110kV用户电能表反向有功问题故障分析

广州黄埔供电局 钟海东

某园区客户由110kV 双回路供电，LX 线660、HY 线884，目标用户两台主变压器的功率达到50000kVA，分别将无功自动补偿装置（SVG 动态无功发生器）安装于机器的二次10kV 母线处。计量点电压为110kV，高压供电同时在高压装置PT，CT 进行计量3×57.7（100）V，电能表倍率66000，电流互感器变比300/5。

1 提出问题

于2020年10月进行装表并送电时发现，10kV的母线尚未接入任何负荷，所以难以就电能表所安装的线路是否正确进行测定。在2021年1月启用用户内部的用电设备后发现，HY 线处所安装的884电能表始终处于反向计量状态，基于该计量情境，工作人员及时更换电能表且就电流的接线方向进行了及时调整。2021年4月，通过系统监控的调研发现，线路使用客户（110kV）LX 线660、HY 线884的电能表始终处于反向电量状态。

基于上述情形，2021年4月15日，计量中心附属检测团体前往故障现场将电能表更换，在对电能表进行实地更换前，对其进行二次检查以确保实际运行情况确实存在故障，测量数据结果显示：Ua=60.1、Ia=0.357A、Ua∧Ia=16°，另外两项测量指标的数值在整体层面展现的大致相同。尽管检测数据处于正常范围内，但是不可避免地仍然会产生反向电量的现象。

2 解决问题

2.1 计量点1故障分析

2.1.1 原因分析与排查

现场对SVG 的投入以及退出情景下，电能表所表现出的运行参数进行了实际分析。结果显示，在LX 线660处所安置的无功自动补偿装置SVG 在进行正式投入前，在计量原件一处存在着显著的电流反向现象，具体的参数为：U1=60.1、I1=0.100A、U1∧I1=264.7°，而计量元件二、三所表现出的数据则同元件一大致保持相同，在龙信线771线路上所安置的无功自动补偿装置的SVG 在投入正式的使用过程中，其电流表现为正向，具体的各项参数表示为：U1=60.1、I1=0.0.357A、U1∧I1=16°，而计量元件二、三所表现出的数据则同元件一大致保持相同。

图1 SVG 投切前后三相电压电流相量图

根据上述的分析结果可以发现，在将SVG 进行正式投入前的I1应该展现为容性，究其原因：在I1超前U1大于90°、I1的随相电压只有很小的概率是U1。由于I1相较于U3存在着明显的滞后现象，因此I1处的相电压是U3的可能性也极小。基于上述内容可以推断出，I1所表现出的随相电压一定为U2，同时I1电流线存在着反向接入的现象，其展现为向量图中-I1。

电流表的三相电流始终在接反状态维持的原因在于，电能表的状态处于三相平衡水平，同时，在计量区域的设备电压回路主要以跨相连接的形式表示[1]。

2.1.2 故障原因验证

上述过程在进行实地检查后，还要进一步对其推断过程的正确性进行分析，本研究对SVG 进行正式投入前与投入后所展现的有功功率数值进行对比判断。比对结果发现，SVG 设备在进行正式投入前与投入后的电流I1数据分别达到了0.11A和0.368A，在将SVG 投入使用前，将电压进行逆时针的方向移相120°，此时进行计量的有功量达到了：0.11×57.7×cos35.3 ° =5.1805W；而在将SVG 投入后，电流I1所达到的有功分量则为0.368×57.7×cos76°=5.142W，上述两项数据表明，在投入前后，两个有功分量大致保持相同，由此表明上述推断正确。基于此，推断出LX 线660计量点1电能表的电压以及电流接线情况为：元件一（Uc、-Ia），元件二（Ua、-Ib），元件三（Ub、-Ic）。

2.2 计量点2故障分析

原因分析与排查。SVG 已经在HY 线的884处进行了统一的安置，并且在进行使用前，计量点2处的电能表状态如下所示：电能表中所存在的电流始终处于正向的计量状态，各项有关参数数据具体为：U1=60.1、I1=0.040A、U1∧I1=81.9°，剩余数据在整体上保持着较为均衡的状态，华隐线995处周围所设置的SVG 在使用过程中，计量点2处表现为如下电流计量数据：电流处于反方向状态，其他有关参数为：U1=60.1、I1=0.178A、U1I1=177.2°，其他两相基本相同。在将SVG 投入电路的使用过程后，在顺时针方向电流I1共计偏离了大约95.3°。由于偏移角度超过了90°，因此SVG 的引入改变了电流I1处电能表的计量电能属性。

由于电流始终处于顺时针的偏移状态，因此可以推断进行计量的无功补偿设备属于感性设备的一种，其并不属于容性设备属性。SVG 在正式投入前，I1应展现为容性。图2中表示了在SVG 进行投切前与投切后HY 线处884计量点2所表现出的相量图，在图2中，黑色代表SVG 投入前的对应向量，红色代表SVG 投入后的对应向量。由于在SVG 进行投入前，I1表现为容性，由此可以推断I1本身的随相电压并不可能为U1。在下述相量图中，I1本身的随相电压只有通过U2表示。基于上述推断，电能表在处于三相平衡状态时，电压回路应该展现为错相。

