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  • 頭條變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用
    2021-01-01 作者:徐興發(fā)  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點擊率:2328
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    導(dǎo)語廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局的研究人員徐興發(fā),在2019年第9期《電氣技術(shù)》雜志上撰文,針對變電站電壓互感器二次中性點N600發(fā)生多點接地,可能引起距離保護(hù)、零序方向保護(hù)拒動或誤動的現(xiàn)象,研制了一種變電站電壓互感器二次中性點N600(PTN600)接地在線監(jiān)測裝置,通過軟件程序設(shè)計、硬件合理設(shè)置及配合,實時監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性線N600的接地狀況,N600發(fā)生多點接地時及時觸發(fā)相關(guān)告警信息,發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護(hù)裝置拒動,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高工作效率,具有較好的應(yīng)用前景。

    根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置反事故措施要點》規(guī)定:經(jīng)控制室零相小母線(N600)連通的幾組電壓互感器(potential transformer, PT)二次回路,其只應(yīng)在控制室將N600一點接地,各電壓互感器二次中性點在開關(guān)場地接地點應(yīng)斷開;為保證接地可靠,各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開的斷路器或接觸器。

    在實際運(yùn)行中,由于設(shè)計、施工及二次設(shè)備老化、絕緣擊穿原因,可能引起電壓互感器二次中性點N600(PTN600)存在兩點接地,開關(guān)場地接地和控制室同時接地,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障,變電站地網(wǎng)流過大故障電流,這時N600兩端會出現(xiàn)電位差,將造成中性點的電壓相位偏移,進(jìn)而影響相電壓與零序電壓的幅值與相位,可能導(dǎo)致距離保護(hù)、零序方向保護(hù)拒動或誤動。

    變電站發(fā)生過幾次由保護(hù)電壓互感器二次中性點N600多點接地引起的220kV及以上保護(hù)裝置誤動事件,為了防止此類事件的再次發(fā)生,可以采取以下措施:

    • 1)各單位應(yīng)對所轄變電站電壓互感器二次回路N600接地情況進(jìn)行檢查。
    • 2)維護(hù)單位應(yīng)在新建變電站投運(yùn)前,認(rèn)真檢查驗收中性點N600一點接地情況,確保設(shè)計圖紙及相關(guān)二次回路接線正確無誤,并將中性點N600接地線測試數(shù)據(jù)存檔備查。
    • 3)改擴(kuò)建的變電站在設(shè)備投運(yùn)前,必須對N600公共接地線電流進(jìn)行測試并記錄數(shù)據(jù)。
    • 4)運(yùn)行中的變電站,運(yùn)行值班人員應(yīng)每半年進(jìn)行一次N600接地線電流值的測試,若發(fā)現(xiàn)多點接地,須立即檢查排除N600以外的接地故障點。

    因此,變電站電壓互感器二次中性點N600的檢查、運(yùn)維管理是電力系統(tǒng)運(yùn)維人員定期巡查測試的一項重要內(nèi)容。變電站電壓互感器二次中性點N600接地線并沒有相關(guān)的能實時在線監(jiān)測方法,通常在電網(wǎng)發(fā)生保護(hù)誤動之后,才通過分析判斷得出變電站電壓互感器二次中性點多點接地、接地不良、接線錯誤,多數(shù)為事后檢查,不能及時發(fā)現(xiàn)隱患。

    同時,繼電保護(hù)維護(hù)人員檢查需要大量時間,逐個變電站排查工作量大,操作隨意性大,巡檢效率低,巡檢監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確,如可能檢查時沒有發(fā)現(xiàn)問題,但雷雨期間(如TYD的N600擊穿熔斷器導(dǎo)通等)形成多點接地,直到事故發(fā)生后才會被發(fā)現(xiàn)。

    1 PTN600接地在線監(jiān)測裝置設(shè)計

    1.1 PTN600接地在線監(jiān)測裝置原理

    利用高精度鉗形電流互感器采集中性點N600接地線電流,如圖1所示。輸入采集模塊,將模擬量電流值進(jìn)行信號處理,去除干擾量,處理后輸入放大模塊,經(jīng)過兩級放大電路后輸入到A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊,通過A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到微機(jī)處理器,進(jìn)行邏輯判斷,電流超過微機(jī)處理模塊整定定值(50mA),經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器K1,繼電器K1動作,繼電器K1動作常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點,監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“中性點N600多點接地”信息。

    同時,繼電器K1的另一對常開接點閉合,觸發(fā)裝置告警模塊動作,信號燈點亮。復(fù)歸按鈕S動作,觸發(fā)繼電器K2,裝置復(fù)歸信號告警與繼電器K1,裝置恢復(fù)正常工作狀態(tài),如圖2所示。

