220 kV 母线电量不平衡率异常分析

田雨辰，郭安宁，周博曦

（1.国网山东济南市章丘区供电公司，山东 济南 250200；2.国网山东送变电工程有限公司，山东 济南 250011；3 山东电力高等专科学校，山东 济南 250002）

0 引言

厂站母线电量不平衡率是衡量电量供入供出是否正常的技术指标，是站内电量损耗的直观体现，厂站母线电量不平衡率的异常分析是线损工作的一项重要内容［1-2］。某电厂2012 年因母线电量不平衡率超标造成电能损失约4 000 万kWh，按工业用电0.670 元／kWh 计算，折合人民币3 150 余万元。因此，对厂站存在母线电量不平衡率超标情况进行分析，查出异常原因，及时排除故障，保证计量系统正常运行已经成为亟待解决的问题。

基于母线电量平衡分析法基本原理，结合电能计量管理工作经验，对某电厂母线电量不平衡率异常的原因进行了分析，排除了引起电厂母线电量不平衡的5 类常见原因，并最终锁定故障原因为三相三线计量装置与三相四线计量装置组合计量，提出了将该电厂三相三线计量装置更换为三相四线计量装置的解决措施。所给出的解决措施能够实现对电厂电量不平衡率的有效控制，实现计量表计准确、公正、可靠运行。

1 电厂接线方式

某电厂220 kV 侧采用中性点直接接地运行方式，为三相四线制系统。2012 年2 月，对该电厂220 kV 升压站进行改造，电厂改造前、后的系统接线方式分别如图1—2 所示。

改造前，电厂8 号机组主变压器通过汇流母线分别给分袁线、分白线、分下线以及3 号启动备用变压器、4 号启动备用变压器进行供电，各进出线均采用三相三线计量方式；9 号机组单独给分大线供电，采用三相四线计量方式。改造前8 号机组主变压器与9 号机组主变压器2 套系统独立运行、互不干扰。将9 号机组主变压器高压侧和分大线分别接入220 kV I 段母线延伸段进行改造，并保持原有的计量方式。

改造后母线电量不平衡率由改造前的0.02%上升到1.00%左右。改造前后各计量装置计量方式分别如表1—2 所示。

图1 电厂升压站改造前220 kV 侧一次线路

图2 电厂升压站改造后220 kV 侧一次线路

表1 改造前各计量装置计量方式

2 电厂母线不平衡率异常原因分析

2.1 常见因素分析

造成母线不平衡率异常因素有很多，常见因素包括：1）计量装置单体误差超差；2）计量装置接线错误；3）TV 二次压降不合格；4）TV／TA 二次负荷不合理；5）计量方式不合理等5 大类［3-4］。为排查出确切因素，对计量装置单体包括TA、TV、电能表等进行现场试验、分析，各计量单体的分析结果如表3 所示。由表3 可知，上述5 种常见因素均可排除。

表2 改造后各计量装置计量方式

表3 电厂计量单体现场试验结果

2.2 计量方式分析

2.2.1 计量原理

根据DL／T 448—2000《电能计量装置技术管理规程》要求，中性点直接接地运行方式属于三相四线系统，应采用三相四线方式计量［5］。通常三相三线计量方式应用于三相三线制等三相负荷平衡系统，当应用于三相四线制系统时，由于三相四线制系统中性线电流通常不为零，会存在一个由中性线电流引起的电能误差，且负荷不平衡越严重，采用三相三线计量方式造成的电能计量误差越大。

当采用三相四线计量方式时，其电能计算公式为

当采用三相三线计量方式时，其电能计算公式［6-7］为

由式（1）和式（2）可知，三相三线计量方式只计量了回路1、2 的电能，而三相四线计量方式计量了完整的3 个回路的电能。正常情况下，系统在三相对称时，中性线电流IN=0，此时采用三相三线计量不存在问题。然而，系统在不对称运行状况下将出现零序电流，如电力变压器三相运行参数不同、电力系统中有接地故障、单相重合闸过程中的两相运行、三相重合闸和手动合闸时断路器三相不同期投入、空载投入变压器时三相的励磁涌流不相等，此时中性线IN≠0，采用三相三线计量方式将使得中性线上流过的电能量发生损失。

2.2.2 电厂计量方式分析

该厂站分大线有大台与下蒲2 条分支线路，主要给电气化铁路供电，其负荷特性通常为三相不对称，并且具有非线性和冲击性的特点，其中性线常存在零序电流。图3—4 分别为大台220 kV 电铁2 线（电铁指给电气化铁路供电的供电线路）、下蒲220 kV电铁2 线的电流曲线；图5—6 分别为分大线、分下线三相电流不平衡率曲线。

图3 大台220 kV 电铁2 线电流曲线

由图5—6 可知，分大线负荷电流不平衡，此时，回路3 的电能不为零，这样使得三相三线计量方式和三相四线计量方式计量的电能量不相等。升压站改造后，假设9 号主变压器高压侧和分大线也采用三相三线计量方式，即全三相三线计量方法，对比分析全三相三线计量方式与实际的混合计量方式下的母线电量不平衡率。现场检测得到了分大线和9 号主变压器高压侧的电压、电流以及电压和电流之间的相位角，可知9 号主变压器高压侧和分大线的零序回路有功功率，如表4 所示。以此作为月平均功率得到该电厂9 号主变压器高压侧与分大线零序电能。而改造后母线电量不平衡率如表5 所示。

图4 下蒲220 kV 电铁2 线电流曲线

图5 分大线三相电流不平衡率曲线

图6 分下线三相电流不平衡率曲线

表4 电厂9 号主变压器高压侧与分大线零序电能

表5 改造后母线电量不平衡率对比

根据以上分析，分大线和9 号主变压器高压侧零序回路电量的计量造成了该月母线电量不平衡率的上升，同理可以得到其他月份类似的结果。

综上所述，9 号主变压器高压侧与分大线为三相四线计量方式，其他间隔为三相三线计量方式，这种特殊的电能计量方式组合造成了改造后母线电量不平衡率增大。随着大量电气化铁路如沪昆铁路的兴建与应用，电铁负荷越来越大，负荷不平衡程度越来越严重，为降低母线不平衡率造成的损失，需将该电厂220 kV 侧所有的三相三线计量装置更换为三相四线计量装置，同时应对负荷零序电流和负序电流造成的发电机和主变压器损耗进行分析。

3 结语

母线电量平衡分析法是确定变电站计量差错的一种有效方法。分析了220 kV 母线电量不平衡率异常产生的原因和后果，并提出了相应的计量方案修改和完善措施，有效地降低了母线的不平衡电流。所提方案在现场运行已运行1 年多时间，未发生电能计量误差超差事件，证明了该方案的正确性。

母线电量不平衡率异常分析是一项逻辑性较强，对计量对象运行熟知程度要求较高，将来要继续开展以下工作：应结合电能表、装置接线、电流互感器、电压互感器、二次回路等多方面分析母线电能不平衡问题，综合处理；根据负荷情况，合理地选择电流互感器的变比和额定二次容量，同时应保证二次负荷不超载；积极开展老变电所、就地生涯的变电所或者是改造的变电所互感器二次负荷在线测试，电流、电压回路二次负荷对电能平衡的影响更大些，应着重考虑二次回路的阻抗、电压降等因素。