 |
ВПЛИВ ПОХИБКИ ТРАНСФОРМАТОРІВ
Спад виробництва останніх років призвела до зменшення навантажень в ряді вузлів енергосистеми, а також зниженню споживання промисловістю, що в свою чергу спричинило виникнення негативної похибки в автоматизованих системах контролю та обліку електроенергії (АСКОЕ). Причиною тому стало виникнення негативної похибки у первинних датчиків струму і напруги, в якості яких використовуються трансформатори струму і напруги. Дана робота присвячена дослідженню причин виникнення похибок і способам усунення недообліку електроспоживання в системах АСКОЕ.
Похибки трансформаторів струму (струмова і кутова) обумовлені наявністю струму намагнічування і розраховуються за формулами [1, 2]:
струмова похибка
(1)
де Lм - середня довжина магнітного потоку в муздрамтеатрі, м; z2 - опір гілки вторинного струму (повний опір вторинної ланцюга і вторинної обмотки), Ом; f - частота змінного струму, Гц; Sм - дійсне перетин муздрамтеатру, м2; j - кут втрат , а a - кут зсуву фаз між вторинної е.р.с. Е2 і вторинним струмом I2, град.;
кутова похибка
(2)
Основний вплив на величини похибок трансформаторів струму надають їх завантаження по струму і величина опору вторинної ланцюга. В умовах зниження споживання електроенергії промисловими підприємствами завантаження трансформаторів струму часто не перевищує 5 - 15%, що призводить до значного збільшення похибок.
Граничні значення струмового та кутовий похибок трансформаторів струму для вимірювання (за ГОСТ 7746-89) наведено в таблиці.
Клас точності | Первинний струм,% номінального | Гранична похибка | Вторинна навантаження,% номінальної, при cos j 2 = 0,8 | ||
струмова | кутова | ||||
мін | град | ||||
0,2 | 5 | ± 0,75 | ± 30 | ± 0,9 |
|
0,5 | 5 | ± 1,5 | ± 90 | ± 2,5 | 25-100 |
Результати розрахунку кутовий і струмового похибок трансформаторів струму типу ТПОЛ 600 / 5, класу точності 0,5, вироблені за формулами (1) і (2), показані на рис. 1 і 2 (тонка лінія - розрахункова крива, жирна лінія - апроксимація). Вид апроксимує вираження і критерій згоди розрахункової і апроксимуючої кривих представлені на малюнках.
Рис. 1
Рис. 2
Для діапазонів зміни (1 - 10% і 10 - 100%) первинного струму від номінального значення математичні моделі струмового похибки найбільш поширених трансформаторів струму мають вигляд:
ТПОЛ10-600 / 5
Df [%] = 0,8428 * ln I1 - 1,9617 для 1 <I1 <10%
Df [%] = 0,0841 * ln I1 - 0,3919 для 10 <I1 <100%
ТЛШ10-2000 / 5
Df [%] = 0,7227 * ln I1 - 1,6815 для 1 <I1 <10%
Df [%] = 0,0722 * ln I1 - 0,3353 для 10 <I1 <100%
ТПШФД10-3000 / 5
Df [%] = 0,5986 * ln I1 - 1,2261 для 1 <I1 <10%
Df [%] = 0,0597 * ln I1 - 0,1111 для 10 <I1 <100%
Значення первинного струму I1 трансформатора струму в формули слід підставляти у відсотках від номінального значення.
Дослідження похибок трансформаторів струму проведені в НІЦЕ, показали прийнятну збіжність теоретичних та експериментальних результатів. На рис. 3 наведені результати експериментального дослідження ТТ типу ТПЛМ10-200 / 5, класу точності 0,5.
Результати дослідження струмових похибок різних типів трансформаторів струму з первинним номінальним струмом 75 - 600 А дозволило зробити наступні висновки:
Рис. 3
- в діапазоні зміни первинного струму від номінального значення 1 - 25% струмова похибка має негативний знак;
- зі збільшенням первинного струму абсолютне значення струмового похибки зменшується;
- експериментальні дослідження підтверджують правильність математичної моделі струмового похибки трансформатора струму;
- облік струмового похибки трансформатора струму в АСКОЕ дозволить зменшити величину небалансу по підстанцій;
- кількість електроенергії, що відпускається споживачам, через негативною струмового похибки трансформаторів струму занижено порівняно з фактичною величиною; тому облік струмового похибки трансформатора струму в АСКОЕ дозволить більш точно оцінювати величину відпускається споживачам електроенергії та отримати певний економічний ефект, який буде оцінений далі.
Другим джерелом похибки вимірювання електроенергії є трансформатор напруги.
Згідно [3, 4] похибка по напрузі визначається наступним чином: DU = DUн + DUх (3)
де DUн - похибка по напрузі, обумовлена струмом навантаження,%; DUх - похибка по напрузі, обумовлена струмом холостого ходу,%.
Використовуючи векторну діаграму, можна з достатньою точністю виразити складові похибки трансформатора напруги наступним чином:
де U2 - напруга вторинної обмотки трансформатора, В; Ia-активна складова струму холостого ходу, приведена до вторинної обмотці трансформатора, А; r'1 - приведений опір первинної обмотки трансформатора, наведене до вторинної обмотки, Ом; I'p - приведена реактивна складова струму холостого ходу, наведена до вторинної обмотки трансформатора, А; x'1 - реактивний опір первинної обмотки трансформатора, наведене до вторинної обмотки, Ом; I2 - струм навантаження трансформатора, А; r2 - опір вторинної обмотки трансформатора, Ом; cosj2 - коефіцієнт потужності навантаження, отн. од.; x - індуктивний опір трансформатора, Ом.
