主變中性點(diǎn)智能診斷監(jiān)控功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳海雄 孫殿坤

摘要：隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，網(wǎng)架不斷完善，主變的數(shù)量也隨之增多，對(duì)主變接地中性點(diǎn)的運(yùn)行監(jiān)控要求也越來越高，單純使用人工監(jiān)控已經(jīng)不再滿足調(diào)度人員日常的工作要求，而開發(fā)主變中性點(diǎn)智能診斷監(jiān)控模塊可以有效提高調(diào)度人員的工作效率，也能減少調(diào)度人員在日常工作中的失誤。為解決電力系統(tǒng)中某220 kV變電站可能出現(xiàn)無中性點(diǎn)接地問題，并且避免再次出現(xiàn)220 kV 變電站無中性點(diǎn)接地運(yùn)行，研究了如何利用調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)遙信功能對(duì)主變中性點(diǎn)地刀位置變化進(jìn)行監(jiān)視，并且對(duì)中性點(diǎn)地刀位置變化與該站正常方式需配置的中性點(diǎn)地刀數(shù)量進(jìn)行比較，若出現(xiàn)異常變化時(shí)，則觸發(fā)智能告警條件。調(diào)度員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并第一時(shí)間掌握電網(wǎng)設(shè)備接地系統(tǒng)情況，后續(xù)可及時(shí)跟進(jìn)處理，確保該站的220 kV或110 kV供電片區(qū)不會(huì)出現(xiàn)無中性點(diǎn)接地，防止該片區(qū)電網(wǎng)在短路時(shí)出現(xiàn)無零序阻抗以及片區(qū)供電的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)接地;自動(dòng)化系統(tǒng)遙信功能;零序阻抗

中圖分類號(hào)：TM63文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）11-0265-04

Design and Implementation of Intelligent Diagnosis and Monitoring Function for Neutral Point of Main Transformer

Wu Haixiong，Sun Diankun

（Zhuhai Power Supply Bureau， Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Zhuhai， Guangdong 519000， China）

Abstract： With the development of the power system and the improvement of the grid structure， the monitoring of transformers is more and more important. Therefore， the development of intelligent diagnosis and monitoring module for neutral point of main transformer can not only effectively improve the work efficiency of dispatchers， but also reduce the mistakes of dispatchers in the daily work. In order to solve the problem of lack of main transformer neutral point in 220 kV power system and avoid the lack of main transformer neutral point in 220 kV power system， using the remote signaling function of dispatching automation system to monitor the change of neutral point ground knife position of main transformer was studied， and the change of neutral point ground knife position with the number of neutral point ground knives to be configured in the normal mode of the station was compared. If there is abnormal change， the intelligent alarm condition will be triggered， so the dispatcher can find out and master the grounding system of power grid equipment in time， then deal with it in time to ensure that there will be no neutral point grounding in the 220 kV or 110 kV power supply area of the station， so that there will be no zero sequence impedance and power supply in the area.

Key words： neutral ground; SCADA system; zero sequence impedance

0 引言

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，近年來，我國電力工業(yè)發(fā)展迅速，當(dāng)前電網(wǎng)的發(fā)展越來越快，而現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行人員的數(shù)量難以滿足日益增多的變電站所帶來的更多操作任務(wù)[1-2]。在如今的電力系統(tǒng)發(fā)展中，依然存在一些不能及時(shí)獲取而導(dǎo)致不能快速跟進(jìn)處理的問題，并且隨著調(diào)控一體化的發(fā)展及推廣，對(duì)調(diào)度員的要求也隨之增高，日常工作任務(wù)也隨之增多。美國電機(jī)工程學(xué)會(huì)第32號(hào)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中性點(diǎn)接地方式作出了明確的規(guī)定：當(dāng)在系統(tǒng)或系統(tǒng)的指定部分的所有各點(diǎn)上，不論運(yùn)行的情況如何，以及連接的發(fā)電機(jī)容量多大，零序電抗對(duì)正序電抗之比都不大于3，而且零序電阻對(duì)正序電抗之比不大于1時(shí)，該電力系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分可被認(rèn)為是中性點(diǎn)有效接地。當(dāng)電力系統(tǒng)不是全部有效接地，而在系統(tǒng)的一個(gè)指定部分的所有各點(diǎn)上，上述要求得到滿足時(shí)，可認(rèn)為該指定部分是有效接地的[3]。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)沿用至今，在國際上得到了廣泛的認(rèn)同[4-5]。在有效接地系統(tǒng)中，其中一部分變壓器的中性點(diǎn)為直接接地，同時(shí)為了限制單相接地短路電流和滿足繼電保護(hù)的要求，一部分變壓器的中性點(diǎn)是不接地的[6-7]。變壓器中性點(diǎn)的接地方式與電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。根據(jù)規(guī)程規(guī)定及系統(tǒng)運(yùn)行的需要， 110～220 kV 有效接地系統(tǒng)中有大約30%～50%的變壓器中性點(diǎn)采取不接地的運(yùn)行方式。

