CC BY
80
УДК-621.317.785.6
СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА: ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРВИЧНОГО ТОКА.
А.Е. УСАЧЕВ*, Ф.Ф. МУЛЛИН**
*Казанский государственный энергетический университет **Предприятие Энергоучет ОАО «Татэнерго»
В настоящей статье рассмотрены вопросы возникновения систематических погрешностей измерительных трансформаторов тока (ТТ) и необходимости их учета. Проведены поверки ряда ТТ для определения зависимости погрешностей ТТ от величины первичного тока. Показано, что парадокс «генерации» электроэнергии ЛЭП и п/ст, где отсутствуют генерирующие мощности, связан, в основном, с систематическими погрешностями ТТ.
Одной из актуальных проблем электроэнергетики является проблема снижения потерь передаваемой электроэнергии в распределительных сетях. Важными мероприятиями, осуществляемыми в рамках решения этой проблемы, являются мероприятия, направленные на повышение точности учета распределяемой электроэнергии. Однако внедряемые мероприятия по учету энергоресурсов являются, как правило, не самыми эффективными, а наиболее доступными и простыми в реализации, что, в частности, отражено в приказе РАО «ЕЭС России» [1]. Одним из эффективных и доступных мероприятий могло бы стать введение в практику учета электроэнергии поправочных коэффициентов, корректирующих систематические погрешности измерительных
трансформаторов напряжения и тока.
В данной статье рассмотрены систематические погрешности измерительных трансформаторов тока (ТТ), возникающие из-за работы ТТ при первичных токах, отличающихся от номинального. Для определения таких систематических погрешностей были проведены поверки различных типов ТТ с ином = 10 кВ при различных первичных токах. Поверки проводились в специализированной лаборатории предприятия «Энергосбыт» при нормальных условиях (температура воздуха в помещении Т = 25 ± 10 °С, относительная влажность воздуха 30 + 80 %, атмосферное давление Р = 84 - 106 кПа, частота питающей сети 50 ± 0,5 Гц, напряжение питающей сети 220 В, коэффициент несинусоидальности питающего напряжения по ГОСТ 131-09).
При поверках использовались:
1.Прибор сравнения КТ 0,1. Свидетельство о поверке №927-310-262 действительно до 21.05.2003 г.. Класс точности 0.001 %;0,1 угл.мин.
2. Регулируемый источник тока «РИТ-2000».
3.Трансформаторы тока эталонные двухступенчатые «ИТТ-3000.5». Свидетельство о поверке №92-306-262 действительно до 22.05.2005 г.
4. Нагрузочное устройство «НТТ50.5» № 31-02. Аппаратура под номерами 1-4 произведена на предприятии ООО «ТМЕ» г.Екатеринбург.
5. Проверяемый трансформатор тока.
© А.Е. Усачев, Ф.Ф. Муллин Проблемы энергетики, 2004, 7-8
Поверка производилась дифференциально-нулевым методом с использованием образцового ТТ и компаратора вторичных токов [2] по схеме,
Рис.1. Схема поверки: 1- прибор сравнения КТ 0,1; 2- регулируемый источник тока «РИТ-2000»;
3- эталонный двухступенчатый ТТ «ИТТ-3000.5»;
4- нагрузочное устройство «НТТ50.5» № 31-02; 5-поверяемый ТТ
Проверяемый и образцовый трансформаторы включаются так, чтобы первичный ток в обоих трансформаторах протекал в одном направлении. Вторичные выводы ТТ присоединяются к одноименным выводам прибора сравнения токов. Затем плавно увеличивают первичный ток. В случае правильной маркировки выводов на приборе сравнения токов можно определить соответствующие значения погрешности проверяемого трансформатора тока. При неправильном обозначении контактных зажимов и выводов ТТ дальнейшей поверке не подлежат и к применению не допускаются. Поверки проводились для различных типов ТТ с различными коэффициентами трансформации и сроками эксплуатации.
Результаты опытов сведены в таблицу 1 и графически представлены на
рис.2.
