TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廖華興，徐子利，袁曉青，陳杰云，王躍強(qiáng)，張曉東

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 廣東 佛山 528000）

電力系統(tǒng)TV二次回路異常造成保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)[1-3]，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，由于TV二次回路異常缺陷形式多樣，又缺乏有效的檢測(cè)及處理手段，造成TV二次回路異常引起的保護(hù)不正確動(dòng)作事件時(shí)有發(fā)生[2-5]。

本文通過(guò)對(duì)TV二次回路中性點(diǎn)多點(diǎn)接地的分析，提出檢測(cè)方法，研究開(kāi)發(fā)了TV二次回路中性多點(diǎn)接地在線監(jiān)測(cè)裝置，并結(jié)合實(shí)際案例重點(diǎn)對(duì)TV二次回路中性點(diǎn)多點(diǎn)接地情況在線檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明及驗(yàn)證。

1 TV二次回路多點(diǎn)接地分析與檢測(cè)

1.1 TV二次回路多點(diǎn)接地危害分析

TV二次回路的正確性對(duì)保障系統(tǒng)安全運(yùn)行起到非常重要的作用。因TV二次回路連接設(shè)備繁多、延伸范圍廣、人為的接線錯(cuò)誤等原因出現(xiàn)在一個(gè)電氣連接的TV二次回路中出現(xiàn)多點(diǎn)接地，導(dǎo)致保護(hù)的不正確動(dòng)作，造成大面積停電事故在系統(tǒng)時(shí)有發(fā)生。

1）燒毀屏蔽層

二次回路是通過(guò)電纜連接的，當(dāng)接地網(wǎng)上出現(xiàn)短路電流或雷擊電流時(shí)，由于電纜屏蔽層兩點(diǎn)的電位不同，使屏蔽層內(nèi)流過(guò)電流，可能燒毀屏蔽層。當(dāng)屏蔽層內(nèi)流過(guò)電流時(shí)，對(duì)每個(gè)芯線將產(chǎn)生干擾信號(hào)。

2）保護(hù)失效

在電流二次回路中，如果正好在繼電器電流線圈的兩側(cè)都有接地點(diǎn)，一方面兩點(diǎn)接地點(diǎn)和地所構(gòu)成的并聯(lián)回路會(huì)短路電流線圈，使通過(guò)電流線圈的電流大為減少；另一方面在發(fā)生接地故障時(shí)，短路電流Ik就可能流過(guò)變電站地網(wǎng)，在二次兩接地點(diǎn)間形成電位差Uk，這將在電流線圈中產(chǎn)生極大的額外電流，如圖 1所示。

這兩種原因會(huì)造成通過(guò)繼電器電流線圈的電流與電流互感器二次通入的故障電流存在極大差異，導(dǎo)致保護(hù)裝置動(dòng)作的不正確，以至于造成大面積停電事故。

3）計(jì)量誤差

二次壓降是電能計(jì)量誤差的一個(gè)重要來(lái)源，它反映了電能表進(jìn)線側(cè)電壓相對(duì)落地箱側(cè)電壓的偏移程度。二次壓降的大小直接影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，因此《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》對(duì)各類電能計(jì)量裝置的二次壓降提出了明確的指標(biāo)要求，個(gè)別企業(yè)也對(duì)與自身相關(guān)的關(guān)口計(jì)量點(diǎn)二次壓降提出了更高的指標(biāo)要求。研究電壓互感器二次壓降產(chǎn)生的原因，對(duì)探索降低二次壓降的措施具有十分重要的意義。

1.2 TV二次回路多點(diǎn)接地原理分析

圖1 TV二次回路多點(diǎn)接地回路圖Fig.1 The two time TV loop multipoint grounding circuit diagram

TV二次回路中性線多點(diǎn)接地，將造成TV二次回路中性點(diǎn)對(duì)地電位發(fā)生偏移，導(dǎo)致保護(hù)方向元件的不正確動(dòng)作，將造成保護(hù)裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)[6]。