對(duì)于110 kV ，220 kV變壓器，概括起來有如下的規(guī)定：（1） 對(duì)220 kV變壓器，當(dāng)變電所只有一臺(tái)變壓器，則中性點(diǎn)應(yīng)直接接地，有兩臺(tái)及以上變壓器時(shí)，應(yīng)至少保證一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地;（2）對(duì) 110 kV 變壓器，對(duì)電廠或低壓側(cè)有電源的變電站，只有一臺(tái)變壓器，則變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，有接于母線的兩臺(tái)主變壓器，則宜保持一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行[8-10]。若某220 kV或110 kV片區(qū)無主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行，則會(huì)出現(xiàn)該片區(qū)在短路時(shí)出現(xiàn)無零序阻抗以及片區(qū)供電的相關(guān)問題，影響相關(guān)保護(hù)動(dòng)作，降低供電可靠性。利用智能監(jiān)控技術(shù)提高生產(chǎn)應(yīng)用的工作效率及減少工作失誤已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，并且利用智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)中的變電站變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)異常運(yùn)行的中性點(diǎn)進(jìn)行定位、診斷與分析，不僅可以大大降低故障時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，而且可以顯著提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。目前在 EMS系統(tǒng)中還未有針對(duì)主變中性點(diǎn)智能診斷監(jiān)控的模塊的研發(fā)與上線應(yīng)用。本文基于上述提到的問題研發(fā)了一種220 kV 變電站主變變高中性點(diǎn)223000接地刀閘的智能監(jiān)控模塊，用于提高調(diào)度人員對(duì)主變中性點(diǎn)運(yùn)行監(jiān)控的工作效率，同時(shí)借助于此技術(shù)的研發(fā)，能夠減少或者避免由于人工不能及時(shí)跟進(jìn)從而引起的事故，進(jìn)而影響保護(hù)裝置的動(dòng)作。

1 項(xiàng)目背景

2020年11月7日某局某220 kV 變電站正常運(yùn)行的220 kV主變變高中性點(diǎn)223000接地刀閘出現(xiàn)自動(dòng)分開，該站220 kV系統(tǒng)長達(dá)11 h無接地系統(tǒng)，嚴(yán)重影響該片區(qū)電網(wǎng)的零序阻抗，若此時(shí)該片區(qū)出現(xiàn)220 kV 單相接地故障，將影響保護(hù)的正常動(dòng)作。為避免再次出現(xiàn)220 kV 變電站無中性點(diǎn)接地，研究利用調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)遙信功能對(duì)主變中性點(diǎn)地刀位置變化進(jìn)行監(jiān)視[11]，并對(duì)中性點(diǎn)地刀位置變化與該站正常方式需配置的中性點(diǎn)地刀數(shù)量進(jìn)行比較，若變化出現(xiàn)異常時(shí)智能告警，讓調(diào)度員及時(shí)掌握電網(wǎng)設(shè)備接地系統(tǒng)情況，并及時(shí)跟進(jìn)處理，確保該站的220 kV或110 kV供電片區(qū)不會(huì)出現(xiàn)無中性點(diǎn)接地。

2 技術(shù)原理

利用母線、主變中性點(diǎn)的拓?fù)渥粉櫍悄芘袛喑鲈撝行渣c(diǎn)是否符合運(yùn)行。自動(dòng)生成光字牌及告警報(bào)文同時(shí)發(fā)出音響，讓調(diào)控員不需專門查看各站主變中性點(diǎn)是否符合運(yùn)行要求，通過報(bào)文知道中性點(diǎn)配置出現(xiàn)異常。

