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电能表“黑屏”原因分析           
电能表“黑屏”原因分析
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:06:12
    摘要:分析变电站10 kV中性点非有效接地系统的电能计量,采用三相四线电子式多功能电能表出现的黑屏现家,并找出了引发黑屏的原因,并针对计量装置存在的事故隐患,提出了几种切实可行的措施。

关键词:电子式电能表;黑屏原因;改进措施

中图分类号:TM933.4    文献标志码:B   文章编号:1003-0867(2007)06-0029-02

1 电能表的黑屏

山东省定陶县供电公司110 kV张河变电站为110 kV/10.5 kV降压变电站,2004年10月投运后,只为10 kV晨鸣Ⅰ线、10 kV晨鸣Ⅱ线两条线路供电,变电站运行正常,电能表计量也未出现任何异常。2005年12月又新增10 kV艺达线、10 kV仿山线、10 kV游集线三条线路供电,开始也未发现异常,指示仪表、电能表指示正确。然而,大约一周之后,操作队队员巡视设备时,发现所有10 kV线路电能表和10 kV总电能表均出现黑屏故障,不能计量。但110 kV侧计量正常。操作队迅速汇报调度,安排检修、计量人员前去处理。根据故障现象,首先怀疑电能表失压引起,10 kV侧计量电压回路出现故障,用万用表测量电能表的三相相电压、线电压均正常,排除了失压的可能性。将10 kV侧二次计量电压回路断电,再恢复送电后,电能表又恢复了正常。一年多来,这种现象发生了5~6次,严重影响了电力的计量和供用电,扰乱了正常的电力生产供应。后来通过仔细观察研究,发现每当10 kV母线绝缘监测告警时,常出现黑屏故障。

2 电能表黑屏的原因

将以上故障现象与电能表生产厂家联系沟通,得到的答复是“电能表内部设有过压保护功能,当计量电压超过电能表额定电压的130%时,电能表内部过压保护动作,自动断电黑屏,防止过电压对电能表的损坏。”后发现电能表使用说明书中的使用注意事项,要求必须严格按照标牌表明的电压等级接入电压,如果接入电压大于额定电压的1.5倍,即使短时间内也可能造成仪表的损坏。因此,初步断定电能表的黑屏是由过电压引起。变电站10 kV侧电能表电压回路如图1所示。



通过对线路正常运行时,单相接地故障情况下的相位图和电压幅值比较,发现电能表过压是黑屏的根本原因。线路正常运行和单相接地故障情况下的相位图和电压幅值特性,如表1所示(以A相单相接地为例)。



10 kV电压互感器TV一次侧的中性点接地时,正常运行和单相接地故障情况下的相位图和电压幅值特性如表1所示。





通过表1中图示比较可知,当A相发生单相接地时,电能表的A相相电压Uan=0V,B相相电压Ubn=100V,C相相电压Ucn=100 V。电能表中B、C两相的电压线圈所承受的电压,均是正常运行时额定电压Un的31/2倍,大于电能表过压保护值Uz=1.3Un,电能表过压保护正确动作,出现黑屏。同时根据电能表电压测量范围为Un±30%Un,即使在电能表不黑屏的前提下,也无法保证电能表的精确度。由此可得,在中性点非有效接地系统中,只要线路或母线发生单相接地,均不能保证计量的准确性。另外,变电站投运后,当只有10 kV晨鸣Ⅰ线、10 kV晨鸣Ⅱ线两条线路供电,变电站运行正常,电能表计量也未出现任何异常的原因,这是以上两条线路较短、线路状况较好,从未发生过单相接地故障。而投运10 kV艺达线、10 kV仿山线、10 kV游集线三条线路后,由于10 kV仿山线、10 kV游集线为农村线路,线路较长、线路状况较差,时时发生线路接地,从而造成电能表黑屏。

3 解决办法

为保证中性点非有效接地系统电能计量的准确性,依据以上分析,特提出以下三种解决方案。

3.1 方案1

国家电力行业标准DL/T5137-2001《电测量及电能计量装置设计技术规程》中规定:中性点有效接地的电能计量装置应采用三相四线的有功、无功电能表,中性点非有效接地的电能计量装置应采用三相三线的有功、无功电能表。因为使用的10 kV电力系统为中性点非有效接地系统,所以根据规程规定,应对10 kV中性点非有效接地系统的电能计量装置采用三相三线的有功、无功电能表。将原来10 kV线路和10 kV总计量使用的三相四线电子式多功能电能表,更改为三相三线电子式多功能电能表,这样即使再发生单相接地故障时,三相三线电子式多功能电能表的电压线圈所承受的线电压也不会变化,避免了线路或母线发生单相接地时,电能表电压线圈承受31/2倍Un,导致电能表黑屏的问题,保证了计量的准确性。

另外,采用这种解决方案,计量装置可以与绝缘监测共用一套电压互感器,节约了设备费用开支。

3.2 方案2

国家电力行业标准DL/T5137-2001《电测量及电能计量装置设计技术规程》中阐明:小电流接地系统属中性点非有效接地系统的一种,其电能计量装置理论上采用三相四线制计量最为准确,对计费用电能计量装置有条件或需要时,采用三相四线是比较合适的。即使10 kV线路或母线发生单相接地时,三相四线电子式多功能电能表的电压线圈所承受的相电压也保持Un不变,不会出现电能表黑屏的问题。将10 kV电压互感器TV一次侧的中性点改为不接地方式,如图2所示。





通过对线路正常运行和单相接地故障情况下的相位图和电压幅值特性比较,发现线路正常运行和单相接地故障情况下的相位图和电压幅值特性并没有发生变化。

TV一次侧的中性点不接地时,正常运行和单相接地故障情况下的相位图和电压幅值特性通过比较可知,当A相发生单相接地时,电能表的A相相电压Uan = 57.7 V、B相相电压Ubn = 57.7 V、C相相电压Ucn = 57.7 V,线电压Uan = 100 V、 Uan  = 100 V、Uan = 100 V,与线路正常运行时的相电压、线电压大小、相位均未发生变化,都符合三相四线电子式多功能电能表的技术参数要求,不会出现过压黑屏现象。

3.3 方案3

仍然采用图1所示电能表电压回路原理图和三相四线电子式多功能电能表,可以通过改变电能表的技术参数,扩大电能表的电压测量范围,使得即使有10 kV线路或母线发生单相接地时,电能表的电压线圈所承受的相电压也不会超过电能表的电压测量范围,从而保证三相四线电能表的三相电压线圈在承受31/2倍Un的情况下,电能计量的精度,不会出现电能表黑屏的问题,保证计量的准确性。

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