當(dāng)TV二次回路中性線發(fā)生多點(diǎn)接地時(shí)，其中性點(diǎn)N600的電位為：

式（1）中，E1、E2、…、Ei為各 TV 中性點(diǎn)電位，Y1、Y2、…、Yj為各TV中性點(diǎn)到TV并列屏N600之間的導(dǎo)納。

從而，各TV中性點(diǎn)的附加偏移電壓為：

由于式（2）中附加偏移電壓的存在，對(duì)采取TV二次回路采用零相接地的系統(tǒng)會(huì)造成各相電壓及零序電壓的異常。

由式（1）、（2）可知，當(dāng)TV二次回路發(fā)生多點(diǎn)接地后，由于偏移電壓的存在，致使TV二次電壓幅值和相位發(fā)生偏移，造成繼電保護(hù)裝置的方向元件方向判斷錯(cuò)誤，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，繼電保護(hù)將發(fā)生拒動(dòng)，在區(qū)外故障時(shí)，繼電保護(hù)將發(fā)生誤動(dòng)。

2 TV二次回路中性點(diǎn)多點(diǎn)接地在線監(jiān)測(cè)裝置研究與開(kāi)發(fā)

目前，TV二次回路中性點(diǎn)多點(diǎn)接地因缺少相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)二次回路接地情況進(jìn)行檢測(cè)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次回路中性點(diǎn)多點(diǎn)接地故障，從而造成系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作。

2.1 TV二次回路中性多點(diǎn)接地現(xiàn)象

2.1.1 多點(diǎn)接地存在方式

1）計(jì)量繞組在落地端子箱處接地，其計(jì)量二次回路采用4芯電纜到控制室，在控制室的測(cè)控單元或電能表屏處電壓回路又存在一個(gè)以上的接地點(diǎn)，從而構(gòu)成多點(diǎn)接地。接地情況如圖2所示。

圖2 計(jì)量回路多點(diǎn)接地示意圖Fig.2 Schematic of multipoint grounding of measuring circuit

2）多繞組的電壓互感器各繞組在TV落地端子箱處共零線（N線），而各繞組分別在各自的控制小室接地，各繞組通過(guò)端子箱處的公共零線形成多點(diǎn)接地，接線示意圖如圖3所示。

圖3 計(jì)量保護(hù)回路多點(diǎn)接地示意圖Fig.3 Schematic of multipoint grounding of measurement and protection circuit

2.1.2 TV二次回路多點(diǎn)接地分析

由于任一開(kāi)關(guān)場(chǎng)的接地網(wǎng)并不是一個(gè)理想的等電位面，當(dāng)電壓互感器二次回路不是通過(guò)一點(diǎn)接于接地網(wǎng)，因各接地點(diǎn)之間的電位并不是完全一致，運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生地電流。在多點(diǎn)接地情況下，如果電能表側(cè)存在一個(gè)接地點(diǎn)，那么電能表的每相電壓將在正常電壓的基礎(chǔ)上迭加一個(gè)地電壓，從而使得電能表處的電壓幅值和相角都發(fā)生了改變；此時(shí)測(cè)得的TV二次回路電壓降就會(huì)表現(xiàn)出三相電壓降相差較大，而且三相電壓降的比差和角差有正有負(fù)。TV二次回路多點(diǎn)接地，三相對(duì)稱關(guān)系被打破，各相二次壓降產(chǎn)生差異，導(dǎo)致某相電壓比差為正，某相電壓比差為負(fù)，某相電壓角差為正，某相電壓角差為負(fù)等現(xiàn)象。當(dāng)控制小室接地點(diǎn)的電位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，負(fù)序電壓和零序電壓的相位和幅值都會(huì)發(fā)生變化，最終表現(xiàn)出來(lái)的三相電壓相位和幅值也會(huì)做相應(yīng)的變化，從二次壓降測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)出來(lái)的情況，就是比差和角差有正有負(fù)的現(xiàn)象。

2.2 裝置設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)方法

針對(duì)TV二次回路多點(diǎn)接地原理及特點(diǎn)的研究分析，通過(guò)分流法的檢測(cè)原理對(duì)已有接地線兩端注入一恒流信號(hào)，通過(guò)比較接地點(diǎn)處電流信號(hào)與所發(fā)電流信號(hào)大小來(lái)確定是否存在多點(diǎn)接地，下面對(duì)這種檢測(cè)原理進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2.1 分流法測(cè)量多點(diǎn)接地原理

