輕載線路電能表產生反向無功的原理

摘 要 當架空輸電線路處于空載熱備用或輕載運行（對于s級電能表、電流互感器，輕載一般指TA額定電流1%及以下的負荷）狀態時，事實會存在線路相間及對地會產生容性充電功率，其大小與電壓等級及線路長度成正比。同時通過TA，TV及TV二次回路進行計量時相位發生了偏移，對電能表的無功計量電量造成了影響決定了電能表無功走字的正反方向。

【關鍵詞】容性充電功率 無功走字 電能表 相位

1 現場案例

垞城電力公司200KV升壓站有垞趙4921，4922兩條出線，經過同一架空桿塔到供電公司變電站。由于生產原因機組長期停運，同時部分廠用設備仍在運行。運行抄表人員發現在機組停運期間本側關口電能表經常出現反向無功功率輸出。本側關口電能表為0.2S級多功能電子式電能表，電能表分別取線路TA的三相電流和220kv母線TV三相電壓進行計算。表1為用電狀態下輸出反向無功的日期表。

2 反向無功計量原因的初步分析

2.1 無功計量原理

電能表的四象限，如圖1所示。

2.2 反向無功計量產生的原因分析

由本單位運方可知，本廠電能表產生反向無功計量的可能性有以下幾種情況：

（1）電力系統的無功過補償；

（2）電能表的計量接線有誤；

（3）CT或PT計量的相位偏移；

（4）空載或輕載線路中的電容電流；

（5）并聯回路的環流影響。

首先確認本廠的高低壓設備均無無功補償設備，然后經過認真檢查確認線路的電能表接線正確無誤。其次由于兩條線路每次均同時出現反向無功計量現象，排除因為并聯回路的環流影響。因此初步判斷可能因為第三種及第四種原因導致的反向無功計量。

3 關于反向無功計量的分析計算

3.1 電容電流對反向無功計量的影響

僅對220KV升壓站內4921線路進行建模分析。4921線路全長34.0203km，導線型號為2xLGJ300/25雙分裂鋼芯鋁絞線，正序電抗0.35Ω/km，正序電納 2.98 x10_f7（Ω · km）。線路模型如圖2所示：用戶側即為機組全停的本廠側；

在忽略線路絕緣子漏電與電暈放電的影響下，線路的二端口網絡表達式為：

通過式（1）式（2）可知，輸電線路的始端電壓、末端電壓與用戶電流大小及功角均存在一定的關系。當4921線路空載運行或者輕載運行，線路電阻以發熱的形式損耗有功功率，線路電抗以在線路周圍產生交變磁場的形式損耗無功功率。另外因為線路電壓的關系，輸電線路的并聯導納支路相當于向輸電系統提供了感性的無功功率。所以當4921線路不長而且負載很小時，在忽略掉線路電阻與線路電感的損耗后，影響反向無功計量的主要因素就只剩下由線路電壓決定的并聯導納消耗的容性無功功率。這時當負載端消耗的感性無功功率小于線路并聯導納產生的感性無功功率時，會在受電端與用電端的出現均向系統輸送無功功率的情況。

初步判斷：因為空載或輕載線路在電壓作用下客觀存在的容性充電電流，受到電壓等級以及線路長度的影響，在理論上會出現電能表的反向無功計量。

3.2 TA或TV計量的相位偏移對反向無功計量的影響

3.2.1 TA影響反向無功計量的分析

根據圖3可知，因為電流互感器受繞組阻抗和激磁電流的影響，一次電流與二次電流會產生相位誤差。電流互感器的誤差是由比值誤差f1與相位角誤差δ1共同構成，相位角誤差δ1等于二次側電流反向后與一次側電流的相角差。當δ1為負值時，二次電流的相角滯后于一次電流；當δ1為正值時，二次側電流超前于一次電流。

根據電流互感器的相角誤差特性曲線可知，電流互感器一次側電流的越小，相角誤差δ1的曲線越陡峭。一定情況下相角誤差δ1最大時超過2°，即二次電流超前一次電流2°以上。

3.2.2 TV影響反向無功計量的分析

在電壓互感器中同樣因為繞組阻抗和激磁電流的影響，以及電壓互感器二次側出口與電能表表端電壓連接導線較長導致一定的壓降與相位偏移的影響，電壓互感器的一次電壓與二次電壓之間會產生相位誤差δr。相位誤差δr為電能表二次側反向電壓與一次側電壓的相位角差。由于二次負載及負載功率因數對相位誤差δr的影響遠大于TV自身的相位誤差，在忽略TV自身的相位誤差的情況下：

由式（4）可知，負載導納B2與導線電阻rL越大時，相位誤差δr越大且為正值（電壓互感器的一次側電壓滯后與電能表表端電壓）

因此由TA與TV計量的相位偏移對反向無功計量的影響分析判斷可知，當線路輕載或者空載運行時。當電流互感器的相位誤差δI大于電壓互感器的相位誤差δr，有可能致使關口電能表的電流向量超前于電壓向量時，也會出現電能表的反向無功現象。

4 結論

當架空線路在空載運行或者輕載運行時，線路對地的容性充電功率會導致受電端電能表出現方向無功，線路的電壓等級越高、線路越長越容易產生反向無功。同樣由于電流互感器的一次側與二次側電流的相位誤差，在一次側電流較小時也有可能出現電能表出現方向無功的情況。

作者簡介

李昂（1992-），男，就職于徐州垞城電力有限責任公司。

作者單位

徐州市垞城電力有限責任公司 江蘇省徐州市 221000endprint