零压降电量管理装置及其工程应用

【摘 要】 国家电网公司科技发展规划提出了“构建数字化电网，打造信息化企业”的战略目标，数字化和信息化将对我国电力系统的发展产生深远的影响。本项目紧紧围绕国网公司“构建数字化电网，打造信息化企业”的战略目标，与国电南自公司共同开展传统电压互感器的数字化技术、装置及工程应用研究。针对传统电压互感器二次回路电压降引起的计量误差，研究将其信号数字化的技术方案和装备，即零压降电量管理装置，减少乃至消除压降，降低电能计量误差，提高电能计量准确度；并为传统变电站中电压互感器数字化改造在安徽省乃至国家电网推广提供可行的技术方案及技术装备。

【关键词】 电压降 零压降 计量误差 数字技术 工程应用

随着我国电力企业经济改革的深入发展，电能计量越来越受到各电力企业的重视，电能计量装置中各个组成单元的质量水平也不断提高，特别是电子式电能表的误差基本上在±0.2%之内，接近于零。作为电能计量装置重要组成部分的电压互感器二次回路压降，从多年的运行经验来看，电压互感器二次压降引起的电能计量误差是惊人的。虽然国内外提出了很多方法，如：加粗电压互器感二次连接导线的截面、减小二次连接导线的长度和各接点接触电阻；装设计费电能表专用二次回路；采用电压误差补偿器来补偿二次导线压降引起的比差和角差等。种种方法并没有从根本上将电压互感器二次回路电压降降到接近于零。

虽然电子式互感器已在数字化变电站的示范工程中得到了应用，能够有效地降低PT二次回路电压降，但在全面推广应用中还存在不少的问题，技术上是否成熟、运行上是否长期稳定可靠、计量行政监督部门和用电客户对其计量准确性是否认可等，都需付出很大的努力。

零压降电量管理装置通过采用传统互感器数字化技术，结合了传统电压互感器和电子式互感器的优势，实现了传统电压互感器向数字化转化的技术路线，为有效地解决这个问题提供了一种较好的手段。一方面可消除压降，提高计量准确度，为目前电网中大量的传统变电站的数字化改造探索可行的技术途径；另一方面也易得到政府和广大用电客户的认可。

综上所述，本项目研究的传统电压互感器数字化技术，起点高，市场广阔，竞争性强，符合国家和社会发展的整体要求，本装置的推广必将带来良好的经济效益和社会效益，具有十分良好的应用前景。

1 零压降电量管理装置的总体设计方案

零压降电量管理装置的总体设计方案如下：在PT二次电压的输出端通过安装于PT端子箱的发送装置就地将其数字化，并转换为光信号，通过光缆传输至控制室电能表或电能计量专用切换装置处，再通过接收装置还原成模拟信号，输入电能表，从而达到完全消除信号传输过程中电压降，提高整套电能计量装置准确度的目的。

2 零压降电量管理装置的关键技术

零压降电量管理装置主要采用两个方面的关键技术：一是采用数字化技术，具有准确度高、功率大、兼容性强的特点。 为了与电能表、PT切换装置兼容，该装置在将数字化信号传输至控制室电能表或PT切换装置处后，必须具备100V或57.7V的模拟高电压输出接口，还应达到0.05级至0.1级的信号转换准确度，因而具有较高的技术难度。为此必须从电路设计、元器件筛选、单元电路的保护等多方面进行综合考虑，同时还需设计与该电路配套的大功率、低纹波的高稳定度高压直流电源。二是实现智能预警，确保长期可靠稳定运行。零压降电量管理装置运行地可靠性和长期稳定性一直是在安装使用过程中重点关注的问题。为了保证可靠运行，装置必须具备自诊断功能，实现智能预警，能够在装置出现故障时，自动、同步切换至电压互感器通过电力电缆传输的计量二次回路，从而确保电能计量的准确性。

零压降电量管理装置主要技术内容达到的规格、指标分别是：

装置的测量准确度：0.05级。

电压信号幅值准确度：额定一次电压80%-120%范围内：优于0.1%。

电压信号的相位误差：额定一次电压80%-120%范围内：小于±5分。

装置的功率消耗：10VA。

装置的设计平均无故障时间：4万小时。

适用环境温度范围：户内部分：-5℃～+40℃ 户外部分：-40℃～+50℃。

3 试验材料与方法

零压降电量管理装置采用国电南京自动化股份有限公司生产的DLG-211零压降电量管理终端，在现场应用中主要由三部分构成：一是安装于PT端子箱的发送装置；二是安装于控制室电能表或电能计量专用切换装置处的接收装置；三是带铠装的光缆。

