王志坚
大唐湘潭发电有限责任公司 湖南 湘潭 411101
摘要：某大型发电机组近两年一直存在发电机厂内电能计量异常问题，导致发电机厂用电率较高，专业人员通过检验电度表准确度等级，统一电度表电压回路，测二次线压降等方式没有发现异常，后长时间观查发现发电机机端电流存在轻微三相不平衡，而发电机电度表采用三相三线制接线方式，故导致电度数据采集不准确。专业人员更换电度表为三相四线制，同时对发电机机端电流不平衡问题进行了分析检查，排除了故障原因，解决了该问题。
关键字：电能计量、三相不平衡、并架双回线、全线不换位
1、某600MW机组厂内电能计量包括6块电能表：主变电能主表（0.5S）、主变电能副表（0.5S）、发电机电能主变（0.2S）、发电机电能副表（0.2S）、高厂变电能表（0.5S）、高公变电能表（0.5S）。一般情况下，P发-P厂-P公-P主=P主耗，按主变最高效率99.76%考虑，P主耗应大于0.24% P发，查阅2020年1月至7月4号发电机组厂内电能计量数据，见表1。
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表1 2020年1～7月4号发变组厂内电能计量数据
可以看出，2月份和7月份，主变损耗为负功率，明显存在异常。上述6块电度表检定日期为2019年11月份更换，检验结论符合规程要求，不存在计量误差问题。
2、现场检查情况
主变电能主（副）表采用三相四线制，即输入了A、B、C三相电流和A、B、C三相电压，查看其数据与线路关口电能表中电压、电流、功率因素、有功功率均一致，与线路故障录波中电压、电流幅值一致，考虑其电压和电流回路均来自于不同的TV和TA ，而其内部数据一致，排除主变电度表和二次回路存在问题。发电机电能主（副）表采用三相三线制，即输入了A、C相电流和A、B、C三相电压，查看其电压、电流数据与发变组故障录波和PMU装置中电压、电流采样并无明显区别，考虑其电压和电流回路均来自于不同的TV和TA ，而其内部数据一致，排除主变电度表和二次回路存在问题。4号发电机电能主（副）表有功功率数据与PMU装置中机组有功数据存在较小偏差（数值存在波动，无法确定具体偏差大小），比较两套装置注意区别是接线方式不同，发变组故障录波和PMU装置采用计算三相有功之和方式（三相四线制）。高厂变电能表、高公变电能表采用三相三线制，即输入了A、C相电流和A、B、C三相电压，查看其电压、电流数据与发变组故障录波中电压、电流采样一致，虽然三相电流不平衡可能会对电度数据产生影响，但其电度数值较小，更换电表对厂用电率影响很小，故不建议更换，暂保持现状。
3、电度数据异常计算
4号发电机出口电压三相平衡，出口电流存在不平衡现象，以2020年10月13日上午9点10分为例:有功P=247MW，Q=68Mvar，Ua=11.6kV，Ub=11.6kV，Uc=11.6kV，Ia=7214A，Ib=7434A，Ic=7428A。A相电流约为B相电流的97%，发电机电度计量采用三相三线制接线方式，P=Ia*Uab*Cosφ1+Ic*Ubc Cosφ2=0.97*1.732*1.732/2+1*1.732*1.732/2=2.955（标幺值），而如果采用三相四线制接线方式，P=Ia*Ua+Ib*Ub+* IbcUc=0.97*1+1*1+1*1=2.97（标幺值）。故两种接线方式产生的计量误差为（2.97-2.955）/2.97=0.5%，此值应为主变损耗。故计划将4号发变组电能主表更换为三相四线制0.2S级电能表，并完成相关配线，更换后结合机组运行观察，确认问题已解决。
4、电流不平衡原因分析
现场检查以2020年10月某一时间为例：机组有功P=275MW，Q=64Mvar，Ua=11.6kV，Ub=11.6kV，Uc=11.6kV，Ia=7922A，Ib=8149A，Ic=8142A，I2=155A，I0=68A；公用Ⅳ段进线2D02开关电压Ua=3.7V，Ub=3.7kV，Uc=3.7kV，电流Ia=915A，Ib=920A，Ic=905A；工作ⅣA段进线2402开关电压Ua=3.7V，Ub=3.7kV，Uc=3.7kV，电流Ia=725A，Ib=735A，Ic=725A；工作ⅣB段进线2404开关电压Ua=3.7V，Ub=3.7kV，Uc=3.7kV，电流Ia=530A，Ib=545A，Ic=540A；主变高压侧电流电压Uab=537V，Ubc=537kV，Uca=535kV，Ia=277A，Ib=275A，Ic=284A（主变为Yd11，所以变压器低压侧A相电流低会体现在变压器高压侧的A、B两相上，故变压器高压侧A、B两相电流均低一些）。可以看出，高厂变和高公变高压侧电流三相基本对称，发电机出口A相电流不平衡是由于线路电流不平衡导致。线路电流不平衡度K=155/7922=1.9%，小于规程规定的6%，在同步机组安全运行的允许范围内。而电流不平衡可能的原因有：输电线路三相参数不对称、负荷不平衡及某些设备使用不当。500kV线路为高压输电线路，其电网中负载均为三相对称负载，且已运行多年，故不考虑负荷不平衡和设备使用不当问题，本分析主要从测量回路排查和输电线路三相参数不对称展开分析。
5、输电线路三相参数不对称分析
据了解，机组出线为同杆并架双回线全线不换位，其线路阻抗值包括线路自身阻抗和与其他线路之间的感应阻抗，而由于出线A、B、C三相导线位置不同，全线不换位使得线路每相导线对于另外两相导线产生的感抗互不相同，虽然距离不长（约26km），依然会对线路整个阻抗产生影响。查阅2005年湖南省电力勘测设计院专家编写论文《500kV同杆并架双回线路电气特性研究》可知，从理论上计算，出线同杆并架双回线，两端500kV母线最大负序电压不平衡度0.636%，导线逆相序布置，流入湘潭发电机侧的最大负序电流不平衡度0.7%。而实际运行中该不平衡度还受变压器阻抗、线路对地感抗、电气一次附属设备参数影响，故其不平衡度还会有所增大，目前实测的不平衡度为1.9%。
6、分析结论
大型发电机出口三相电流或多或少都存在不平衡情况，以另一电厂2号机组（容量600MW，电压等级500kV）为例，机组有功P=270MW，Q=—18Mvar，Ua=11.5kV，Ub=11.4kV，Uc=11.5kV，Ia=7837A，Ib=7939A，Ic=7866A，其Ia与Ib之差102A，不平衡度K=102/7939=1.2%。由于线路出线为同杆并架双回线全线不换位方式，故其不平衡度更大，但仍在规程允许范围内（6%），不会危害机组和系统运行。三相不平衡情况下，电度表必须采用三相四线制接线方式，否则定会造成记录误差，导致数据异常。
参考文献：
[1]2005年4月在《高电压技术》发表的湖南省电力勘测设计院胡丹晖 《500kV同杆并架双回线路电气特性研究》