分流法測(cè)量多點(diǎn)接地原理圖如圖4所示。

其中：1－鉗形電流表；2—交流電壓表；3—交流電流表；4—恒流信號(hào)源

2.2.2 裝置測(cè)量步驟及判斷方法

1）如圖4所示，先關(guān)閉恒流源，將各部份接入裝置與接地點(diǎn)之間。

2）開(kāi)啟恒流源，調(diào)節(jié)恒流源輸出電流大小，使其在0～0.2 A之間變化，記錄鉗形電流表的電流I1及交流電流表電流值I2。

由圖4可以看出，I1=I2+I3

圖4 分流法測(cè)量多點(diǎn)接地原理圖Fig.4 Multipoint grounding diagram of shunt measurement

3）若試驗(yàn)過(guò)程中 I1一直小于 I2，則 I3不等于零，可判定該站有兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地現(xiàn)象。若試驗(yàn)結(jié)果為I1一直保持與I2幾乎相等，則I3幾乎為零，可判定該站為一點(diǎn)接地。

2.3 TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.3.1 TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

依據(jù)TV二次多點(diǎn)接地原理及判斷方法，研究開(kāi)發(fā)了TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置。本裝置由信號(hào)發(fā)生、檢測(cè)、傳感器等幾部分組成。以高性能M C U為核心，以及恒流分流檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊、高精度傳感器、顯示LCD等組成，其原理框圖如圖5所示。

圖5 TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.5 The two loop on-line monitoring device structure diagram

恒流源的分流模塊產(chǎn)生0～0.2 A，其電壓幅值限制在50 mV以內(nèi)。

電壓信號(hào)、傳感器信號(hào)、電流信號(hào)送到CPU處理器，做為T(mén)V二次回路接地情況的判斷依據(jù)。

LCD顯示部分會(huì)顯示檢測(cè)模式、電壓大小、電流大小、二次回路接地情況等信息。

CPU處理器對(duì)高精度傳感器的輸入電流進(jìn)行電流信息進(jìn)行采集，同時(shí)監(jiān)測(cè)電壓信息，通過(guò)CPU處理器智能判斷TV二次回路多點(diǎn)接地情況，及時(shí)通過(guò)報(bào)警模塊發(fā)布短信。

2.3.2 TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置的安裝與實(shí)現(xiàn)

圖6 在線監(jiān)測(cè)裝置安裝圖Fig.6 Installation drawing of online monitoring device

通過(guò)安裝于TV二次回路中性線N600的漏電流傳感器和交流變送器將I1和I2傳至在線測(cè)試儀，通過(guò)對(duì)電流I1和I2的差流I判斷二次回路的多點(diǎn)接地情況。

3 算 例

本裝置于2014年7月在佛山電網(wǎng)220 kV平勝站220 kV TV并列屏安裝并投入試運(yùn)行。

1）2014年7月至2014年10月在線測(cè)試結(jié)果（選取6個(gè)時(shí)間點(diǎn)）。

2）上表中第6條記錄為多點(diǎn)接地，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，在10月21日上午9時(shí)22分220 kV文平乙線進(jìn)行保護(hù)改造過(guò)程中，誤將220 kV文平乙線主一保護(hù)屏TV二次回路N600接地，造成TV二次回路兩點(diǎn)接地，拆除該接地點(diǎn)，差流I恢復(fù)正常。

表1 220 kV平勝站TV二次回路在線監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.1 220 kV Pingsheng station TV secondary circuit on-line monitoring results

4 結(jié) 論

TV二次回路多點(diǎn)接地嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防TV二次回路異常顯得尤其重要，通過(guò)在TV二次回路加裝在線監(jiān)測(cè)裝置，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)并消除二次回路隱患，將有效地避免繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置不正確動(dòng)作給電網(wǎng)安全造成的威脅。

1）按照分流法原理研制的TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)N600多點(diǎn)接地故障，有效避免繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的不正確動(dòng)作事件的發(fā)生。

2）按照分流法研制的TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置能夠自動(dòng)在線準(zhǔn)確檢測(cè)N600多點(diǎn)接地故障，且不受接地故障點(diǎn)距離的限制，具有良好的抗干擾性和穩(wěn)定性。

3）按照分流法研制的TV二次回路在線監(jiān)測(cè)裝置采用了分辨率高達(dá)0.1 mA的高精度傳感器，具有高精度、線性好、大范圍檢測(cè)能力等優(yōu)勢(shì)，對(duì)TV二次回路多點(diǎn)接地具有準(zhǔn)確的判斷能力。

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