拓?fù)渥粉櫢髡井?dāng)前220 kV或110 kV母線運(yùn)行方式，分析該站母線是并列運(yùn)行還是分列運(yùn)行，若是并列運(yùn)行則只需一臺(tái)主變的中性點(diǎn)接地，如圖1所示，若是分列運(yùn)行則根據(jù)分列母線的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)匹配相同數(shù)量的運(yùn)行主變中性點(diǎn)接地。通過對(duì)運(yùn)行母線及主變中性點(diǎn)接地位置的拓?fù)潢P(guān)系分析比較，若出現(xiàn)異常，則自動(dòng)生成光字牌和報(bào)警報(bào)文。

條件如下。

（1） 220 kV母線或110 kV母線有壓。

（2） 220 kV/110 kV母線并列，只需一個(gè)中性點(diǎn)，如是分列，各分列母線（含4段各兩段并列或每獨(dú)立的一段母線）對(duì)應(yīng)一個(gè)中性點(diǎn)，如圖2所示，某站220 kV#1、#5母線并列只需一臺(tái)主變中性點(diǎn)接地，220 kV#2、#6母線也是只需一個(gè)中性點(diǎn)，條件上需分析4段母線的組合。

（3） 報(bào)文格式： XXX 站220 kVXX母線上無主變中生點(diǎn)接地。

（4） 光字牌增加“主變中性點(diǎn)”間隔。

主要邏輯判據(jù)（以變高側(cè)母線為例進(jìn)行說明，變中側(cè)邏輯判據(jù)與變高側(cè)一致）：判斷220 kV變電站變高側(cè)母線是否有壓，如果母線全部無壓，則結(jié)束邏輯判斷。檢測(cè)220 kV 變電站母線變高側(cè)有壓的母線數(shù)量為 n 條，主變變高側(cè)中性點(diǎn)接地?cái)?shù)量 m 個(gè)，220 kV母聯(lián)開關(guān)在分位數(shù)量f個(gè)。判斷 n=2是否成立，若 n=2，則進(jìn)入220 kV 雙母情況判斷，若 n=2不成立，則進(jìn)入4段母線情況判斷，隨后根據(jù)母聯(lián)開關(guān)的合位及分位數(shù)量，將母線分為各種情況考慮，如不滿足一段母線只能有一個(gè)中性點(diǎn)在合位即報(bào)警[12]，若一段母線同時(shí)有兩個(gè)中性點(diǎn)在合位也觸發(fā)報(bào)警。圖3所示為220 kV變高側(cè)母線邏輯判斷流程。

3 軟件運(yùn)行、安裝條件及部署要求

軟件要求運(yùn)行在麒麟操作系統(tǒng)，底層是經(jīng)過安全加固的操作系統(tǒng)。軟件的安裝部署主要有以下步驟。

（1） 網(wǎng)絡(luò)調(diào)研及業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息收集：對(duì)安裝單位網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研，收集信息。

（2）服務(wù)器申請(qǐng)：根據(jù)調(diào)研結(jié)果，提出服務(wù)器資源申請(qǐng)，所申請(qǐng)的服務(wù)器應(yīng)屬于OCS主站系統(tǒng)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。

（3）應(yīng)用軟件部署：在 OCS主站系統(tǒng)所申請(qǐng)的服務(wù)器上部署 E8000V3平臺(tái)， ORACLE 11 g 數(shù)據(jù)庫客戶端，在數(shù)據(jù)庫中增加各級(jí)計(jì)算點(diǎn)，用于判斷母線分列或并列狀態(tài)下中性點(diǎn)接地?cái)?shù)量的情況來判斷是否正常運(yùn)行，以及增加告警生成的邏輯判斷功能。首先，開工前自動(dòng)化值班員檢查確認(rèn)系統(tǒng)功能正常，包括 SCADA、AVC、 PAS、前置功能等，若有不正常，則本次程序部署工作暫停，待處理正常后繼續(xù)開展;第二，工作負(fù)責(zé)人檢查 pas1、pas2節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，確保 pas 節(jié)點(diǎn)運(yùn)行工況正常;第三，部署程序在 pas1、pas2上部署后，需要重啟pasServer、pasNasEngine進(jìn)程，重啟完成后觀察2 h，再更新部署客戶端節(jié)點(diǎn)。具體步驟如下所示。

