基于PI的湖州電網(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*

曹力力，劉豐文

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

基于PI的湖州電網(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*

曹力力，劉豐文

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

使用PI實時數(shù)據(jù)庫從SCADA系統(tǒng)中提取與湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，并使用PrecessBook的相關(guān)工具對這些實時數(shù)據(jù)進行分析、計算，實現(xiàn)對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的實時狀態(tài)監(jiān)控、事故提前預(yù)警和檢修策略制定，從而提高湖州電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性.

PI；消弧線圈；脫諧度；中性點位移電壓；電容電流；電感電流

目前電力系統(tǒng)中作為低壓側(cè)運行的10k V、35k V電壓等級系統(tǒng)普遍采用中性點不接地的運行方式.這種運行方式容易產(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重復(fù)性接地故障.為了避免單相接地故障時產(chǎn)生間隙性弧光接地過電壓，中性點不接地中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的故障電流.使用該方式可以避免間隙性弧光接地過電壓對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，因此，中性點不接地系統(tǒng)也稱為小電流接地系統(tǒng).當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，流經(jīng)消弧線圈的電感電流有效地補償了電網(wǎng)的對地電容電流，有效地減小了故障點殘流，也使得故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低，使故障接地電流小于發(fā)生電弧的最小電流，從而避免了電弧的產(chǎn)生，也避免了諧振過電壓的現(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 設(shè)計思路

我們通過PI實時數(shù)據(jù)庫的平臺，從湖州電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)中調(diào)取與消弧線圈運行情況有關(guān)的實時參數(shù)，并通過運算和運用PrecessBook的相關(guān)工具對這些實時參數(shù)進行分析，從而判斷消弧線圈的運行狀況.

PI系統(tǒng)的主要硬件包括PI系統(tǒng)服務(wù)器（其上安裝PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件）、PI Web服務(wù)器、NAS（Network Attached Storage，NAS是全局數(shù)據(jù)存貯中心，其中PI僅使用其中一小部分存貯空間），以及PI與實時系統(tǒng)的接口計算機.由于實時系統(tǒng)和PI系統(tǒng)位于不同的安全區(qū)域，出于安全方面的考慮，在PI和各實時系統(tǒng)之間均加裝了隔離裝置，并分別設(shè)置了各自與PI進行實時數(shù)據(jù)通信的計算機.PI系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及存貯活動的信息流向如圖中的雙向箭頭所示.具體就SCADA／EMS系統(tǒng)而言，即為：SCADA-PI通信機把SCADA數(shù)據(jù)的名稱、屬性、數(shù)值、計量單位等信息傳給PI接口機，然后再由PI接口機對其進行組織、加工處理后，通過PI系統(tǒng)存入NAS中.PI接口機和各實時系統(tǒng)通信機之間采用雙向通信方式，使用TCP／IP協(xié)議.

根據(jù)《10k V～66k V消弧線圈運行規(guī)范》、《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》關(guān)于消弧線圈發(fā)生嚴重缺陷的規(guī)定：若消弧線圈在最大補償電流檔位運行，而此時脫諧度大于5%；中性點位移電壓大于15%相電壓.因此，脫諧度、中性點位移電壓是最能反映小電流接地系統(tǒng)運行狀態(tài)的兩個主實時參數(shù).同時電容電流、電感電流、殘流、和諧度也是能反映小電流接地系統(tǒng)狀況的輔實時參數(shù).

運用PrecessBook的相關(guān)工具對湖州電網(wǎng)PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中脫諧度、中性點位移電壓這兩個主實時參數(shù)和其他四個輔實時參數(shù)進行調(diào)取、運算和分析，實現(xiàn)對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈進行運行狀態(tài)監(jiān)視、事故預(yù)警與輔助決策的目的.

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)警四個功能模塊.

2.1 主參數(shù)監(jiān)視

本功能模塊通過PrecessBook中的趨勢圖（見圖1）工具反映了對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈的脫諧度、中性點位移電壓的實時數(shù)據(jù)和一定時間范圍內(nèi)的變化情況，并通過時間控件對趨勢圖的控制實現(xiàn)了對任意時間段脫諧度、中性點位移電壓數(shù)據(jù)的查詢和分析功能.

脫諧度數(shù)值應(yīng)選取適當(dāng)，太小會使消弧線圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜且存在諧振過電壓的風(fēng)險，太大則無法在單相接地故障時發(fā)揮應(yīng)有的保護作用.運行經(jīng)驗表明，脫諧度不大于5%就能很好地滅弧、維持較理想的殘流和恢復(fù)電壓的上升速度.《10k V～66k V消弧線圈運行規(guī)范》上同樣規(guī)定，當(dāng)消弧線圈在最大補償電流檔位運行時脫諧度不應(yīng)大于5%.DL／T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規(guī)定：消弧線圈接地系統(tǒng)在正常運行情況下，中性點的長時間電壓位移不應(yīng)超過系統(tǒng)標(biāo)稱相電壓的15%，消弧線圈宜采用過補償運行方式.

