ВПЛИВ ПОХИБКИ ТРАНСФОРМАТОРІВ

Спад виробництва останніх років призвела до зменшення навантажень в ряді вузлів енергосистеми, а також 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

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

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.

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.

Для діапазонів зміни (1 - 10% і 10 - 100%) первинного струму від номінального значення математичні моделі струмового похибки найбільш поширених трансформаторів струму мають вигляд:

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:

1. в діапазоні зміни первинного струму від номінального значення 1 - 25% струмовий похибка має негативний знак;
2. зі збільшенням первинного струму абсолютне значення струмового 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 підстанцій;
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.

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 і 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 та 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 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. 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.