量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表測(cè)量電位異常情況及原因分析

0 引言

變電站二次設(shè)備是對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)，并為運(yùn)行、維護(hù)人員提供運(yùn)行工況或生產(chǎn)指揮信號(hào)所需的低壓電氣設(shè)備，其保護(hù)回路有助于實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)，以增強(qiáng)變電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。目前，我國(guó)變電站保護(hù)回路中多設(shè)置壓板表進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)位的電壓監(jiān)測(cè)，一旦超出安全閾值，開(kāi)關(guān)制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變電站的運(yùn)行監(jiān)測(cè)及安全防護(hù)[]。上述壓板表對(duì)采樣點(diǎn)位、內(nèi)置電阻、測(cè)量精度等要求較高，應(yīng)針對(duì)不同回路進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化，以避免由環(huán)境因素、技術(shù)因素和操作因素引起的誤差。

1 故障概況

某供電局在變電運(yùn)維檢修過(guò)程中對(duì)變電站保護(hù)出口壓板電壓測(cè)量工作非常重視，采用量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表對(duì)電壓情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用高精度ADC對(duì)分壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣計(jì)量，在一定程度上提升了變電站的安全性能和可靠系數(shù)。

某供電局使用的量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表中內(nèi)置電阻與測(cè)控開(kāi)入電阻按比例分壓，在測(cè)量一般保護(hù)回路時(shí)準(zhǔn)確度較高，但在測(cè)量測(cè)控回路時(shí)，容易出現(xiàn)電壓偏差過(guò)大問(wèn)題。如2023年12月變電站年檢過(guò)程中，運(yùn)維檢修人員在 220kV 某站 220kV 某甲線路保護(hù)屏（母差保護(hù)型號(hào)為SGB750）處，用壓板表測(cè)得母差失靈開(kāi)入壓板上端為 -28V ，用福祿克萬(wàn)用表F175測(cè)得-57V，誤差約為 51% ；在另一座 220kV 某站測(cè)控屏（測(cè)控裝置型號(hào)為PRS-7741）處，用壓板表測(cè)得測(cè)控開(kāi)入 -58.11V ，用福祿克萬(wàn)用表F15B + 測(cè)得-105.1V，誤差約為 45% ，具體如圖1所示。

上述測(cè)量結(jié)果顯示，現(xiàn)階段某供電局使用的220kV 變電站壓板表無(wú)法正確反映壓板或其他回路真實(shí)電位。當(dāng)回路電壓高出閾值時(shí)，量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的電壓低于實(shí)際電壓值，變電保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，容易造成設(shè)備誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備損毀或電力癱瘓，在變電站運(yùn)維檢修過(guò)程中需全面重視。

2 故障診斷

2.1 基本原理

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，某供電局采用的量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表為某供電局專利，其本質(zhì)上與數(shù)字式萬(wàn)用表原理相似，整個(gè)電路的核心部分就是ICL7106組成的一個(gè)量程為 200mV 的電壓表，配合AC/DC轉(zhuǎn)換回路，進(jìn)行電壓測(cè)量數(shù)值的顯示[2]，如圖2所示。

上述測(cè)量過(guò)程中采用電阻分壓器法測(cè)量電壓，輸入的直流電壓首先通過(guò)分壓和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，將各個(gè)量程電壓均變?yōu)?0～200mV 直流電壓，然后再將不同等級(jí)直流電壓送入A/D轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，并顯示壓板電位數(shù)值。當(dāng)超出閾值時(shí)，保護(hù)回路中的開(kāi)關(guān)制動(dòng)，使裝置投切或斷電[3]。

為滿足不同場(chǎng)景下的電位計(jì)量需求，可在量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的表頭串聯(lián)分壓電阻，用于擴(kuò)大電壓量程。串聯(lián)的分壓電阻不同，其相應(yīng)的量程也不同，計(jì)算過(guò)程中可按照量程一檔位關(guān)系式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表中的衰減平衡，如表1所示。

量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的測(cè)量值越大，則分壓送入ICL7106輸入端的電壓越大；檔位從 200mV～ 200V變化時(shí)，相應(yīng)的檔位電阻減小[4]。通過(guò)計(jì)算可以看出，ICL7106的輸入端電壓不會(huì)超出一定值0 200mV） ，各個(gè)量程保持平衡。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，某供電局采用的量程自適應(yīng)電力方用表可以測(cè)量交直流電壓、電阻和電流。在一般回路電位測(cè)量過(guò)程中，量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表可通過(guò)高精度ADC對(duì)分壓進(jìn)行采樣計(jì)算，獲取精確的電壓采樣結(jié)果，而高精度保護(hù)回路中，量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表中高阻分壓效果欠佳，其計(jì)量過(guò)程中壓板表內(nèi)阻過(guò)小，容易引起分壓誤差，導(dǎo)致電壓測(cè)量結(jié)果低于實(shí)際數(shù)值[5]。

