This page has been robot translated, sorry for typos if any. Original content here.

ВПЛИВ ПОХИБКИ ТРАНСФОРМАТОРІВ

Спад виробництва останніх років призвела до зменшення навантажень в ряді вузлів енергосистеми, і навіть зниження 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]:

струмовий похибка

Формула (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; S м - дійсне перетин муздрамтеатру, м2; j - кут втрат, а a - кут зсуву фаз між вторинною 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 вимірювань (по ГОСТ 7746-89) наведені в таблиці.

 

Клас точності

Первинний струм,% номінального

гранична похибка

Вторинна навантаження,% номінальної, при cos j 2= 0,8

струмовий

кутова

хв

град

0,2

5
10
20
100-200

± 0,75
± 0,50
± 0,35
± 0,20

± 30
± 20
± 15
± 10

± 0,9
± 0,6
± 0,4
± 0,3

 

0,5

5
10
20
100-200

± 1,5
± 1,0
± 0,75
± 0,5

± 90
± 60
± 45
± 30

± 2,5
± 1,7
± 1,35
± 0,9

25-100

Результати розрахунку кутовий і струмового похибок трансформаторів струму типу Тополь 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 апроксимуючих виразів і критерій згоди розрахункової і апроксимуючої кривих представлені на малюнках.


Мал. 1


Мал. 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:


Мал. 3

  1. в діапазоні зміни первинного струму від номінального значення 1 - 25% струмовий похибка має негативний знак;
  2. зі збільшенням первинного струму абсолютне значення струмової похибки зменшується;
  3. експериментальні дослідження підтверджують правильність математичної моделі струмового похибки трансформатора струму;
  4. облік струмового похибки трансформатора струму в АСКОЕ дозволить зменшити величину небалансу по підстанціях;
  5. кількість електроенергії, що відпускається споживачам, через негативну струмового похибки трансформаторів струму занижено в порівнянні 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.

Ще одне джерело похибки вимірювання електроенергії є трансформатор напруги.

Згідно [3, 4] похибка по напрузі визначається наступним чином: DU = DUн + DUх (3)
де DUн - похибка за напругою, зумовлена струмом навантаження,%; DUх - похибка за напругою, зумовлена 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, відн. 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.


Мал. 4


Мал. 5

Залежність похибки трансформатора напруги від коефіцієнта завантаження по потужності (відношення фактичної 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, відн. 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, т. Е. З негативною похибкою. Більшу 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 в 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 й напруги. Розрахунок проводився в такий спосіб:

  1. 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 погрішність трансформатора напруги.

    KI = 1 - (Df I/ 100), KU = 1 - (Df U/ 100),
    де Df I- струмовий похибка трансформатора струму, Df U- похибка трансформатора напруги.

     

  2. 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.

     

  3. 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 і літніх діб на рік.

     

  4. 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.

  1. При обліку АСКОЕ струмових похибок трансформаторів струму і зниження 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. Руб в рік.

     

  2. 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.