轻载线路电能表产生反向无功的原理

摘 要 当架空输电线路处于空载热备用或轻载运行（对于s级电能表、电流互感器，轻载一般指TA额定电流1%及以下的负荷）状态时，事实会存在线路相间及对地会产生容性充电功率，其大小与电压等级及线路长度成正比。同时通过TA，TV及TV二次回路进行计量时相位发生了偏移，对电能表的无功计量电量造成了影响决定了电能表无功走字的正反方向。

【关键词】容性充电功率 无功走字 电能表 相位

1 现场案例

垞城电力公司200KV升压站有垞赵4921，4922两条出线，经过同一架空杆塔到供电公司变电站。由于生产原因机组长期停运，同时部分厂用设备仍在运行。运行抄表人员发现在机组停运期间本侧关口电能表经常出现反向无功功率输出。本侧关口电能表为0.2S级多功能电子式电能表，电能表分别取线路TA的三相电流和220kv母线TV三相电压进行计算。表1为用电状态下输出反向无功的日期表。

2 反向无功计量原因的初步分析

2.1 无功计量原理

电能表的四象限，如图1所示。

2.2 反向无功计量产生的原因分析

由本单位运方可知，本厂电能表产生反向无功计量的可能性有以下几种情况：

（1）电力系统的无功过补偿；

（2）电能表的计量接线有误；

（3）CT或PT计量的相位偏移；

（4）空载或轻载线路中的电容电流；

（5）并联回路的环流影响。

首先确认本厂的高低压设备均无无功补偿设备，然后经过认真检查确认线路的电能表接线正确无误。其次由于两条线路每次均同时出现反向无功计量现象，排除因为并联回路的环流影响。因此初步判断可能因为第三种及第四种原因导致的反向无功计量。

3 关于反向无功计量的分析计算

3.1 电容电流对反向无功计量的影响

仅对220KV升压站内4921线路进行建模分析。4921线路全长34.0203km，导线型号为2xLGJ300/25双分裂钢芯铝绞线，正序电抗0.35Ω/km，正序电纳 2.98 x10_f7（Ω · km）。线路模型如图2所示：用户侧即为机组全停的本厂侧；

在忽略线路绝缘子漏电与电晕放电的影响下，线路的二端口网络表达式为：

通过式（1）式（2）可知，输电线路的始端电压、末端電压与用户电流大小及功角均存在一定的关系。当4921线路空载运行或者轻载运行，线路电阻以发热的形式损耗有功功率，线路电抗以在线路周围产生交变磁场的形式损耗无功功率。另外因为线路电压的关系，输电线路的并联导纳支路相当于向输电系统提供了感性的无功功率。所以当4921线路不长而且负载很小时，在忽略掉线路电阻与线路电感的损耗后，影响反向无功计量的主要因素就只剩下由线路电压决定的并联导纳消耗的容性无功功率。这时当负载端消耗的感性无功功率小于线路并联导纳产生的感性无功功率时，会在受电端与用电端的出现均向系统输送无功功率的情况。

初步判断：因为空载或轻载线路在电压作用下客观存在的容性充电电流，受到电压等级以及线路长度的影响，在理论上会出现电能表的反向无功计量。

3.2 TA或TV计量的相位偏移对反向无功计量的影响

3.2.1 TA影响反向无功计量的分析

根据图3可知，因为电流互感器受绕组阻抗和激磁电流的影响，一次电流与二次电流会产生相位误差。电流互感器的误差是由比值误差f1与相位角误差δ1共同构成，相位角误差δ1等于二次侧电流反向后与一次侧电流的相角差。当δ1为负值时，二次电流的相角滞后于一次电流；当δ1为正值时，二次侧电流超前于一次电流。

根据电流互感器的相角误差特性曲线可知，电流互感器一次侧电流的越小，相角误差δ1的曲线越陡峭。一定情况下相角误差δ1最大时超过2°，即二次电流超前一次电流2°以上。

3.2.2 TV影响反向无功计量的分析

在电压互感器中同样因为绕组阻抗和激磁电流的影响，以及电压互感器二次侧出口与电能表表端电压连接导线较长导致一定的压降与相位偏移的影响，电压互感器的一次电压与二次电压之间会产生相位误差δr。相位误差δr为电能表二次侧反向电压与一次侧电压的相位角差。由于二次负载及负载功率因数对相位误差δr的影响远大于TV自身的相位误差，在忽略TV自身的相位误差的情况下：

由式（4）可知，负载导纳B2与导线电阻rL越大时，相位误差δr越大且为正值（电压互感器的一次侧电压滞后与电能表表端电压）

因此由TA与TV计量的相位偏移对反向无功计量的影响分析判断可知，当线路轻载或者空载运行时。当电流互感器的相位误差δI大于电压互感器的相位误差δr，有可能致使关口电能表的电流向量超前于电压向量时，也会出现电能表的反向无功现象。

4 结论

当架空线路在空载运行或者轻载运行时，线路对地的容性充电功率会导致受电端电能表出现方向无功，线路的电压等级越高、线路越长越容易产生反向无功。同样由于电流互感器的一次侧与二次侧电流的相位误差，在一次侧电流较小时也有可能出现电能表出现方向无功的情况。

作者简介

李昂（1992-），男，就职于徐州垞城电力有限责任公司。

作者单位

徐州市垞城电力有限责任公司 江苏省徐州市 221000endprint