110kV用戶電能表反向有功問題故障分析

廣州黃埔供電局 鐘海東

某園區客戶由110kV 雙回路供電，LX 線660、HY 線884，目標用戶兩臺主變壓器的功率達到50000kVA，分別將無功自動補償裝置（SVG 動態無功發生器）安裝于機器的二次10kV 母線處。計量點電壓為110kV，高壓供電同時在高壓裝置PT，CT 進行計量3×57.7（100）V，電能表倍率66000，電流互感器變比300/5。

1 提出問題

于2020年10月進行裝表并送電時發現，10kV的母線尚未接入任何負荷，所以難以就電能表所安裝的線路是否正確進行測定。在2021年1月啟用用戶內部的用電設備后發現，HY 線處所安裝的884電能表始終處于反向計量狀態，基于該計量情境，工作人員及時更換電能表且就電流的接線方向進行了及時調整。2021年4月，通過系統監控的調研發現，線路使用客戶（110kV）LX 線660、HY 線884的電能表始終處于反向電量狀態。

基于上述情形，2021年4月15日，計量中心附屬檢測團體前往故障現場將電能表更換，在對電能表進行實地更換前，對其進行二次檢查以確保實際運行情況確實存在故障，測量數據結果顯示：Ua=60.1、Ia=0.357A、Ua∧Ia=16°，另外兩項測量指標的數值在整體層面展現的大致相同。盡管檢測數據處于正常范圍內，但是不可避免地仍然會產生反向電量的現象。

2 解決問題

2.1 計量點1故障分析

2.1.1 原因分析與排查

現場對SVG 的投入以及退出情景下，電能表所表現出的運行參數進行了實際分析。結果顯示，在LX 線660處所安置的無功自動補償裝置SVG 在進行正式投入前，在計量原件一處存在著顯著的電流反向現象，具體的參數為：U1=60.1、I1=0.100A、U1∧I1=264.7°，而計量元件二、三所表現出的數據則同元件一大致保持相同，在龍信線771線路上所安置的無功自動補償裝置的SVG 在投入正式的使用過程中，其電流表現為正向，具體的各項參數表示為：U1=60.1、I1=0.0.357A、U1∧I1=16°，而計量元件二、三所表現出的數據則同元件一大致保持相同。

圖1 SVG 投切前后三相電壓電流相量圖

根據上述的分析結果可以發現，在將SVG 進行正式投入前的I1應該展現為容性，究其原因：在I1超前U1大于90°、I1的隨相電壓只有很小的概率是U1。由于I1相較于U3存在著明顯的滯后現象，因此I1處的相電壓是U3的可能性也極小?；谏鲜鰞热菘梢酝茢喑?，I1所表現出的隨相電壓一定為U2，同時I1電流線存在著反向接入的現象，其展現為向量圖中-I1。

電流表的三相電流始終在接反狀態維持的原因在于，電能表的狀態處于三相平衡水平，同時，在計量區域的設備電壓回路主要以跨相連接的形式表示[1]。

2.1.2 故障原因驗證

上述過程在進行實地檢查后，還要進一步對其推斷過程的正確性進行分析，本研究對SVG 進行正式投入前與投入后所展現的有功功率數值進行對比判斷。比對結果發現，SVG 設備在進行正式投入前與投入后的電流I1數據分別達到了0.11A和0.368A，在將SVG 投入使用前，將電壓進行逆時針的方向移相120°，此時進行計量的有功量達到了：0.11×57.7×cos35.3 ° =5.1805W；而在將SVG 投入后，電流I1所達到的有功分量則為0.368×57.7×cos76°=5.142W，上述兩項數據表明，在投入前后，兩個有功分量大致保持相同，由此表明上述推斷正確?；诖?，推斷出LX 線660計量點1電能表的電壓以及電流接線情況為：元件一（Uc、-Ia），元件二（Ua、-Ib），元件三（Ub、-Ic）。

2.2 計量點2故障分析

原因分析與排查。SVG 已經在HY 線的884處進行了統一的安置，并且在進行使用前，計量點2處的電能表狀態如下所示：電能表中所存在的電流始終處于正向的計量狀態，各項有關參數數據具體為：U1=60.1、I1=0.040A、U1∧I1=81.9°，剩余數據在整體上保持著較為均衡的狀態，華隱線995處周圍所設置的SVG 在使用過程中，計量點2處表現為如下電流計量數據：電流處于反方向狀態，其他有關參數為：U1=60.1、I1=0.178A、U1I1=177.2°，其他兩相基本相同。在將SVG 投入電路的使用過程后，在順時針方向電流I1共計偏離了大約95.3°。由于偏移角度超過了90°，因此SVG 的引入改變了電流I1處電能表的計量電能屬性。

由于電流始終處于順時針的偏移狀態，因此可以推斷進行計量的無功補償設備屬于感性設備的一種，其并不屬于容性設備屬性。SVG 在正式投入前，I1應展現為容性。圖2中表示了在SVG 進行投切前與投切后HY 線處884計量點2所表現出的相量圖，在圖2中，黑色代表SVG 投入前的對應向量，紅色代表SVG 投入后的對應向量。由于在SVG 進行投入前，I1表現為容性，由此可以推斷I1本身的隨相電壓并不可能為U1。在下述相量圖中，I1本身的隨相電壓只有通過U2表示?；谏鲜鐾茢?，電能表在處于三相平衡狀態時，電壓回路應該展現為錯相。

