电气化铁路对电能计量的影响研究

王运全 ，杨卫华 ，岳 巍 ，李琮琮 ，王平欣

（1.山东电力集团公司电力科学研究院，山东 济南 250002；2.山东送变电工程公司，山东 济南 250022）

0 引言

山东省自2006年1月开通电气化铁路，截至2009年底已运行胶济线和京沪线两条电气化铁路，全省共有48个电气化铁路电能计量点，涉及32个变电站，其中胶济线济南到青岛段有13个变电站，途径4个市，均为双电源供电，两两互为备用，12个牵引站；京沪线德州到枣庄段有19个变电站，途径5个市，均为双电源供电，两两互为备用，12个牵引站。由于电气化铁路覆盖面大，其牵引动力由电力机车提供,电力机车功率大，客车和货车的运行速度、负载状况变化频繁。

上述已运行的变电站电能计量的方式、计量点的位置以及测量用互感器和电能表的准确性，是供用电双方所共同关心的问题。

为此，通过一系列实验研究，以确认目前的电能计量方式、计量点的位置正确性以及计量用的电能表的准确性，以保障电能计量公平、公正。

1 山东电气化铁路电能计量现状

全省共有48个电气化铁路电能计量点所在变电站，计量点所在变电站变压器主绕组的接线方式为YNyn0d11接线方式，采用三相四线为牵引站供电。其中胶济线有7个变电站供电电压为220 kV，其余25个变电站供电电压为110 kV。牵引站采用三相V／v和单相I／i接线方式为电气化铁路供电。而计量点设在供电方变电站，并采用高供高计，计量所用表计为瑞士兰吉尔公司的ZMQ202C8表，其可以在工频20次谐波以内正确计量电能量。

2 山东电气化铁路谐波现场测试及试验室模拟试验结果

2.1 现场测试结果

2009年9月，采用KC－3301A型电能质量分析仪对山东省胶济线电气化铁路王村站进行了谐波测试。2009年11月，采用KC－3301A型电能质量分析仪对京沪线电气化铁路党家庄站进行了谐波测试。经现场测试可知，山东省胶济线和京沪线电气化铁路谐波均较大。

对胶济线王村站和党家庄站所测数据分析后，得出在电力机车通过牵引站时的数据分别如表1、表 2、表 3、表 4所示。

表1 王村站基波电压、电流及功率因数

表2 王村站各次谐波含有率 %

表3 党家庄站基波电压、电流及功率因数

2.2 试验室模拟试验结果

2.2.1 基波时电能表误差

根据JJG 596－1999《电子式电能表》检定规程，应用于电气化铁路电能计量的ZMQ202C8型电能表各负载点误差均符合规程要求。

表4 党家庄站各次谐波含有率 %

表5 基波电压、电流及功率因数

表6 谐波电压、电流及相角

2.2.2 含有多次谐波时电能表误差

利用美国FLUKE公司生产的6101A电能功率标准源产生如表5与表6所示的功率源，模拟电气化列车运行时的电压、电流情况。

由表5可得基波总功率为95.2985 W，表6可得带谐波的总功率为95.2892 W。采用功率时间方法，分别对数只ZMQ202C8型电能表进行了模拟试验，试验结果如表7。

表7 ZMQ202C8型电能表误差

表7可以看出，牵引变电站在电力机车通过时，若以基波电能为参考，主要谐波可以产生－0.01%左右的电量，造成电气化铁路产生的谐波功率返送回电网，记录在电能表反向谐波寄存器中。

2.2.3 谐波条件下准确度试验

根据 GB／T17215.322—2008／IEC 62053—22：2003《交流电测量设备 特殊要求第22部分：静止式有功电能表（0.2S级和0.5S级）》准确度要求，需要对电能表进行如下情况下的准确度试验。

试验条件：

基波电流：I1＝0.5 Imax

基波电压：U1＝Un

基波功率因数：1.0

5次谐波电压含量：U5＝10%Un

5次谐波电流含量：I5＝40%I1

谐波功率因数：1.0

基波和谐波电压在原点是相同的。

由5次谐波产生的谐波功率为P5=0.1U1×0.4I1=0.04P1或总有功功率为1.04 P1（基波＋谐波）。

电气化铁路使用的安装式电能表为瑞士兰吉尔公司生产的ZMQ202C8表，其电压：3×57.7/100 V，电流：3×5 A，在以上试验条件下测得其5个误差为－0.0173、－0.0160、－0.0165、－0.0163、－0.0173。 由此可知，此表满足了有谐波情况下的准确度试验。

3 结语

通过对电气化铁路对电能计量的影响研究，确认了山东省电气化铁路电能计量点设置在供电变电站的出线侧和高压三相四线计量方式是正确的；牵引变电站在电力机车通过时，若以基波电能为参考，主要谐波可以产生－0.01%左右的电量，造成电气化铁路产生的谐波功率返送回电网，记录在电能表反向谐波寄存器中；在系统有谐波影响下，电能表的准确性不能按照传统的检定规程规定的方法来判断其是否正确计量，可以参照本研究的过程和方法，即在安装现场首先测量和记录谐波的实际数据，经实验室分析后，选择合适的电能表，再经模拟现场谐波数据试验后，确认电能表的计量正确性（包括测量误差和电能量计量的准确性），以保证电能计量的准确可靠。

利用本研究的成果，推广应用到其它产生谐波的大用户，可以为电网提供谐波影响的技术数据，提出对此类企业的谐波治理和考核指标。该研究成果已获得2010年度山东电力科学技术二等奖。

［1］苏彦禹.JJG 596－1999《电子式电能表》检定规程［M］.北京： 中国计量出版社，2001.

［2］GB／T 17215.322—2008／IEC 62053—22：2003 交流电测量设备 特殊要求第22部分：静止式有功电能表（0.2S级和0.5S级）［S］.

［3］GB／T 14549－1993 电能质量 公用电网谐波［S］.