關(guān)于埃爾斯特電能表直流輔助電源絕緣問題分析

500kV大型變電站及換流站在電力系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的樞紐作用，其中變電站中長時(shí)間、滿負(fù)荷運(yùn)行線路對計(jì)量業(yè)務(wù)有著較高的要求。根據(jù)《DL/T448-2016》規(guī)定I類計(jì)量裝置為：220kV及以上貿(mào)易結(jié)算用電能計(jì)量裝置，500kV及以上考核用電能計(jì)量裝置，計(jì)量單機(jī)容量300MW及以上發(fā)電機(jī)發(fā)電量的電能計(jì)量裝置[1]。故500kV變電站線路大多為Ⅰ類計(jì)量裝置，配置0.2S級(jí)多功能電能表，并采用主副雙表配置原則，外接110V直流輔助電源。直流系統(tǒng)是變電二次裝置重要電源來源，由于直流系統(tǒng)接地造成的保護(hù)裝置拒動(dòng)、誤動(dòng)、損壞直流設(shè)備等，給變電站帶來極大的安全隱患。

1、電能表接地故障原因

由于2015年12月500kV來賓站直流 110V I段在線絕緣監(jiān)測裝置（仟順電子有限公司QDA—300型）出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象及頻繁出現(xiàn)接地告警，經(jīng)自動(dòng)化人員使用接地查找儀排查、檢測，初步判斷為2015年11月營銷技改更換的埃爾斯特A1800型電能表內(nèi)部絕緣問題導(dǎo)致。

（1）電能表電路板拆解分析：電能表電路基本原理為主、輔電源各自經(jīng)元件通道輸入，通過全波整流橋匯合到輸入濾波電源，共同給后端的開關(guān)電源模塊進(jìn)行供電，開關(guān)電源降壓后輸出低壓直流分別供給電表MCU、計(jì)量及通信等功能模塊；而埃爾斯特電能表拆解后發(fā)現(xiàn)輔助電源與主電源設(shè)計(jì)非完全相互獨(dú)立，非互相隔離的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，輔助電源與主電源共用一套開關(guān)轉(zhuǎn)換電路（共用一個(gè)濾波、DC\DC開關(guān)及變壓器輸出）的單電源結(jié)構(gòu)。實(shí)物拆解如圖所示（圖1：埃爾斯特電能表拆解），顯示為直流電源經(jīng)黑色連接線直接連到主電源整流橋后的濾波電容及電壓通道上，根據(jù)實(shí)物拆解繪制電能表電源電路原理。

   （2） 一般電能表交直流電源采用為主、輔電源完全相互獨(dú)立并互相隔離的雙電源結(jié)構(gòu)。

     2、電能表漏電原理分析

     埃爾斯特漏電機(jī)理：對照絕緣監(jiān)測裝置的接線方式，輔助供電系統(tǒng)的對地電勢將會(huì)產(chǎn)生對地漏電流通過主電源的零線接地系統(tǒng)進(jìn)入接地，而由于主、輔不隔離的方式提供了漏電通道（見圖5）；漏電流的大小完全取決DC電壓系統(tǒng)對地電勢的大小。而一般電能表電源設(shè)計(jì)，由于有隔離變壓器的阻隔，因此這個(gè)漏電流會(huì)非常小，以至于可以忽略不計(jì)。而埃爾斯特電能表因無隔離變壓器阻隔，導(dǎo)致漏電流增大，從而使直流絕緣監(jiān)測裝置測量計(jì)算出接地電阻偏低并報(bào)警。

3、埃爾斯特主、輔“單電源”結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

     （1）主、輔電源無法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電隔離，尤其當(dāng)主、輔電源外部供電系統(tǒng)為相互獨(dú)立的電源系統(tǒng)時(shí)，存在系統(tǒng)通過設(shè)備接地回路互相干擾，甚至當(dāng)某一系統(tǒng)出現(xiàn)對地高壓故障時(shí)或存在對地浪涌電流脈沖電壓，存在損害燒毀另一供電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

    （2）由于不隔離，容易引起現(xiàn)場的漏電報(bào)警甚至供電線路跳閘故障。當(dāng)主電源線電壓高于輔助電源的供電電壓，輔助電源無法優(yōu)先供電。

    （3）該設(shè)計(jì)無法滿足：IEC62053-22要求：II類防護(hù)儀表除了參比電壓等于或低于40V的輔助線路之外，“在工作中互不連接的各線路之間”必須進(jìn)行至少2.0KV/1分鐘的50Hz交流耐壓及6.0KV脈沖電壓隔離的性能要求[2]。

（4）參照南方電網(wǎng)公司對電能表輔助電源要求“輔助供電電壓為（100-240V）交直流自適應(yīng)”。[3]兩種供電方式應(yīng)互相獨(dú)立，互不影響；并可不間斷自動(dòng)切換。

4、 結(jié)論

本文通過模擬現(xiàn)場運(yùn)行條件及拆解分析，最終得出電能表產(chǎn)生直流接地故障的根本原因，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，制定如下具體改進(jìn)方案，以徹底消除缺陷，保證電能表安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）在保運(yùn)行的條件下，使用交流電源或者外接直流電源（如蓄電池）作為工作電源；

（2）在設(shè)計(jì)上增加隔離變壓器，使Elster電能表直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間相互隔離，減小漏電流；  

（3）更換無設(shè)計(jì)缺陷的電能表。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://12-baidu.cn/w/qk/21223.html