①在 pas1上備份原程序，執(zhí)行：

cd /df8003/bin/

cp -p pasbypasstest pasbypasstest_202108xx

cp -p pasNasEngine pasNasEngine_202108xx

cd /df8003/lib

cp -p libpasbypass.so libpasbypass.so_20210825 cp -p libpasNasEg.so libpasNasEg.so_20210825

cp -plibpasNasEgClient.solibpasNasEgClient.so_20210825

cp -p libpasNasEgIo.so libpasNasEgIo.so_20210825

cp -p libpasNasExec.so libpasNasExec.so_20210825 cp -p libpasNasReq.so libpasNasReq.so_20210825

②執(zhí)行dbusql，插入記錄，insert into t1603_pas_ctrlparavalues （242，′ ALM_TF_MED? MODE′， 0， 1）;commit。

③更新 pas2節(jié)點(diǎn)程序，將新程序拷貝至 pas2節(jié)點(diǎn)，在 pas2上執(zhí)行：

scp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/bin/*/df8003/bin scp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/lib/*/df8003/lib 并重啟 pas2的pasServer，pasNasEngine。

④ pas2上正常后，更新pas1的進(jìn)程，在pas1上執(zhí)行：scp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/bin/*/df8003/binscp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/lib/*/df8003/lib ⑤重啟 pas1的pasServer，pasNasEngine。

⑥打開繪圖包，畫表格控件，表名后面填：tfmed? mode，這樣就能在調(diào)度員界面上顯示/df8003/dat/pas/ tfmedmode.txt的內(nèi)容了。

⑦在 g3_mmi上看表格是否正常顯示，告警窗是否有中性點(diǎn)異常告警。

⑧對(duì)管理員和用戶進(jìn)行培訓(xùn)。

（4）系統(tǒng)初始化：對(duì)部署增加的相關(guān)計(jì)算點(diǎn)，告警信息進(jìn)行初始化。

（5）聯(lián)調(diào)測(cè)試：側(cè)重點(diǎn)在于場(chǎng)版本的 pas程序模塊間接口的正確性、各模塊間的控制流和數(shù)據(jù)流是否按照設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其功能、以及集成后整體功能的正確性。所以聯(lián)調(diào)測(cè)試在軟件開發(fā)中是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。聯(lián)調(diào)測(cè)試工作內(nèi)容基本為：聯(lián)調(diào)測(cè)試介于白盒、黑盒之間，可以稱為灰盒測(cè)試。為保證各功能的可用性，安排測(cè)試人員對(duì)各功能、性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試在母線不同分列或者并列情況下，根據(jù)中性點(diǎn)接地?cái)?shù)量進(jìn)行判斷是否符合正常運(yùn)行狀態(tài)，并且是否能在非正常運(yùn)行狀態(tài)下給出告警。

4 結(jié)束語

為了針對(duì)某局出現(xiàn)的某220 kV 變電站正常運(yùn)行的220 kV 主變變高中性點(diǎn)223000接地刀閘出現(xiàn)自動(dòng)分開，該站220 kV系統(tǒng)長達(dá)11 h無接地系統(tǒng)，嚴(yán)重影響該片區(qū)電網(wǎng)的零序阻抗的情況，研究利用調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)遙信功能對(duì)主變中性點(diǎn)地刀位置變化進(jìn)行監(jiān)視，并對(duì)中性點(diǎn)地刀位置變化與該站正常方式需配置的中性點(diǎn)地刀數(shù)量進(jìn)行比較，若變化出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出智能告警，調(diào)度員可及時(shí)掌握電網(wǎng)設(shè)備接地系統(tǒng)情況，并及時(shí)跟進(jìn)處理，確保該站的220 kV或110 kV供電片區(qū)不會(huì)出現(xiàn)無中性點(diǎn)接地。通過軟件的開發(fā)和部署，并且設(shè)置了告警報(bào)文和告警聲作為手段，及時(shí)提醒工作人員有異常狀態(tài)存在。該方法可有效預(yù)防系統(tǒng)接地系統(tǒng)出現(xiàn)故障和人工處理不及時(shí)所引起的問題。該項(xiàng)目通過對(duì)故障問題進(jìn)行精準(zhǔn)處理，能有效提升相關(guān)工作人員的工作效率并減少工作人員工作中的失誤，使工作人員更高效率地完成工作任務(wù)。

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第一作者簡介：吳海雄（1975-），男，廣東河源人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，高級(jí)技師，研究領(lǐng)域?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度控制。

（編輯：王智圣）