测试采用实验室检验和现场应用对比相结合的方法。

实验室检验：根据国家有关标准，在实验室对装置进行误差测试，确保符合计量要求。

现场应用测试：通过安装在毛庄变电站计量点的零压降电量管理装置与安装前的计量二次回路电压降进行测试比对，用以验证消除压降的实际效果。

4 试验过程与结果

4.1 试验方案

在试验过程中，为了避免用电客户对电能计量准确性的异议，也为了防止因装置故障影响或异常而造成计量不准，本着稳妥慎重的原则，经过研究决定把2套零压降电量管理装置分别安装在毛庄变110kV I段压变和II段压变计量二次回路上，该电压等级计量装置全部为考核用。待确认装置运行稳定后，再经过公司组织的验收，然后逐步推广到计费PT二次回路中。

为了真实反映零压降电量管理装置降低PT二次回路电压降的效果，决定新装1套计量装置进行运行比对。为了确保两套计量装置具有可比性，一是选用同一厂家生产的同一型号、同一批次、准确度为0.2级的多功能电能表，两表在实验室检定时的误差值接近于零；二是采用同一电流互感器二次回路串联接入电能表；三是通过原有的PT二次回路和零压降电量管理装置分别接入电能表。

4.2 试验过程

按照试验方案的要求，计量中心在毛庄变认真组织安装调试DLG-211零压降电量管理装置。经过验收合格后，开始进入3个月的试运行阶段。从2009年12月1日到2010年2月28日，共运行90天。测试数据说明DLG-211零压降电量管理装置降低PT二次回路电压降的效果较为明显。

4.3 试验结论

DLG-211零压降电量管理装置外型美观大方，体积小，重量轻，安装方便，性能稳定，安全可靠，能够有效降低PT二次回路电压降，从而提高电能计量的准确度。

DLG-211零压降电量管理装置可以应用在PT二次回路传输距离较远、对计量准确度要求高的变电站内。积极推广应用该装置，可为企业带来较好的经济效益和社会效益。

5 技术关键与创新点

5.1 零压降电量管理装置采用数字化技术，具有准确度高、功率大、兼容性强的特点

为了与电能表、PT切换装置兼容，该装置在将数字化信号传输至控制室电能表或PT切换装置处后，必须具备100V或57.7V的模拟高电压输出接口，还应达到0.05级至0.1级的信号转换准确度，因而具有较高的技术难度。为此必须从电路设计、元器件筛选、单元电路的保护等多方面进行综合考虑，同时还需设计与该电路配套的大功率、低纹波的高稳定度高压直流电源。

5.2 零压降电量管理装置实现智能预警，确保长期可靠稳定运行

零压降电量管理装置运行地可靠性和长期稳定性一直是重点关注的问题。为了保证可靠运行，装置必须具备自诊断功能，实现预警，并在零压降电量管理装置出现故障时，能够自动、同步切换至电压互感器通过电缆传输的计量二次回路，从而确保电能计量的准确性。

6 技术重点与适用范围

通过在毛庄变3个多月的应用，本装置适合用于关口、大用户电能计量装置。通过本装置的应用，能够进一步降低PT二次回路电压降，避免应计未计电量的损失。

本项目保留了传统互感器的一次及二次部分，现场可以在一次设备不停电的情况下进行安装，施工简单。PT端子箱只需留有足够的空间安装本装置的信号取样和前端发射装置即可。

7 推广应用情况及存在不足

应进一步减小信号取样和前端发射装置的体积，以适应各种不同的应用场合。

8 经济效益

有效降低了PT二次回路电压降，每年为供电企业挽回因PT二次回路电压降影响的电量损失而造成的经济损失。经过计算，仅仅投入运行的毛庄变电站，每年挽回经济损失不低于30万元。

9 社会效益

国家电网公司科技发展规划提出了“构建数字化电网，打造信息化企业”的战略目标，数字化和信息化作为当今科技发展的趋势和潮流将对我国电力系统的发展产生深远的影响。在当今特高压、大电网的背景下，建立能够实时反映电力系统运行状态的数字化电网是建设具有中国特色自主创新电网的迫切要求，对提高电力系统运行效率、维护系统运行安全具有重大意义。电网数据采集与通信技术是构建数字化电网的关键技术之一，目前电子式电压互感器不论是光学的还是分压型的，均存在测量原理上的缺陷，距离大规模应用还有一定距离。本项目正是针对这一现状，将数字化技术用于传统电压互感器的改造中，一方面可消除压降，提高计量准确度，另一方面，可为目前电网中大量的传统变电站的数字化改造探索可行的技术路线。