基于PI數(shù)據(jù)庫的小電流接地系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

曹力力，王 煒

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

目前10kV和35kV電壓等級(jí)系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式容易產(chǎn)生間隙性弧光接地過電壓，使單相接地故障發(fā)展為相間短路或多點(diǎn)重復(fù)性接地故障。為了避免單相接地故障時(shí)產(chǎn)生間隙性弧光接地過電壓，中性點(diǎn)不接地運(yùn)行普遍采用消弧線圈小電流接地的方式減小單相接地故障時(shí)的故障電流，以減少間隙性弧光接地過電壓對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)消弧線圈的電感電流能有效補(bǔ)償電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，減小故障點(diǎn)殘流，使故障相接地電弧兩端的電壓恢復(fù)速度降低，故障接地電流小于發(fā)生電弧的最小電流，從而避免電弧的產(chǎn)生，也不會(huì)產(chǎn)生諧振過電壓的現(xiàn)象。因此，消弧線圈是小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置中的核心設(shè)備。

1 消弧線圈的原理和應(yīng)用

消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后提供電感電流，補(bǔ)償接地的電容電流，使接地電流減小、故障相接地電弧兩端的電壓恢復(fù)速度降低，達(dá)到熄滅電弧的目的。

當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，還可以有效抑制過電壓的幅值，同時(shí)也最大程度地減小故障點(diǎn)的熱破壞作用。所謂正確調(diào)諧，是指電感電流接近或等于電容電流，工程上用脫諧度V來描述調(diào)諧程度，V=（IC-IL）/IC。當(dāng)V等于零時(shí)，稱為全補(bǔ)償；V大于零時(shí)為欠補(bǔ)償；V小于零時(shí)為過補(bǔ)償。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓，因此當(dāng)電網(wǎng)未發(fā)生單相接地故障時(shí)，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)消弧線圈的試驗(yàn)手段主要為停電檢修，尚缺乏有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事故預(yù)警和輔助決策的手段。

2 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)思路

通過PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫從湖州電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)中調(diào)取與消弧線圈運(yùn)行情況有關(guān)的實(shí)時(shí)參數(shù)，并通過運(yùn)算和運(yùn)用ProcessBook的相關(guān)工具進(jìn)行分析，判斷消弧線圈的運(yùn)行狀況。

PI系統(tǒng)的主要硬件包括PI系統(tǒng)服務(wù)器、PI Web服務(wù)器、NAS（Network Attached Storage，全局?jǐn)?shù)據(jù)存貯中心），以及PI與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的接口計(jì)算機(jī)。由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)和PI系統(tǒng)位于不同的安全區(qū)域，在PI和各實(shí)時(shí)系統(tǒng)之間均加裝了隔離裝置，并分別設(shè)置了各自與PI進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的計(jì)算機(jī)。PI系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及存貯活動(dòng)的信息流向?yàn)椋篠CADA－PI通信機(jī)把SCADA數(shù)據(jù)的名稱、屬性、數(shù)值、計(jì)量單位等信息傳給PI接口機(jī)，然后由PI接口機(jī)對(duì)其進(jìn)行組織、加工處理后，通過PI系統(tǒng)存入NAS中。PI接口機(jī)和各實(shí)時(shí)系統(tǒng)通信機(jī)之間采用雙向通信方式，使用TCP/IP協(xié)議。

《10kV～66kV消弧線圈運(yùn)行規(guī)范》、《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中關(guān)于消弧線圈發(fā)生嚴(yán)重缺陷的定義是：消弧線圈在最大補(bǔ)償電流檔位運(yùn)行，而脫諧度大于5%；中性點(diǎn)位移電壓大于15%相電壓。因此，脫諧度、中性點(diǎn)位移電壓是最能反映小電流接地系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的兩個(gè)主要實(shí)時(shí)參數(shù)。同時(shí)，電容電流、電感電流、殘流、和諧度也是反映小電流接地系統(tǒng)狀況的輔助實(shí)時(shí)參數(shù)。

運(yùn)用ProcessBook的相關(guān)工具對(duì)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中兩個(gè)主實(shí)時(shí)參數(shù)和其他4個(gè)輔實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行調(diào)取、運(yùn)算和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、事故預(yù)警與輔助決策的目的。

2.2 功能模塊

湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的監(jiān)視、事故預(yù)警與輔助決策系統(tǒng)共有主參數(shù)監(jiān)視、輔參數(shù)監(jiān)視、主參數(shù)預(yù)警3個(gè)功能模塊。

2.2.1 主參數(shù)監(jiān)視

本功能模塊通過ProcessBook中的趨勢(shì)圖工具反映小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈的脫諧度、中性點(diǎn)位移電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和一定時(shí)間范圍內(nèi)的變化情況，并通過時(shí)間控件對(duì)趨勢(shì)圖的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)任意時(shí)間段脫諧度、中性點(diǎn)位移電壓數(shù)據(jù)的查詢和分析功能。