    變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用

    圖1 鉗形電流互感器示意圖

    變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用

    圖2 中性點N600在線監(jiān)測裝置告警控制回路示意圖

    同時,站內(nèi)遠(yuǎn)動裝置將變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地線狀況及時發(fā)送調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)與調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系,在線監(jiān)測裝置將采集、識別的監(jiān)測狀態(tài)通過站內(nèi)遠(yuǎn)動裝置上傳至調(diào)度主站服務(wù)器,對變電站PT二次中性線N600接地在線實現(xiàn)實時準(zhǔn)確且高效的監(jiān)測功能。

    1.2 PTN600接地在線監(jiān)測裝置軟件設(shè)計

    1)裝置采用了微型機(jī)箱設(shè)計、嵌入式安裝結(jié)構(gòu)、整體面板構(gòu)造。高性能高速32位微處理器為主MCU建立硬件平臺,高效C語言嵌入式實時軟件平臺,結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)接口最大化,方便功能升級擴(kuò)充,雙路電流量輸入。

    2)電量采集回路低功耗CMOS運(yùn)算放大器、共模高端雙向電流檢測技術(shù)、電壓采集線性光耦隔離技術(shù)及其專用的電量處理芯片,完成電量參數(shù)的輸入隔離、采集、變換,再由CPU處理采集的數(shù)據(jù),并根據(jù)電量告警閥值實時報警。

    3)在直流電源輸入端有專用的電源濾波器,從而有效防止由沖擊負(fù)荷、電氣化電路及電力系統(tǒng)發(fā)生故障等可能引起的誤動或拒動現(xiàn)象。

    4)整個裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計采用模塊化設(shè)計,整個模塊包括電源板、顯示板、控制板和端子板。可插拔的安裝方式,便于維修和提高可生產(chǎn)性。

    5)友好的人機(jī)界面。裝置應(yīng)用漢顯液晶屏,友好的中文窗口界面,界面顯示信息量大。

    6)裝置的主要功能有:①通過參數(shù)監(jiān)測裝置安裝處電流的正常運(yùn)行狀態(tài);②具有多路可編程繼電器出口,用于接外部信號報警等;③具有事件記錄和事故數(shù)據(jù)記錄功能,可記錄保存最近的12次事件,并具有掉電保持功能,記錄內(nèi)容在斷電后不消失;④具有自檢功能,程序自恢復(fù)功能,整組自試驗功能。

    1.3 PTN600接地在線監(jiān)測裝置硬件設(shè)計

    變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置的硬件,包括電流互感器、采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及微機(jī)處理模塊。微機(jī)處理模塊的第一輸出端連接告警輸出單元模塊,微機(jī)處理模塊的第二輸出端分別連接報警指示燈以及顯示模塊,微機(jī)處理模塊的第三輸出端連接存儲單元模塊,微機(jī)處理模塊的第一輸入端連接自動復(fù)位模塊,微機(jī)處理模塊的第二輸入端連接對時模塊,微機(jī)處理模塊的第三輸入端連接定值整定模塊,告警輸出單元模塊還連接公用測控裝置,如圖3所示。

    變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用

    圖3 裝置原理圖

    1)高精度鉗形電流互感器

    高精度鉗形電流互感器采用開口CT鉗,采集變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的電流,不會影響、改變變電站原有N600接地線狀況,如圖1所示。在變電站PT并列屏實時采集流過全站惟一N600接地線的電流,并將高精度鉗形電流互感器輸出電流數(shù)據(jù)輸入采集模塊。

    2)采集模塊、放大電路、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

    采集模塊將輸入模擬量電流值進(jìn)行信號處理,將干擾量去除,處理后將輸入放大模塊。采用兩級放大電路,第一次運(yùn)算放大器和第二次運(yùn)算放大器均采用LM332運(yùn)算放大器芯片,在兩級運(yùn)算放大電路的輸出端輸入A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將采集模塊、放大后的電壓互感器二次中性線N600接地線電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,并輸入到微機(jī)處理器。

    3)微機(jī)處理模塊

    A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將中性線N600的電流模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,輸入微機(jī)處理模塊,微機(jī)處理模塊具備邏輯分析、判斷功能,輸入電流超過整定定值時觸發(fā)繼電器線圈動作,繼電器線圈動作時觸發(fā)報警模塊、報警指示燈點亮、顯示模塊,報警指示燈與微處理模塊連接,超過微機(jī)處理模塊設(shè)定值時,觸發(fā)告警指示相關(guān)電路,告警燈點亮,并且裝置能夠判定N600發(fā)生多點接地故障。