Таблица 1
Результаты поверки ТТ
№ Тип ТТ Год выпуска Погрешности измерений ТТ, %
7=0,01 7=0,05 7=0,2 7=1 7=1,2
1 Т-0,66У3 100/5 1992 -0,58 -0,45 -0,3 0,15 0,2
2 Т-0,66У3 150/5 1988 -0,87 -0,67 -0,53 -0,23 -0,15
3 Т-0,66У3 30/5 1997 -0,48 -0,41 -0,25 0,19 0,28
4 ТК-20,066 30/5 1995 -0,35 -0,28 -0,15 0,05 0,05
5 ТК-2-0,066 100/5 1993 -1,28 -0,95 -0,75 -0,53 -0,49
6 ТК-2-0,066 150/5 1996 -0,15 -0,04 0,09 0,45 0,48
На рис.2 видно, что погрешности трансформаторов 1, 2, 3, 4 и 6 в диапазоне токов от 20 до 120 % от номинальных не выходят за границы диапазона +0,5 + -0,5 %, т.е. находятся в пределах класса точности 0,5. Трансформатор № 5 во всем диапазоне токов выходит из класса точности 0,5. Погрешности трансформатора 6 почти во всем диапазоне токов положительные, а №2 - отрицательные. Для № 1, 3, 4 погрешности переходят через ноль при токе 75 % от номинального. Явной корреляции между временем эксплуатации и погрешностями не наблюдается. Погрешности достаточно индивидуальны по величине, но зависимости погрешностей от величины первичного тока у всех практически одинаковы. Уменьшение первичного тока приводит к нарастанию отрицательной систематической погрешности.
Ток, в % к номинальному
Рис.2. Зависимость токовой погрешности ТТ от величины первичного тока: 1- Т-0,66У3 100/5;
2- Т-0,66У3 150/5; 3- Т-0,66У3 30/5; 4- ТК-20,066 30/5; 5- ТК-2-0,066 100/5; 6- ТК-2-0,066 150/5
Как известно, наиболее характерным в практике эксплуатации является режим работы ТТ с недогрузкой. При этом режиме появляется отрицательная систематическая ошибка измерений токов, величина которой индивидуальна для каждого ТТ и зависит от передаваемой мощности. При составлении баланса по энергообъекту, в соответствии с существующей на данный момент методикой [3-7], в допустимый небаланс закладывается класс точности ТТ и счетчиков электроэнергии. Как видно из проведенных экспериментов, в пределах класса точности конкретного ТТ систематическая ошибка не является постоянной величиной. Поскольку мощность передачи, как правило, меняется постоянно в течение суток (месяца, года), то для более точного учета электроэнергии, своевременного выявления непроизводительных потерь и выхода из строя измерительных каналов необходимо учитывать систематические ошибки ТТ, т.е.
вносить коррективы в [3]. Фактически, основываясь только на классе точности ТТ, получающийся баланс по различным энергообъектам получается зачастую допустимым, а допустимый небаланс - неоправданно завышенным. Такой подход ведет к недоучету отпущенной электроэнергии, т.е. финансовым потерям сбывающей организации. Достаточно часто получается вообще парадоксальная ситуация: распределительное устройство или линия электропередачи, где нет генерирующих мощностей, вдруг начинает «генерировать». Одной из причин такого парадокса является отсутствие правильного учета систематических погрешностей измерительных ТТ.
Проиллюстрируем сказанное на примере одной секции РУ 10 кВ типичной подстанции из состава Приволжских электрических сетей ОАО ТАТЭНЕРГО. Был проведен анализ получасовых показаний счетчиков на секции РУ п/ст. Кутлу-Букаш на 27.03.04. На данной секции установлены 8 электросчетчиков: один из них является балансовым (общим) с коэффициентом трансформации 1000/5, а остальные стоят на отходящих фидерах - 600/5, 2 по 300/5, 2 по 150/5, 2 по 100/5. Наиболее интересные и характерные данные представлены в таблице 2.