如圖3所示，在檢驗(yàn)過(guò)程中，將量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表和福祿克萬(wàn)用表均接入被測(cè)電路圖，分別測(cè)量同一點(diǎn)處測(cè)控電壓值。

1）測(cè)量前對(duì)量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表和福祿克萬(wàn)用表的電阻值進(jìn)行檢測(cè)，儀表顯示福祿克萬(wàn)用表直流電壓檔內(nèi)阻約 11MΩ ，壓板表內(nèi)阻約為 1MΩ 。

2）測(cè)量前對(duì)測(cè)控開(kāi)入內(nèi)阻 R₁₁ （負(fù)公共端與開(kāi)入間）進(jìn)行檢測(cè)，儀表顯示 ?R₁₁ 約為 1MΩ，R₁₂ 相當(dāng)于在測(cè)量點(diǎn)后再串接的一個(gè)負(fù)載。

3）測(cè)量時(shí)將量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表和福祿克萬(wàn)用表分別接入到 處。此時(shí)，量程自適應(yīng)電力方用表和福祿克萬(wàn)用表顯示值實(shí)際為 |R₂₁ 電壓。

4）測(cè)量過(guò)程中當(dāng)輸入都為100V時(shí)，壓板表顯示 。如福祿克內(nèi)部分壓電阻比例和壓板表一樣，只是都同時(shí)變?yōu)?0倍，這樣內(nèi)阻就約為 10MΩ ，此時(shí)福祿克萬(wàn)用表顯示 U₂=0.02/ （10+1）×100V≈0.18V ，即壓板表測(cè)得電壓約為福祿克萬(wàn)用表的一半，與 220kV 某站 220kV 某甲線路保護(hù)屏（母差保護(hù)型號(hào)為SGB750）處和另一座 220kV 某站測(cè)控屏（測(cè)控裝置型號(hào)為PRS-7741）處的測(cè)量結(jié)果一致。

綜上所述，某供電局使用的量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表內(nèi)阻太小，無(wú)法滿足特定回路電壓測(cè)量需求，這是造成本次電位異常的主要原因。且經(jīng)多次檢驗(yàn)，確認(rèn)該類量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表在測(cè)量直流屏、開(kāi)關(guān)跳閘出口回路等中并無(wú)明顯異常，但在母差失靈保護(hù)回路、測(cè)控保護(hù)回路等中存在電壓數(shù)低于實(shí)際值的問(wèn)題，亟待處理和優(yōu)化。

3 處理方案

某供電局在 220kV 變電站保護(hù)回路測(cè)控過(guò)程中普遍使用量程自適應(yīng)電力方用表，其在保護(hù)回路測(cè)量中具有一定的優(yōu)勢(shì)和局限，雖然能滿足大多數(shù)場(chǎng)景下的測(cè)量需求且操作便捷，但其存在對(duì)特定回路測(cè)量誤差較大的情況?；诖耍彻╇娋?jǐn)M報(bào)廢已使用期限超過(guò)3年的老舊壓板表，而對(duì)使用未超過(guò)3年的現(xiàn)有量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表進(jìn)行改造，增大量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的內(nèi)阻，該批次表計(jì)進(jìn)行改良后重新投入使用。

在將量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表內(nèi)阻增大到 10MΩ 后，再次對(duì)同批次表計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果顯示：220kV 某站 220kV 某甲線路保護(hù)屏（母差保護(hù)型號(hào)為SGB750）處和另一座 220kV 某站測(cè)控屏（測(cè)控裝置型號(hào)為PRS-7741）處開(kāi)入電壓分別為-57V和-105.8V， ，與福祿克萬(wàn)用表測(cè)量結(jié)果（-57V和-105.5V）誤差在 1% 范圍內(nèi)，滿足變電站保護(hù)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

4注意事項(xiàng)

對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)，二次回路是變電站保護(hù)及測(cè)控系統(tǒng)的信號(hào)源，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行起監(jiān)視和保護(hù)作用。這也意味著，變電站內(nèi)保護(hù)電壓測(cè)量是否準(zhǔn)確，直接影響變電站運(yùn)行可靠性。一些特殊情況下，如儀器儀表故障、操作人員檔位選錯(cuò)，都可能造成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。再如萬(wàn)用表故障會(huì)引發(fā)直流接地，繼而干擾變電設(shè)備運(yùn)行?；诖?，在使用量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表進(jìn)行保護(hù)回路測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