目前的自動調(diào)諧接地補償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全補償運行或很小的脫諧度，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，降低中性點電壓的幅值，使之達到相電壓的5%～10%.因為如果當(dāng)系統(tǒng)的電容電流與消弧線圈工作電流相等時，即在諧振時中性點電壓限制在允許值以下，就可實現(xiàn)全補償方式，這是殘流為最小的最佳工作方式.所以，可在消弧線圈的一次回路中串入大功率的阻尼電阻以增大阻尼率的方法來實現(xiàn).中性點位移電壓與電網(wǎng)的不對稱電壓、消弧線圈的脫諧率及電網(wǎng)的阻尼率有關(guān).當(dāng)電網(wǎng)形成后，其不對稱電壓基本是個固定值；為保證在單相接地時有效地抑制弧光過電壓的產(chǎn)生，要求消弧線圈的脫諧度在±5%以內(nèi)，那么只有改變阻尼率才能改變位移電壓.因此應(yīng)當(dāng)在消弧線圈中串入電阻，保證阻尼率、控制中性點位移電壓.在低壓電網(wǎng)中由于中性點不對稱電壓很小，為提高測量精度，采用特制的中性點專用互感器來提高檢測靈敏度.

在大多數(shù)情況下，電源的線電壓和相電壓都可以認為是近似對稱的，不對稱的星形負載若無中線或中線上阻抗較大，則其中性點電位是與電源中性點電位有差別的，即電源的中性點和負載中性點之間出現(xiàn)電壓，此種現(xiàn)象稱為中性點的位移.出現(xiàn)中性點位移的后果是負載各相電壓不一致，將影響設(shè)備的正常工作.在三相電路中，正常情況下三相電源電壓及負載對稱，則中性點電壓為零.若三相負載不對稱，而且沒有中性線或者中性線阻抗較大，則負載中性點就會出現(xiàn)電壓.中性點位移將引起負載各相電壓分配不均勻，導(dǎo)致某相電壓過高而燒毀設(shè)備，某相電壓過低而使設(shè)備出力不足.采用三相四線制的供電方式，可消除由于三相負載不對稱而引起的中性點位移.通過對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈脫諧度和中性點位移電壓實時數(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行狀況.同時通過對不同時間段的脫諧度、中性點位移電壓數(shù)據(jù)進行分析，可以對湖州電網(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)，實現(xiàn)對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置相關(guān)狀態(tài)檢修工作的輔助決策.

2.2 輔助參數(shù)監(jiān)視

本功能模塊通過PrecessBook中的趨勢圖（見圖2）工具反映了對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈的電容電流、電感電流、殘流的實時數(shù)據(jù).通過PrecessBook中的柱狀圖工具反映了對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈的和諧度的實時數(shù)據(jù)和一定時間范圍內(nèi)的變化情況.

電容電流又叫位移電流，不同于電荷定向移動形成的電流，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是10k V、35k V低壓母線上的電容電流，由該段母線上所連接的線路和設(shè)備所決定.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所提供的補償感性電流，與消弧線圈的自身參數(shù)和運行檔位有關(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際工作點過于接近諧振點，脫諧度接近于零，則會使中性點位移電壓偏大，從而造成系統(tǒng)不平衡加劇，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若殘流過大，會影響消弧線圈的補償效果.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行的穩(wěn)定程度.

通過對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈電容電流、電感電流、殘流實時數(shù)據(jù)的監(jiān)視和和諧度實時數(shù)據(jù)的趨勢分析，可以反映出湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的運行狀況.

2.3 主參數(shù)預(yù)警

本功能模塊通過PrecessBook中的柱狀圖（見圖3）工具反映了湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中中性點位移電壓和脫諧度的實時數(shù)據(jù)，可以在湖州電網(wǎng)某個變電所小電流接地系統(tǒng)中性點位移電壓或脫諧度超標(biāo)時發(fā)出預(yù)警信號，并進入該變電所的主監(jiān)視界面查看該變電所小電流接地系統(tǒng)運行的具體情況.

在電網(wǎng)阻尼率一定的情況下，消弧線圈接地系統(tǒng)中性點電壓的大小與脫諧度有關(guān).脫諧度越小，中性點電壓越高；脫諧度等于零即諧振補償時，中性點電壓最高.脫諧度愈小，放大作用愈強.當(dāng)脫諧度過低時，中性點位移電壓增高，當(dāng)中性點位移電壓超過系統(tǒng)相電壓的15%時，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息.當(dāng)脫諧度過高超過5%時，預(yù)警系統(tǒng)也會發(fā)出預(yù)警信息.因此，本系統(tǒng)可以有效地通過對湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中消弧線圈中性點位移電壓和脫諧度實時數(shù)據(jù)的預(yù)警功能，可以及時發(fā)現(xiàn)湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)的不良工況，使檢修部門能在湖州電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)對策，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行.

3 功能模塊運行環(huán)境要求

硬件環(huán)境：CPU為Pentium4 2.0GHz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：操作系統(tǒng)為 Windows XP／2000／7，使用PI Processbook.

通過對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)進行監(jiān)視和運算，進而實現(xiàn)對小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的事故預(yù)警與檢修的輔助決策.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位移電壓的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和趨勢圖輔助分析，以及電容電流、電感電流、殘流、和諧度等輔實時參數(shù)的實時監(jiān)控，并實現(xiàn)對脫諧度和中性點位移電壓實時報警；通過以上功能對消弧線圈的工作狀態(tài)進行監(jiān)控、分析和事故預(yù)警，對提高小電流接地系統(tǒng)諧振接地裝置的事故監(jiān)控水平和輔助決策水平有很大的幫助.

［1］要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］楊文榮，袁鷹霞.測量經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中脫諧度的新方法［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，29（6）：47～50.

［3］要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［4］穆大慶，尹項根，甘正寧.中性點不接地系統(tǒng)中單相接地保護的新原理探討［J］.長沙電力學(xué)院學(xué)報，2005（1）.

TM732

A

1009-1734（2011）S0-0271-03

2011-09-10

曹力力，工程師，從事高電壓試驗研究.