電能表之間的電壓降，同樣TV二次端子接頭應至少2年1 次檢查和處理銹腐等情況。ZKK 應使用單相的快速空氣開關，便于對TV進行一相一相的測量，同時測量時應有足夠的操作距離，保證工作人員的安全。TV 電纜首端、中端和末端保護層金屬部分一定要可靠接地，以屏蔽外磁場感生的電勢，保證電壓降測量的準確性。

圖4 裝設專用TV端子箱

3 降低二次壓降的措施

由于TV二次壓降直接影響電能計量的準確性，甚至對系統穩定運行產生不良影響，為此人們在改善二次壓降方面做了大量工作，歸結起來可以分為降低回路阻抗、減小回路電流和補償法等三大類降低二次壓降的措施。下面就這三種降低二次壓降措施進行細致分析。

3.1 降低回路阻抗

所有關于二次壓降及降壓措施的文獻中，當分析二次壓降的成因時，TV 二次回路阻抗是第一個被關注的參量。根據前面分析的結果，TV 二次回路阻抗包括：導線阻抗、接插元件內阻和接觸電阻等3個組成部分。

1）導線阻抗。由于TV二次回路的長度達100 m至500 m之間，而且導線截面積過小，因而二次回路導線電阻成為回路阻抗中最被關注的因素。為此在《電能計量裝置技術管理規程》中，對計量用TV二次回路的側試作出了相關的規定：互感器二次回路的連接導線應采用銅質單芯絕緣線。對電壓二次回路，連接導線的截面積應按允許的電壓降計算確定，至少應不小于2.5 mm。在實際工作中，TV二次回路線路的截面積一般選在6 mm。但無論若何選取導線截面積，導線阻抗是存在的，只是量值的大小而已。

2）接插元件內阻?？紤]到TV二次回路中存在刀閘、保險、轉接端子和電壓插件等接插元件，在不考慮接觸電阻的前提下，各元件的自阻和可以認為是一個定值，該值很小，并且不易減小。

3）接觸電阻。許多文獻指出，在TV 二次回路阻抗中，接觸電阻占很大的比重，其阻值是不穩定的，受接觸點狀態和壓力以及接觸表面氧化等因素的影響，阻值不可避免地發生變化，且這種變化是隨機的，又是不可預測的。接觸電阻的阻值在不利情況下，將比二次導線本身的電阻還大，有時甚至大到幾倍。測試中，二次線壓降通常都比計算值大許多，其根本原因就是沒有估計到接觸電阻有如此大的變化。

從上述分析中，可以清楚看到，TV二次回路阻抗的三個組成部分中，可以通過增加導線截面積降低導線阻抗；接插元件內阻基本不變；接觸電阻占主導地位，且其阻抗變化具有隨機性。于是得到降低TV二次回路阻抗的具體方案為：TV二次回路更換更大截面積導線；定期打磨接插元件、導線的接頭，盡量減小接觸阻。但無論采取何種處理手段，都只能將二次回路阻抗減小到一個數值，不能減小到零。

3.2 減小回路電流

一般情況下，TV二次計量繞組與保護繞組是分開的，計量繞組負載為電能表等，負載電流小于200 mA，因而現場測試若發現TV一次回路電流大于200 mA時，可采取以下措施減小電流：

1）采用專用計量回路。目前TV二次一般有多個繞組，且計量繞組與保護繞組各自獨立,否則TV二次回路電流較大。

2）單獨引出電能表。專用電纜對于計量繞組表計較多的情況，即使該繞組負載電流較大，但通過專用電纜的電流因只有電能表計的負載而減小，因而電能表計回路的TV二次回路壓降也較小。

3）選用多繞組的電壓互感器。對于新建或改造TV的情況，有的TV有兩個二次主繞組和1個輔助繞組，可取主繞組中的1個作為電能計量專用二次繞組，這樣該回路因只接有電能表而使電流較小，從而壓降也較小。

4）裝設電子電能表。電子電能表功能全，往往1只表可代替有功、無功，最大需量及復費率等表，因而可減小電能表計數量，同時電子電能表輸入阻抗高，單只表負載電流只有30 mA左右，因而使得TV二次回路電流大大降低，壓降也就較小。

3.3 補償法

電能表計端并接補償電容，由于感應式電能表電壓回路為電壓線圈，電抗值較大，使得流過電壓線圈的電流即TV 二次回路電流無功分量較大，TV 二次回路負載功率因數較低。采用在電能表電壓端子間并接補償電容的方法，可以降低TV二次回路電流的無功分量，從而降低TV 二次回路電流，達到降低壓降的目的。實際并接電容時，應選好電容值，一般以壓降的角差最小為最佳選值。還應注意電容的耐壓，以保證可靠性。但是此措施由于未被有關部門完全認可，所以并未被廣泛采用，建議慎重使用。

3.4 其他方法

1）取消TV二次回路的開關、熔斷器、端子排等，此措施可避免開關、熔斷器、端子排的接觸電阻造成的TV二次壓降，但取消開關、熔斷器設備后，計量二次回路的失去故障保護，后果嚴重，不宜采用。

2）調快電能表，此措施可臨時性地解決TV二次壓降問題，但在開關、熔斷器、接線端子上形成的接觸電阻是變化的，隨著時間的推移，導體接觸部位逐漸老化，其接觸電阻亦逐漸增大，TV二次壓降增大。同時，此措施在電能計量管理規定上是不允許的。

3）對TV二次同路實施定值補償，此措施與調快電能表的措施相仿，只能臨時性地解決TV二次壓降問題，不能實施動態補償。

4 應用實例

綜上所述，降低電壓互感器二次壓降一種方法效果有限，需要多種方法綜合運用，下面是一個實例:

以某公司110 kV線路為例：改造前，良種廠線電能表電壓回路與繼電保護、指示儀表共用一套TV，TV二次測經過自動空氣開關和熔斷器后接入設備，且從TV至電能表盤的電纜為2.5 mm2，用TV二次壓降測試儀測得數據如下:

根據誤差計算公式,可以得出:

這遠遠超出了DT/L448《電能計量裝置管理規程》規定的“TV 二次回路電壓降，對I 類計費用計量裝置應不大于額定二次電壓的0.20%”的要求。

改造中，將TV至電能能表單獨用一組TV，取消原TV二次回路自動空氣開關，僅經過熔斷器后接入電能表，將TV至電能表的二次線中間所有的接頭均進行焊接，以減小接觸電阻，表盤的電纜更換成截面為6 mm2的電纜，且電經多種措施改造后，再次測得數據如下:

根據誤差計算公式,得出:

可見，改造后，TV二次壓降明顯降低。

5 結語

根據以上分析和應用實例，供電企業應根據現場實際情況，綜合采用多種措施，才能更好地降低TV的二次壓降，取得良好的經濟效益。

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