目前的自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全補(bǔ)償運(yùn)行或很小的脫諧度，主要是由于在消弧線圈的一次回路中串入了大功率的阻尼電阻，降低中性點(diǎn)電壓的幅值，使之達(dá)到相電壓的5%～10%。當(dāng)系統(tǒng)的電容電流與消弧線圈工作電流相等時(shí)，即諧振時(shí)中性點(diǎn)電壓限制在允許值以下，就可實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償方式，這是殘流最小的最佳工作方式。在低壓電網(wǎng)中由于中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓很小，為提高測(cè)量精度，采用特制的中性點(diǎn)專用互感器來提高檢測(cè)靈敏度。

通過對(duì)湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈脫諧度和中性點(diǎn)位移電壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)視，可以得到湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的主要運(yùn)行狀況；同時(shí)通過對(duì)不同時(shí)間段的脫諧度、中性點(diǎn)位移電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的檢修策略制定提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)狀態(tài)檢修工作的輔助決策。

2.2.2 輔助參數(shù)監(jiān)視

本功能模塊通過ProcessBook中的趨勢(shì)圖工具反映湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈的電容電流、電感電流、殘流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過ProcessBook中的柱狀圖工具反映了湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈和諧度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和一定時(shí)間范圍內(nèi)的變化情況。

電容電流又稱位移電流。不同于電荷定向移動(dòng)形成的電流，電容電流是由于電容充放電引起的等效電流；對(duì)于交流電，這種等效電流是始終存在的。電網(wǎng)中小電流接地系統(tǒng)諧振裝置上的電容電流值的大小取決于10kV及35kV低壓母線上所連接的線路和設(shè)備。

小電流接地系統(tǒng)諧振裝置上的電感電流是消弧線圈為低壓母線提供的補(bǔ)償感性電流，與消弧線圈的自身參數(shù)和運(yùn)行檔位有關(guān)。

殘流是小電流接地系統(tǒng)諧振裝置上電容電流與電感電流的差值。若殘流過低，可能造成消弧線圈實(shí)際工作點(diǎn)過于接近諧振點(diǎn)，脫諧度接近于零，會(huì)使中性點(diǎn)位移電壓偏大，從而使系統(tǒng)不平衡加劇，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若殘流過大，則會(huì)影響消弧線圈的補(bǔ)償效果。

和諧度是小電流接地系統(tǒng)諧振裝置上電感電流和電容電流的比值。和諧度反映的是該消弧線圈運(yùn)行的穩(wěn)定程度。

通過對(duì)消弧線圈電容電流、電感電流、殘流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)視以及對(duì)和諧度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析，可以反映小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的運(yùn)行狀況。

2.2.3 主參數(shù)預(yù)警

本功能模塊通過ProcessBook中的柱狀圖工具反映湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中中性點(diǎn)位移電壓和脫諧度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以在湖州電網(wǎng)任一變電站小電流接地系統(tǒng)中性點(diǎn)位移電壓或脫諧度超標(biāo)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并可進(jìn)入該變電站的主監(jiān)視界面查看小電流接地系統(tǒng)的具體運(yùn)行情況。

在電網(wǎng)阻尼率一定的情況下，消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓的大小與脫諧度有關(guān)。脫諧度越小，中性點(diǎn)電壓越高；脫諧度等于零即諧振全補(bǔ)償時(shí)，中性點(diǎn)電壓最高。當(dāng)中性點(diǎn)位移電壓超過系統(tǒng)相電壓的15%或脫諧度超過5%時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息。因此，本系統(tǒng)可以通過對(duì)湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈中性點(diǎn)位移電壓和脫諧度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的預(yù)警功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)的不良工況，使檢修部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障，并采取相應(yīng)對(duì)策，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 運(yùn)行環(huán)境要求

硬件要求CPU為Pentium4 2.0 GHz及以上，內(nèi)存為512MB及以上，硬盤為40GB及以上，顯示器分辨率設(shè)置為1024×768及以上。

軟件環(huán)境要求操作系統(tǒng)為Windows XP/2000/7，使用 PI ProcessBook。

3 結(jié)語

通過對(duì)PI數(shù)據(jù)庫中與小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的事故預(yù)警與檢修輔助決策。本系統(tǒng)集成了小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置中脫諧度和中性點(diǎn)位移電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和趨勢(shì)圖輔助分析，以及電容電流、電感電流、殘流、和諧度等輔助實(shí)時(shí)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過以上功能對(duì)消弧線圈的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、分析和事故預(yù)警，提高了小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的事故監(jiān)控和輔助決策能力。

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