    4)自動復(fù)位模塊

    自動復(fù)位功能,即自動復(fù)位模塊與所述微處理模塊連接,微處理器監(jiān)測、分析判斷中性線N600接地線電流正常時,自動復(fù)位。復(fù)位模塊是通過復(fù)位繼電器、告警復(fù)位單元、電源及相關(guān)保護(hù)電阻組成,能夠?qū)崿F(xiàn)自動復(fù)位,如圖2所示。復(fù)位相關(guān)回路的告警復(fù)位單元具備將繼電器線圈動作復(fù)位,即線圈返回,所述復(fù)位回路閉合時,動作繼電器告警指示燈熄滅,告警信號常開接點由動作閉合狀態(tài)恢復(fù)至斷開狀態(tài)。

    在圖2所示的變電站PTN600在線監(jiān)測裝置及方法的告警控制回路示意圖中,R1、R2、R3為控制回路的相關(guān)保護(hù)元件(電阻、電感、電容),K1、K2為繼電器,L為告警指示燈,S為復(fù)位模塊中的復(fù)歸按鈕。當(dāng)采集電流超過微機(jī)處理模塊整定定值(50mA),經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器K1,繼電器K1動作,繼電器K1動作,常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點,監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地”信息。

    同時,繼電器K1的另一對常開接點閉合,觸發(fā)裝置告警模塊動作,信號燈點亮。復(fù)位按鈕S動作,觸發(fā)繼電器K2,裝置復(fù)位信號告警與繼電器K1,裝置恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

    5)對時模塊

    對時模塊適用于接入變電站內(nèi)GPS時鐘,具備GPS對時功能,用于電站PT二次中性線N600接地在線監(jiān)測裝置。

    6)定值整定模塊

    定值整定模塊應(yīng)用于可整定的繼電器,預(yù)設(shè)有動作告警電流閾值,目前標(biāo)準(zhǔn)值為50mA,當(dāng)所述PT二次中性線N600的電流大于動作告警閾值50mA時,繼電器動作,見表1。

    變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用

    表1 裝置定值設(shè)計

    判別邏輯及動作起動條件,電流大于設(shè)定電流判斷定值后觸發(fā),默認(rèn)為50mA。

    7)存儲單元模塊

    存儲單元模塊存儲繼電器的動作事件,便于查詢最近n(n≥20)條故障信息。

    8)告警輸出單元模塊

    繼電器動作觸發(fā)繼電器,繼電器常開節(jié)點閉合,觸發(fā)告警輸出,輸出至公用測控裝置,包括監(jiān)控后臺信號告警模塊以及遠(yuǎn)動調(diào)度主站監(jiān)測模塊。在線監(jiān)測裝置采集到的電流超過告警整定電流定值時,判斷為多點接地,微處理模塊觸發(fā)繼電器K1線圈動作,繼電器K1常開節(jié)點閉合,觸發(fā)控制回路至公用測控裝置的N600多點接地告警信號閉合,監(jiān)控后臺機(jī)光字牌被點亮、告警窗彈出“N600多點接地”告警信息。

    9)顯示模塊

    顯示當(dāng)前變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地的電流及多點接地信息。

    10)電源模塊

    電源處理模塊,所述的電源處理模塊與所述的采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及微機(jī)處理模塊均相連。電源模塊輸出直流24V作為采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的工作電源,輸出直流48V作為微機(jī)處理模塊的工作電源。電源處理模塊提供變電站PT二次中性線N600接地在線監(jiān)測裝置的工作電源,采用變電站直流電源(110V或220V)保障裝置工作狀態(tài)的穩(wěn)定運(yùn)行。

    1.4 PTN600接地線在線監(jiān)測裝置的邏輯功能

    變電站PTN600(電壓互感器二次中性線)接地在線監(jiān)測裝置,通過高精度鉗形電流互感器、采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、微機(jī)處理模塊、自動復(fù)位模塊、對時模塊、定值整定模塊、存儲單元模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、告警輸出單元模塊、顯示模塊、報警指示燈合理設(shè)置及配合,實現(xiàn)了對變電站PT二次中性線N600流過的電流進(jìn)行實時在線監(jiān)測功能,微機(jī)處理模塊具備分析判斷功能,將PT二次中性線N600的電流進(jìn)行對比分析,并且超過整定的繼電器動作電流50mA,繼電器動作告警,站內(nèi)監(jiān)控后臺告警光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警信息,顯示發(fā)生中性點N600多點接地。