圖2 SVG 投切前后HY 線884計量點2的向量圖

故障原因驗證。為進一步驗證上述推理內容的準確性與可信性，該部分研究進一步對SVG 在投入前后所達到的有功功率進行橫向比對。結果顯示，在SVG 設備投入后與使用前的電流I1數值分別為0.041A、0.060A，計量人員將電壓沿順時針方向移相120°左右，SVG 使用前，I1電流的有功分量參數為：0.043×56.5×cos37.9°=1.8563W，而在將SVG 投入后，I1電流所展現的有功分量具體表現為0.055×56.9×cos43.5°=1.8906W，前、后兩個所計量的有功分量整體保持一致性，由此表明，上述推理具備著邏輯正確性。所以可推斷華隱線995計量點2電能表的電壓、電流接線情況為：元件一（Uc、Ia），元件二（Ua、Ib），元件三（Ub、Ic）。

3 結果與分析

3.1 結果

由上述流程中所涉及的分析結果我們可以獲知，即使在解決現場故障后，SVG 設備仍然無法進行正常狀態的使用，雖然進行強行投入，但是所展現出的電表功率因數僅為0.3，遠不符合電網要求的0.9。因此，線路檢察人員應協同有關電氣設備原始安裝企業，以及SVG 的組裝生產企業進行聯合排查，排查結果發現，所展現的計量障礙其主要原因在于：計量互感器在電壓與電流方面存在人工標注錯誤，針對該問題進行了及時排查與解決。

3.2 分析

由于上述高壓用戶電能表出現反向有功電能計量故障，首先分析差錯電量情況。

差錯電量計算分析。計量點1差錯電量計算。在2021年4月13日對故障進行處理時發現，LX 線660處計量點1處所安置電能表的數值展現為：有功正達到了31.12、有功反達到了1.52、無功達到了I=3.92、II=0、III=8.39、IV=10.46，處于電能表中的三原件，其電壓與電流之間始終處于相對制衡狀態，并且在二次側安裝的電能表數值達到了20.93，倍率則為80000。

一是更正系數法。更正系數法的計量原理在于對正確電量-錯誤電量的比值進行計算，經過計算可以得到相對的比值系數G，之后將處于錯誤狀態的抄見電量作為分析依據，就相應的正確電量進行相應的科學計量。在依據更正系數進行計算時的公式為G=P/P'，在上述公式中，P 表征著處于正確狀態的電量情況，其單位為kWh，P'代表著在處于故障狀態時，從電能表中所反映的功率，單位為kWh。

在本文中，首先對更正系數G 進行計量與分析，并由上文有關公式對退補電量進行計算，由最終的電量計算結果我們可以獲知，電量達到了：△P=（G-1）×P'。在本文中，在計量點1處所顯示的錯誤電量，以及后期根據更正系數進行優化后的系數值具體如公式（1）、公式（2）展現，在φ=330°時為公式（3）?；诟禂捣嫦虼嬖阱e誤的接線進行狀態推理與更正計算，結果表明，在φ 為330°時，更正系數接近存在著無窮大的狀態，所以基于上述數據，可以有效推斷出：經過更正系數法所進行的計量過程同經過有關公式所計算的退補電量數值間相互符合。

二是計算實際用電量。及算法主要借助于錯誤電量所表現出的有功與無功功率與正確電量間的關系進行計算與推斷，進一步可以有效推導出基于有功與無功數據的正確電量范圍，對于錯誤電量有功功率和無功功率表達式為：

依據上述公式對正確電量進行計算，最終的計算結果為：26.773×65000=1740245kWh，相應的，電能表設備所記錄的具體電量參數為：30.23×65000=1964950kWh，退補電量為（31.12-27.642）×66000=229548kWh。對龍信線771進行分析，結果表明，其總共運行了持續223天的時間，在這一運行期間，基于變壓器處所消耗的電量數值累積達到如下范圍：3.07×24×223=164306kWh，進一步計算目標用戶在上述維持運行時間段內用電電量及所產生的損耗電量，其數值具體為：1673600+164306=1837906kWh，由上述數據的分析可以獲知，該數值同1824372kWh 的電流計量結果大致保持一致，所以在通過計算法對上述數據進行推理后的計算電量同實際的計量標準相符合。

計量點2差錯電量計算。2020年7月13日面向故障進行及時的分析、處理，在這一過程中，由故障的處理結果分析可以發現：計量點2處各項電量數值分別為：有功正達到-2.77、有功反達到-20.63，無功達到I=9.21、II=2.16、III=1.23、IV=0，基于上述數據分析結果可以知道，所檢測的目標用戶在變二側電能表處的接線始終處在正確劑量的范圍內，在該電量計量狀態下，正向的有功示數為15.50，倍率80000。退補電量計算，實用電量以及退補電量的計算方式如以下公式所示：

在基于上述公式進行計量計算后，最終結果表明目標用戶的準確用電量為：20.53×65000 =1334450kWh，電能表記錄電量2.69× 65000=174850Wh，退補電量（20.53-2.69）×65000 =1159600kWh。退補電量算法驗證。依據用戶在變二側位置電能表計量結果的數值范圍，進一步將其同變壓器的銅損、鐵損進行相互比對，以此對用電量是否處于準確狀態進行驗證，最終結果表明，在使用期間內（2020年1月7日至7月13日），目標變壓器所展現的消耗電量為：30.65×23×183=1129006kWh，用戶的用電及損耗電量是1240000+138518=1378518kWh，與計算電量1302840kWh 基本一致。