Кутова похибка трансформатора напруги визначається як
,
де d'x - кутова похибка, обумовлена струмом холостого ходу; d'н - кутова похибка, обумовлена струмом навантаження.
Складові кутовий похибки визначаються як
;
Результати розрахунку похибок трансформатора напруги показані на рис. 4 і 5. Основний вплив на похибку трансформатора напруги надає величина вторинної завантаження I2.
Рис. 4
Рис. 5
Залежність похибки трансформатора напруги від коефіцієнта завантаження за потужністю (відношення фактичного навантаження вторинної обмотки трансформатора напруги до номінальної величини навантаження) має вигляд
DU [%] = - 0,73 * Кз + 0,35,
де Кз - завантаження трансформатора напруги по вторинній обмотці, отн. од.
Отримані вирази для похибок трансформаторів струму і трансформаторів напруги дозволяють збільшити точність обліку електроенергії на підстанціях.
Ефективність впровадження АСКОЕ на підстанції залежить
- від витрат на впровадження АСКОЕ;
- від економічного ефекту, отриманого в результаті впровадження.
В даний час облік відпущеної електроенергії та розрахунок енергетичного балансу на більшості підстанцій ведеться за допомогою електромагнітних лічильників без урахування похибок трансформаторів струму і трансформаторів напруги.
Часто трансформатори напруги працюють при завантаженні вторинної обмотки, що перевищує номінальну в кілька разів, тобто з негативною похибкою. Велику частину навантаження трансформатора напруги становлять вимірювальні прилади, підключені до них, зокрема електромагнітні лічильники активної енергії. Наприклад, на підстанції "Свердловська" встановлені індукційні лічильники типу САЗУ-І670М, споживана потужність яких 4 Вт. В результаті впровадження АСКОЕ індукційні лічильники будуть замінені на електронні - типу ПСЧ, споживана потужність яких у два рази менше - 2 Вт.
У цьому випадку коефіцієнт завантаження трансформатора напруги знижується в два рази до значення 1,1 і, отже, знижується похибка трансформатора напруги з 1,15% до 0,5%. Зниження похибки трансформатора напруги приведе до підвищення точності обліку відпущеної споживачам електроенергії.
Облік струмових похибок трансформаторів струму і напруги в системі АСКОЕ дає економічний ефект. Для оцінки економічного ефекту від впровадження АСКОЕ був проведений оцінний розрахунок річного споживання електроенергії по підстанції "Свердловська" з урахуванням похибок трансформаторів струму і напруги. Розрахунок проводився наступним чином:
- За наявними даними за характерні зимові та літні добу року (1997 і 1998 рр..) Розраховувалися погодинні значення активної потужності (з урахуванням похибок трансформаторів струму і напруги) по вводах і відходить лініях за формулою
Рфакт = P * КI * KU,
де Р - середньогодинні значення потужності, що визначаються за показаннями електролічильників;
KI - коефіцієнт, що враховує струмовий похибка трансформатора струму, KU - коефіцієнт, що враховує похибка трансформатора напруги.KI = 1 - (Df I / 100), KU = 1 - (Df U / 100),
де Df I - струмова похибка трансформатора струму, Df U - похибка трансформатора напруги. - Визначалося споживання електроенергії за характерні зимові та літні добу з урахуванням похибок трансформаторів струму і напруги (Wз.факт і Wл.факт) і без урахування похибок (Wз і Wл) по вводах і відходить лініях:
Wз.факт = S Рфакт.з,
Wл.факт = S Рфакт.л,
Wз = S Рз,
Wл = S Рл. - Розраховувалася величина річного споживання активної електроенергії по вводах і відходить лініях за формулами
Wг.факт = Wз.факт * Nз + Wл.факт * Nл,
Wг = Wз * Nз + Wл * Nл,
де Nз = 213 і Nл = 152 - кількість зимових та літніх діб на рік. - Ефект від впровадження АСКОЕ визначається за формулою DW = SWг.факт - SWг,
де SWг.факт і SWг - річне споживання електроенергії відходять фідерами з урахуванням і без урахування похибок трансформаторів струму і напруги відповідно.
Оцінку економічного ефекту зробимо для двох варіантів.
- При обліку АСКОЕ струмових похибок трансформаторів струму і зниженні похибок трансформаторів напруги за рахунок зниженого енергоспоживання електронних лічильників ефект складе:
за даними за 1997 р.
DW = 331021094-326683013 = 4338081 кВт * год / рік;за даними за 1998 р.
DW = 294647641-290512594 = 4135047 кВт * год / рік.У грошовому вираженні економічний ефект (Е) дорівнює (при вартості електроенергії 0,4 руб / кВт * год)
Е = 1735 ... 1650 тис. крб на рік. - При обліку тільки зниження похибок трансформаторів напруги за рахунок зниженого енергоспоживання електронних лічильників ефект складе:
за даними за 1997 р.
DW = 328316428-326683013 = 1633415 кВт * год / рік;за даними за 1998 р.
DW = 292196976-290512594 = 1684382 кВт * год / рік.У грошовому вираженні економічний ефект дорівнює (при вартості електроенергії 0,4 руб / кВт * год)
Е = 653 ... 674 тис. руб в рік.
На закінчення можна зробити наступні висновки:
- зменшення навантажень в ряді вузлів енергосистеми, а також зниження споживання електроенергії промисловістю призвели до виникнення негативної похибки у трансформаторів струму і відповідно до комерційного недоучету спожитої енергії;
- для усунення недообліку споживання електроенергії необхідно вводити коригувальні коефіцієнти;
- облік похибок трансформаторів струму в АСКОЕ, а також зменшення похибок трансформатора напруги за рахунок впровадження нових електронних лічильників призводять до значного економічного ефекту.
-Нові ігри! 
|