10 kV电力系统三相电能计量装置接线方式的讨论

2019-05-14丁国峰邬程欢周和平

上海电气技术 2019年1期

丁国峰, 邬程欢, 王扬, 周和平

1.国家电网宁波供电公司浙江宁波 3150122.杭州华春科技有限公司杭州 311121

为提高供电可靠性,10 kV电力系统中性点通常采用不接地或经消弧线圈接地这两种运行方式。基于以上运行方式,电力系统运行规程规定,在系统发生单相接地故障时,允许带接地点运行2 h。在此情况下,为保证三相电能计量装置的计量准确性及系统安全运行的可靠性,必须确定最合适的接线方式。

1 中性点不接地

10 kV系统较普遍采用中性点不接地运行方式。依据基尔霍夫节点电流定律,流入中性点的电流等于流出中性点的电流[1],即IA+IB+IC=0,任意一相电流等于其它两相反方向电流的向量之和,三相电流对称相等,IA=-(IB+IC),IB=-(IC+IA),IC=-(IA+IB)。三相电能计量装置采用Y0/y0接线方式,如图1所示,对应向量图如图2所示[2]。

图1 三相电能计量装置Y0/y0接线方式

图2 图1对应向量图

电能表有三个计量元件,每一个计量元件的电压线圈承受的都是相电压,与其对应的电流线圈流过的是相电流。三相四线制电能表计量的三相功率P为[1,3]:

(1)

式中:Ua、Ub、Uc为各相相电压;Ia、Ib、Ic为各相相电流;Ux为线电压;Ix为线电流,φ为功率因数角,φa=φb=φc=φ。

对于计量装置V/v接线方式,通常采用两台单相电压互感器,接成不完全三角形,如图3所示[4-5],对应系统电压向量图如图4所示,对应电压互感器电压向量图如图5所示。

图3 两台单相电压互感器不完全三角形接线

图4 图3对应系统电压向量图

单相电压互感器一次、二次侧绕组分别标有A、X、a、x极性端,第一台电压互感器跨接在A、B相上,承受线电压UAB,第二台电压互感器跨接在B、C相上,B相为公共点,承受线电压UCB,有UAB=UA-UB,UCB=UC-UB,且UAB=UCB=UCA,构成等边不完全三角形。

图5 图3对应电压互感器电压向量图

三相电能计量装置V/v接线方式如图6所示,对应向量图如图7所示[6]。

图6 三相电能计量装置V/v接线方式

图7 图6对应向量图

以V/v 接线方式中B相为公共点为例,电流互感器分别串接在A、C相中,采用两个计量元件,第一个计量元件的电压线圈承受线电压Uab,与其对应的电流线圈流过线电流Ia,Uab与Ia之间的夹角为30°+φa,第二个计量元件的电压和电流值分别为Ucb与Ic,两者向量之间的夹角为30°-φc。三相三线制电能表计量的三相功率P为[7-8]:

(2)

通过上述计量分析,可见三相电能计量装置Y0/y0及V/v这两种接线方式在10 kV电力系统中性点不接地运行方式下,均能正确计量三相功率。

2 中性点经消弧线圈接地

10 kV电力系统中性点采用不接地运行方式,在系统发生单相接地故障时,常因接地产生的弧光而引起过电压,烧毁运行设备。为此,一些地区10 kV电力系统采用中性点经消弧线圈接地运行方式,如图8所示[9]。

图8 中性点经消弧线圈接地方式

图8中,Pc为消弧线圈,CA、CB、CC为三相导线对地电容,ICA、ICB、ICC为三相电容电流。三相导线对地电容值不等,ICA+ICB+ICC=ICO,ICO经大地流回到电源的中性点。在这种运行方式下,三相电能计量装置采用Y0/y0接线方式,三相导线均串接电流互感器,ICO零序电容电流被计量在表计中。若计量装置采用V/v接线方式,则仅在A、C相中串接电流互感器,三相电流平衡方程为ICA+ICB+ICC=0,三相导线对地电容电流的平衡方程为ICA+ICB+ICC=ICO,零序电容电流ICO未被计量在表计中。由此可见,三相导线对地电容值相差越大,计量误差也就越大。

3 单相接地故障

为提高供电可靠性,10 kV系统发生单相接地故障时,系统中性点无论是经消弧线圈接地还是不接地,继电保护均不作用于跳闸,而仅是发出警报信号。假设A相接地,如图9所示,各相电压变化如图10所示[10]。

正常运行时,三相电压基本对称相等,中性点电压Uo视为0,与大地等电位。当系统A相发生接地故障时,A相对地电压UA为0,中性点电压发生位移,对地升高为相电压,与原A相电压相位相同,B、C相对地电压则升高为原来的1.73倍,即升高为线电压。由图10可以看出,系统发生单相接地,相电压发生了变化,但并没有改变线电压的对称性。对于Y0/y0接线方式,因B、C相绕组对地电压升高为原来的1.73倍,励磁电流也随之增大,易引发磁饱和及铁磁谐振。而对于V/v接线方式,无论正常运行或是系统发生单相接地故障,所承受的电压均为线电压,因此不会引发上述问题。