图2 SVG 投切前后HY 线884计量点2的向量图

故障原因验证。为进一步验证上述推理内容的准确性与可信性，该部分研究进一步对SVG 在投入前后所达到的有功功率进行横向比对。结果显示，在SVG 设备投入后与使用前的电流I1数值分别为0.041A、0.060A，计量人员将电压沿顺时针方向移相120°左右，SVG 使用前，I1电流的有功分量参数为：0.043×56.5×cos37.9°=1.8563W，而在将SVG 投入后，I1电流所展现的有功分量具体表现为0.055×56.9×cos43.5°=1.8906W，前、后两个所计量的有功分量整体保持一致性，由此表明，上述推理具备着逻辑正确性。所以可推断华隐线995计量点2电能表的电压、电流接线情况为：元件一（Uc、Ia），元件二（Ua、Ib），元件三（Ub、Ic）。

3 结果与分析

3.1 结果

由上述流程中所涉及的分析结果我们可以获知，即使在解决现场故障后，SVG 设备仍然无法进行正常状态的使用，虽然进行强行投入，但是所展现出的电表功率因数仅为0.3，远不符合电网要求的0.9。因此，线路检察人员应协同有关电气设备原始安装企业，以及SVG 的组装生产企业进行联合排查，排查结果发现，所展现的计量障碍其主要原因在于：计量互感器在电压与电流方面存在人工标注错误，针对该问题进行了及时排查与解决。

3.2 分析

由于上述高压用户电能表出现反向有功电能计量故障，首先分析差错电量情况。

差错电量计算分析。计量点1差错电量计算。在2021年4月13日对故障进行处理时发现，LX 线660处计量点1处所安置电能表的数值展现为：有功正达到了31.12、有功反达到了1.52、无功达到了I=3.92、II=0、III=8.39、IV=10.46，处于电能表中的三原件，其电压与电流之间始终处于相对制衡状态，并且在二次侧安装的电能表数值达到了20.93，倍率则为80000。

一是更正系数法。更正系数法的计量原理在于对正确电量-错误电量的比值进行计算，经过计算可以得到相对的比值系数G，之后将处于错误状态的抄见电量作为分析依据，就相应的正确电量进行相应的科学计量。在依据更正系数进行计算时的公式为G=P/P'，在上述公式中，P 表征着处于正确状态的电量情况，其单位为kWh，P'代表着在处于故障状态时，从电能表中所反映的功率，单位为kWh。

在本文中，首先对更正系数G 进行计量与分析，并由上文有关公式对退补电量进行计算，由最终的电量计算结果我们可以获知，电量达到了：△P=（G-1）×P'。在本文中，在计量点1处所显示的错误电量，以及后期根据更正系数进行优化后的系数值具体如公式（1）、公式（2）展现，在φ=330°时为公式（3）。基于更正系数法面向存在错误的接线进行状态推理与更正计算，结果表明，在φ 为330°时，更正系数接近存在着无穷大的状态，所以基于上述数据，可以有效推断出：经过更正系数法所进行的计量过程同经过有关公式所计算的退补电量数值间相互符合。

二是计算实际用电量。及算法主要借助于错误电量所表现出的有功与无功功率与正确电量间的关系进行计算与推断，进一步可以有效推导出基于有功与无功数据的正确电量范围，对于错误电量有功功率和无功功率表达式为：

依据上述公式对正确电量进行计算，最终的计算结果为：26.773×65000=1740245kWh，相应的，电能表设备所记录的具体电量参数为：30.23×65000=1964950kWh，退补电量为（31.12-27.642）×66000=229548kWh。对龙信线771进行分析，结果表明，其总共运行了持续223天的时间，在这一运行期间，基于变压器处所消耗的电量数值累积达到如下范围：3.07×24×223=164306kWh，进一步计算目标用户在上述维持运行时间段内用电电量及所产生的损耗电量，其数值具体为：1673600+164306=1837906kWh，由上述数据的分析可以获知，该数值同1824372kWh 的电流计量结果大致保持一致，所以在通过计算法对上述数据进行推理后的计算电量同实际的计量标准相符合。

计量点2差错电量计算。2020年7月13日面向故障进行及时的分析、处理，在这一过程中，由故障的处理结果分析可以发现：计量点2处各项电量数值分别为：有功正达到-2.77、有功反达到-20.63，无功达到I=9.21、II=2.16、III=1.23、IV=0，基于上述数据分析结果可以知道，所检测的目标用户在变二侧电能表处的接线始终处在正确剂量的范围内，在该电量计量状态下，正向的有功示数为15.50，倍率80000。退补电量计算，实用电量以及退补电量的计算方式如以下公式所示：

在基于上述公式进行计量计算后，最终结果表明目标用户的准确用电量为：20.53×65000 =1334450kWh，电能表记录电量2.69× 65000=174850Wh，退补电量（20.53-2.69）×65000 =1159600kWh。退补电量算法验证。依据用户在变二侧位置电能表计量结果的数值范围，进一步将其同变压器的铜损、铁损进行相互比对，以此对用电量是否处于准确状态进行验证，最终结果表明，在使用期间内（2020年1月7日至7月13日），目标变压器所展现的消耗电量为：30.65×23×183=1129006kWh，用户的用电及损耗电量是1240000+138518=1378518kWh，与计算电量1302840kWh 基本一致。