关于埃尔斯特电能表直流辅助电源绝缘问题分析

500kV大型变电站及换流站在电力系统中有着至关重要的枢纽作用，其中变电站中长时间、满负荷运行线路对计量业务有着较高的要求。根据《DL/T448-2016》规定I类计量装置为：220kV及以上贸易结算用电能计量装置，500kV及以上考核用电能计量装置，计量单机容量300MW及以上发电机发电量的电能计量装置[1]。故500kV变电站线路大多为Ⅰ类计量装置，配置0.2S级多功能电能表，并采用主副双表配置原则，外接110V直流辅助电源。直流系统是变电二次装置重要电源来源，由于直流系统接地造成的保护装置拒动、误动、损坏直流设备等，给变电站带来极大的安全隐患。

1、电能表接地故障原因

由于2015年12月500kV来宾站直流 110V I段在线绝缘监测装置（仟顺电子有限公司QDA—300型）出现死机现象及频繁出现接地告警，经自动化人员使用接地查找仪排查、检测，初步判断为2015年11月营销技改更换的埃尔斯特A1800型电能表内部绝缘问题导致。

（1）电能表电路板拆解分析：电能表电路基本原理为主、辅电源各自经元件通道输入，通过全波整流桥汇合到输入滤波电源，共同给后端的开关电源模块进行供电，开关电源降压后输出低压直流分别供给电表MCU、计量及通信等功能模块；而埃尔斯特电能表拆解后发现辅助电源与主电源设计非完全相互独立，非互相隔离的设计结构，辅助电源与主电源共用一套开关转换电路（共用一个滤波、DCDC开关及变压器输出）的单电源结构。实物拆解如图所示（图1：埃尔斯特电能表拆解），显示为直流电源经黑色连接线直接连到主电源整流桥后的滤波电容及电压通道上，根据实物拆解绘制电能表电源电路原理。

   （2） 一般电能表交直流电源采用为主、辅电源完全相互独立并互相隔离的双电源结构。

     2、电能表漏电原理分析

     埃尔斯特漏电机理：对照绝缘监测装置的接线方式，辅助供电系统的对地电势将会产生对地漏电流通过主电源的零线接地系统进入接地，而由于主、辅不隔离的方式提供了漏电通道（见图5）；漏电流的大小完全取决DC电压系统对地电势的大小。而一般电能表电源设计，由于有隔离变压器的阻隔，因此这个漏电流会非常小，以至于可以忽略不计。而埃尔斯特电能表因无隔离变压器阻隔，导致漏电流增大，从而使直流绝缘监测装置测量计算出接地电阻偏低并报警。

3、埃尔斯特主、辅“单电源”结构的缺点

     （1）主、辅电源无法实现强电隔离，尤其当主、辅电源外部供电系统为相互独立的电源系统时，存在系统通过设备接地回路互相干扰，甚至当某一系统出现对地高压故障时或存在对地浪涌电流脉冲电压，存在损害烧毁另一供电系统的风险。

    （2）由于不隔离，容易引起现场的漏电报警甚至供电线路跳闸故障。当主电源线电压高于辅助电源的供电电压，辅助电源无法优先供电。

    （3）该设计无法满足：IEC62053-22要求：II类防护仪表除了参比电压等于或低于40V的辅助线路之外，“在工作中互不连接的各线路之间”必须进行至少2.0KV/1分钟的50Hz交流耐压及6.0KV脉冲电压隔离的性能要求[2]。

（4）参照南方电网公司对电能表辅助电源要求“辅助供电电压为（100-240V）交直流自适应”。[3]两种供电方式应互相独立，互不影响；并可不间断自动切换。

4、 结论

本文通过模拟现场运行条件及拆解分析，最终得出电能表产生直流接地故障的根本原因，根据现场实际情况，制定如下具体改进方案，以彻底消除缺陷，保证电能表安全稳定运行。

（1）在保运行的条件下，使用交流电源或者外接直流电源（如蓄电池）作为工作电源；

（2）在设计上增加隔离变压器，使Elster电能表直流系统与交流系统之间相互隔离，减小漏电流；  

（3）更换无设计缺陷的电能表。