4.1 表計(jì)異常問(wèn)題處理

受環(huán)境因素、技術(shù)因素和操作因素影響，量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)均可能出現(xiàn)電壓異常情況[]。如保護(hù)回路外部干擾較為嚴(yán)重，可能影響量程自適應(yīng)電力方用表的電流信號(hào)，造成電壓顯示異常；量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表內(nèi)阻焊接不良或局部燒毀，會(huì)造成分流異常，引起電壓數(shù)值不準(zhǔn)確；操作過(guò)程中人員未將表頭置于合適位置，也會(huì)造成電壓測(cè)量結(jié)果異常等。因此，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)先對(duì)量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表進(jìn)行檢查，確定其頻率響應(yīng)、整流組件、表頭情況、分流電阻、分壓電阻、屏顯等是否正常，測(cè)試裝置使用均無(wú)問(wèn)題后，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)使用。尤其是要對(duì)內(nèi)阻進(jìn)行篩選，按照被測(cè)回路中電阻情況選擇合適阻值的量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表，以避免高阻分壓不合理造成的電壓偏差。

4.2 測(cè)試異常問(wèn)題處理

本次事故過(guò)程中的保護(hù)回路壓板測(cè)量與一般設(shè)備電壓測(cè)量存在較大差異。使用量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表進(jìn)行常規(guī)測(cè)量時(shí)，直接將表計(jì)接入到被測(cè)裝置兩端即可。而保護(hù)回路壓板電壓測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)景采用不同的測(cè)試方法。

如在變電站保護(hù)出口壓板測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)采用“測(cè)量壓板對(duì)地電壓\"和“測(cè)量壓板對(duì)負(fù)電壓\"兩種方法，將量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的紅表筆接入到被測(cè)壓板的末端，黑表筆接地，或?qū)⒘砍套赃m應(yīng)電力萬(wàn)用表的紅表筆接入到被測(cè)壓板的中間端，黑表筆接負(fù)極。上述方法能有效避免由出口繼電器觸點(diǎn)閉合引起的測(cè)試誤差，保證變電站保護(hù)出口壓板電壓測(cè)量結(jié)果的可靠性和有效性，實(shí)用效益顯著。

在變電站母差失靈回路中壓板電壓測(cè)量時(shí)，應(yīng)先對(duì)二次回路進(jìn)行檢查，確定是否存在異常情況，避免誤觸電事故。然后，將量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表分別接入到安全測(cè)量點(diǎn)中，依次測(cè)試壓板兩端對(duì)地的電壓、壓板兩端間的電壓。當(dāng)操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓板電位異常時(shí)，應(yīng)先對(duì)母差屏和壓板情況進(jìn)行檢查，分析端子是否存在松動(dòng)、保護(hù)接點(diǎn)是否出現(xiàn)短接、公共端是否接反等，并及時(shí)處理。

4.3 測(cè)量萬(wàn)用表升級(jí)

針對(duì)變電站保護(hù)回路測(cè)試情況，要對(duì)量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表進(jìn)行改造升級(jí)，不斷提升萬(wàn)用表的測(cè)量精確度和可靠性，使其能夠適應(yīng)多種場(chǎng)景下的測(cè)試要求?？稍诂F(xiàn)有量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的基礎(chǔ)上更換更高精度的測(cè)量模塊，升級(jí)測(cè)試電路，調(diào)整裝置內(nèi)阻，必要情況下還可對(duì)電路板進(jìn)行改造和更換，以增強(qiáng)萬(wàn)用表的整體性能[7]；可對(duì)量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的固件進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)元件的迭代升級(jí)和定期對(duì)比驗(yàn)證，提升萬(wàn)用表測(cè)試結(jié)果的可靠性和有效性等。

5 結(jié)束語(yǔ)

使用量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表進(jìn)行保護(hù)回路測(cè)量時(shí)，應(yīng)針對(duì)回路電阻情況選擇對(duì)應(yīng)內(nèi)阻的量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表。尤其是在母差失靈保護(hù)回路及測(cè)控回路中，應(yīng)適當(dāng)增大量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表的內(nèi)阻值，使其高阻分壓測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。必要情況下，還可配置智能采集裝置，通過(guò)高精度儀表代替量程自適應(yīng)電力萬(wàn)用表，以改善變電保護(hù)回路監(jiān)測(cè)效果，避免由表計(jì)問(wèn)題造成的變電誤動(dòng)或拒動(dòng)。

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