    同時,自動復(fù)位模塊的設(shè)置將繼電器K1線圈動作復(fù)位,使處于報警狀態(tài)下的裝置恢復(fù)到在線監(jiān)測工作狀態(tài);監(jiān)控后臺信號告警模塊以及遠(yuǎn)動調(diào)度主站監(jiān)測模塊的設(shè)置有利于將采集、識別的監(jiān)測狀態(tài)通過站內(nèi)遠(yuǎn)動裝置上傳至調(diào)度主站服務(wù)器,對變電站PT二次中性線N600接地狀況實現(xiàn)準(zhǔn)確且高效的實時監(jiān)測,及時通知運(yùn)維人員處理,消除安全隱患,降低區(qū)外故障保護(hù)誤動作,提高工作效率。

    變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用

    圖4 變電站PTN600接地線在線監(jiān)測裝置工作流程圖

    變電站PTN600接地線在線監(jiān)測裝置體積小,設(shè)計電路簡單,安裝方便,不影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    2 PTN600接地在線監(jiān)測裝置的調(diào)試升級

    對研制的變電站電壓互感器二次中性點接地線在線監(jiān)測裝置進(jìn)行調(diào)試、升級。

    1)在新建變電站主控室的PT并列屏安裝調(diào)試,高精度鉗形電流互感器實時采集中性點N600接地線電流,將采集的電流輸入裝置采集模塊,將電流模擬量進(jìn)行信號處理,將干擾量去除,處理后輸入放大模塊,經(jīng)過兩級放大電路后輸入到A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊,通過A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到微機(jī)處理器。

    2)微處理器進(jìn)行邏輯判斷。當(dāng)模擬兩點接地時,裝置采集電流超過微機(jī)處理模塊整定定值(50mA),經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器動作。

    3)繼電器動作常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點,監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“中性點N600多點接地”信息。

    4)繼電器的另外一對常開接點閉合,觸發(fā)裝置告警模塊信號燈點亮。

    為準(zhǔn)確實現(xiàn)對變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)誤動的發(fā)生,提高工作效率,對裝置進(jìn)行升級,在不改變主控室原有N600一點接地的基礎(chǔ)上,實時監(jiān)測電壓互感器二次中性點N600接地點電流,電流超過繼電器線圈動作值50mA時觸發(fā)告警指示燈及告警信號,裝置具備穩(wěn)定可靠性及事件和事故數(shù)據(jù)記錄功能。

    3 裝置的運(yùn)行效果

    3.1 變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置實施情況

    目前,在粵北地區(qū)電網(wǎng)變電站試點應(yīng)用,同時在基建變電站現(xiàn)場施工過程中應(yīng)用,能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況,發(fā)生多點接地觸發(fā)相關(guān)告警信息,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。提高運(yùn)維效率,實現(xiàn)變電站電壓互感器二次中性點接地在線監(jiān)測。

    3.2 效果分析

    變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置,取得以下實際效果:

    1)提供了一種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測技術(shù),能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況。

    2)電壓互感器二次中性點N600發(fā)生多點接地觸發(fā)相關(guān)告警信息,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護(hù)裝置拒動,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    3)全面掌控管轄地區(qū)電網(wǎng)變電站電壓互感器二次中性點N600一點接地的情況。

    4)完善中性點N600接地線在線監(jiān)測裝置與調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系。

    3.3 經(jīng)濟(jì)效益

    變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用,可及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護(hù)裝置拒動,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行;避免潛在的區(qū)外故障誤動作對社會產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失,為生產(chǎn)提供穩(wěn)定的監(jiān)測方法,產(chǎn)生積極的經(jīng)濟(jì)效益。

    避免了一次變電站N600多點接地引起一起110kV線路保護(hù)零序保護(hù)反方向動作,造成110kV孟蒙線零序保護(hù)反方向誤動,引起線路停電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失,提前及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)裝置誤動,按國家平均售電價0.497元/kW?h,結(jié)合110kV線路潮流負(fù)荷計算,0.497元/kW?h×32.1×1000kW×6h=95722.2元,為我局增加收入約9.57萬元,同時工作效率也得到了提高。

    變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置研制投入運(yùn)行后,對其進(jìn)行了多次升級改造,不斷完善其邏輯和功能,在變電站試點運(yùn)行時取得了良好效果。通過相關(guān)的技術(shù)測試、滿足技術(shù)規(guī)范要求,提供了一種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測的技術(shù),能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況,全面掌控管轄地區(qū)電網(wǎng)變電站電壓互感器二次中性點N600一點接地的狀況,N600發(fā)生多點接地時及時觸發(fā)相關(guān)告警信息,發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護(hù)裝置拒動,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高工作效率,具有較好的應(yīng)用前景。

    總結(jié)

    本文研發(fā)的變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測技術(shù),能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況,N600發(fā)生多點接地,及時觸發(fā)相關(guān)告警信息,發(fā)現(xiàn)安全隱患,避免區(qū)外故障保護(hù)裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護(hù)裝置拒動,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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