Таблица 2
Баланс электроэнергии секции РУ п/ст «Кутлу-Букаш» ПЭС ОАО ТАТЭНЕРГО 27.03.2004
Положительный баланс Отрицательный баланс
AW, % AW, кВт-час Т^ном % время AW, % AW, кВт-час м но % время
0,32 4,9 30,5б 01:00-01:30 -0,15 -2,б4 3б,1б 19:30-20:00
0,44 б,б2 30,24 01:30-02:00 0,11 2,0б 37,б 20:00-20:30
0,49 7,43 30,4 02:00-02:30 -32,28 -449,3б 27,84 20:30-21:00
0,27 3,79 28,б4 13:30-14:00 -143,б -1080,1 15,04 21:00-21:30
0,28 4,18 29,б 14:00-14:30 -152,1 -1095,3 14,4 21:30-22:00
0,03 0,4 29,б 14:30-15:00 -147,3 -103б,9 14,08 22:00-22:30
Как видно из таблицы 2, баланс по данной секции РУ существенно зависит от времени суток, т.е. зависит от величины распределяемой электроэнергии. В контрольный день показания счетчиков снимались в положенное по инструкциям время, все счетчики работали без сбоев, все они прошли соответствующие поверки и соответствовали требованиям, предъявляемым к классу точности измерительных ТТ. Тем не менее, при составлении баланса по существующей методике [3-7] получался парадокс «генерации». Особо сильный отрицательный небаланс наблюдался при загрузке вводного ТТ менее 20 %. Понятно, что при составлении суточного баланса все неровности получасовых графиков баланса сглаживаются и проявляющиеся тенденции не так явно прослеживаются. Очевидно, что если при составлении баланса учитывать систематическую погрешность ТТ, зависящую от загрузки ТТ, то парадоксы типа «генерация» можно избежать и повысить точность учета электроэнергии, не используя дорогих решений, таких как замены ТТ и увеличение класса точности счетчиков электроэнергии. Для внедрения такой системы учета в практику эксплуатации следует лишь выполнять периодические поверки ТТ с занесением характеристик каждого ТТ в базу данных сетевой кампании (диспетчерского центра). Учитывая распространенность дистанционного контроля и учета электроэнергии с использованием средств вычислительной техники, такой учет систематических
погрешностей требует минимальных вложений средств по сравнению с другими мероприятиями.
Следует отметить, что систематические погрешности измерений
электроэнергии не ограничиваются только зависимостью от первичного тока ТТ. Систематическими (не случайными, поддающимися контролю и коррекции) являются, например, погрешности ТТ в зависимости от вторичной нагрузки, угловая погрешность ТТ, погрешность ТН по напряжению и угловая погрешность ТН в зависимости от мощности нагрузки, погрешность из-за потери напряжения в линии присоединения ТН и счетчика, погрешность трансформаторной схемы подключения счетчика, погрешность счетчика от изменения тока и напряжения в цепи счетчика, изменения температуры окружающего воздуха, несимметрии напряжения. Это далеко не полный перечень систематических ошибок, которые можно и нужно учитывать при измерениях электроэнергии. Понятно также, что внедрение подобного учета возможно лишь при соответствующей корректировке нормативного положения [3-7].
В заключение отметим:
1. На погрешность измерений электроэнергии влияют более 30 факторов, 20 из которых связаны с изменением внешних величин и параметров контролируемых присоединений.
2. Недооценка влияющих факторов может приводить к преуменьшению погрешности изменений электроэнергии в 2, а в некоторых случаях и в 5 раз.
3. При использовании высокоточных средств измерений (счетчик, ТТ и ТН класса точности 0,2 S) можно добиться в нормальных условиях минимальной погрешности 8wмин =±0,5% . В наиболее неблагоприятных условиях погрешность
измерения электроэнергии может достигать Sw =±3,5%, т.е. превышать в
7 раз допустимый уровень.
Summary
In this paper the aspects of the arising of the systematical errors of the measuring current transformers and the importance of its control are considered. Tests of some current transformers to measure its errors dependent on the primary current value are reported. It is shown that the paradox of the “power generation” by the transmission lines and the substation is connected mainly with the systematical errors of the current transformers.
Литература
1. Приказ РАО «ЕЭС России» № 432 от 07.08.00 г. «О создании современных систем учета и контроля за электропотреблением».
2. ГОСТ 8.217-87 (СТ СЭВ 5644-86). Методика поверки трансформаторов тока.
3. РД 34.09.101-94. Типовая инструкция по учету электроэнергии при её производстве, передаче и распределении.
4. Зубков И.П. Проблемы поверки трансформаторов тока и напряжения в эксплуатации. // Информационно-методические материалы 2-й школы-семинара «Метрологические обеспечение электрических измерений в электроэнергетике».- М.: НЦ «ЭНАС», 1998.
5. «Метрология электрических измерений в электроэнергетике» // Материалы докладов второй научно-практической конференции «О некоторых
тенденциях развития коммерческого учета в условиях формирования рынка электроэнергии» / Московский А.Е. - Москва, 2002.
6. «Метрология электрических измерений в электроэнергетике» // Материалы докладов второй научно-практической конференции «Об актуальности разработок автоматизированных систем учета электроэнергии для бытовых потребителей» / Тубинис В.В. - Москва, 1999.
7. «ГОСТ 6570-75 ст. СЭВ.
Поступила 26.04.2004
