張慧慧,王飛龍,陳 潔

(包頭供電局,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

基于響應(yīng)分析的變電站臨時(shí)地線檢測方法

張慧慧,王飛龍,陳 潔

(包頭供電局,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

為防止變電站帶地線合閘送電事故,提出一種基于響應(yīng)分析的變電站臨時(shí)地線檢測方法,即在站內(nèi)合適的位置給一次設(shè)備加激勵(lì)信號(hào),分析測量點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)的特性即可判斷出站內(nèi)是否有未拆除的臨時(shí)地線。利用變壓器一次繞組的阻抗隨信號(hào)源頻率變化的特性,選擇合適的信號(hào)源頻率,以有效辨別出臨時(shí)地線接地和變壓器中性點(diǎn)接地,避免電壓互感器對(duì)檢測結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該方法的實(shí)用性。

變電站;臨時(shí)地線;響應(yīng)分析;信號(hào)源頻率;中性點(diǎn)接地

變電站設(shè)備檢修時(shí)均需要裝設(shè)地線或使用接地刀閘,以確保作業(yè)人員安全。檢修工作結(jié)束后,要拆除所有的地線,斷開所有的接地刀閘,然后才允許合閘送電[1-4]。但實(shí)際中,由于變電站設(shè)備種類多,出線間隔外觀相差不大,大規(guī)模預(yù)試或檢修時(shí)一次性裝設(shè)地線數(shù)量多,地線裝設(shè)位置分散,作業(yè)人員疏忽大意等多方面因素,變電站帶地線合閘送電事故屢禁不止[5-7]。

隨著GPS定位技術(shù)和無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者提出了多種地線在線監(jiān)測方法[8-9]。但由于監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、一次性投資大、可靠性差等缺點(diǎn),一直沒有很好推廣。

針對(duì)以上問題,本文提出基于響應(yīng)分析的臨時(shí)地線檢測方法。在站內(nèi)合適的位置給一次設(shè)備加激勵(lì)信號(hào),通過分析響應(yīng)信號(hào)的特性即可判斷站內(nèi)是否裝設(shè)有地線,是否完全拆除,避免了帶地線合閘送電事故的發(fā)生。

1 理論分析

1.1 檢測原理分析

變電站處于檢修狀態(tài)的設(shè)備若裝設(shè)有地線,則設(shè)備處于接地狀態(tài),此時(shí)給設(shè)備加激勵(lì)信號(hào),激勵(lì)信號(hào)可以通過地線形成流通回路;反之若設(shè)備沒有裝設(shè)地線,那么所加的激勵(lì)信號(hào)將無法形成流通回路。以河北省某220 kV變電站220 kV系統(tǒng)接線簡圖為例進(jìn)行詳細(xì)說明,如圖1所示。

假設(shè)Ⅱ段母線處于檢修狀態(tài),接地刀閘S1處于閉合狀態(tài)(模擬裝設(shè)地線情況,下同),則B檢測點(diǎn)所加的激勵(lì)信號(hào)可以通過Ⅱ段母線、S1與大地形成流通回路;反之若S1處于斷開狀態(tài)(模擬地線全部拆除情況,下同),檢測點(diǎn)B所加的激勵(lì)信號(hào)無法形成流通回路,據(jù)此可以判斷是否有地線存在。同理,可以通過在檢測點(diǎn)A加激勵(lì)信號(hào)來判斷S2的開閉情況。若斷路器211、隔離開關(guān)211-1同時(shí)處于閉合狀態(tài),且主變高壓繞組中性點(diǎn)接地運(yùn)行,此時(shí)即使S2處于斷開狀態(tài),檢測點(diǎn)A所加的激勵(lì)信號(hào)也會(huì)通過I段母線、隔離開關(guān)211-1、斷路器211、主變中性點(diǎn)接地線形成流通回路。因此,要想在變電站推廣該方法,必須可靠辨識(shí)變壓器中性點(diǎn)接地和設(shè)備經(jīng)地線直接接地。

圖1 某變電站220 kV系統(tǒng)部分接線簡圖

Fig.1 Partial wiring diagram of 220 kV system in a substation

1.2 變壓器中性點(diǎn)接地識(shí)別

設(shè)備裝設(shè)地線時(shí),激勵(lì)信號(hào)通過地線流入大地;設(shè)備未裝設(shè)地線時(shí),激勵(lì)信號(hào)通過變壓器原邊繞組流入大地。為有效辨別變壓器中性點(diǎn)接地和地線接地,建立中性點(diǎn)接地的變壓器一次繞組模型,如圖2所示，檢測電路原理圖如圖3所示。

圖2 變壓器模型圖

(1)

對(duì)于實(shí)際變壓器,有RT?XT。

圖3 檢測電路原理圖

由式(1)可知,在一定的頻率范圍內(nèi),隨著信號(hào)源頻率的升高測量點(diǎn)M的電壓值增大;超過限定的頻率范圍,隨著信號(hào)源頻率的進(jìn)一步升高,繞組對(duì)地電容的容抗逐漸增大,導(dǎo)致測量點(diǎn)M的電壓值反而減小,該結(jié)論與文獻(xiàn)[10]中得出的結(jié)論一致。

由此可知,只要設(shè)備是通過地線接地,那么測量點(diǎn)M的理論電壓值均為0;若信號(hào)源的頻率合適,變壓器中性點(diǎn)接地且無地線接地時(shí),測量點(diǎn)M的電壓值不為0。以此為依據(jù)可以有效辨別出地線接地和變壓器中性點(diǎn)接地。

2 實(shí) 驗(yàn)

為驗(yàn)證提出的基于響應(yīng)分析的變電站地線檢測方法的實(shí)用價(jià)值,在河北省某變電站做了大量實(shí)驗(yàn)。使信號(hào)源的頻率從0逐漸增加到50 kHz,在S1斷開、閉合兩種情況下分別采集測量點(diǎn)M的電壓信號(hào),并對(duì)采集到的信號(hào)做FFT處理,這樣既可濾除干擾信號(hào),又方便用程序精確求得M點(diǎn)的電壓值。文中僅給出直流源、2 kHz正弦交流源、50 kHz正弦交流源三種情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.1 信號(hào)源為直流源

信號(hào)源為直流源時(shí),S1斷開、閉合兩種情況下采集到的信號(hào)波形及其FFT處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 信號(hào)源為直流源時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

Fig.4 Experimental results of signal source as DC source

由圖4可知,S1斷開、閉合情況時(shí),測量點(diǎn)M的直流電壓分量分別為0.024 V、0.019 V,變壓器中性點(diǎn)接地與地線接地測量點(diǎn)M的直流電壓分量的比值為1.26。

2.2 信號(hào)源為2 kHz正弦信號(hào)源

信號(hào)源為2 kHz正弦信號(hào)源時(shí),S1斷開、閉合兩種情況下采集到的信號(hào)波形及其FFT處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知,S1斷開、閉合情況時(shí),測量點(diǎn)M的2 kHz信號(hào)分量電壓值分別為9.832、0.094 V,變壓器中性點(diǎn)接地與地線接地測量點(diǎn)M的2 kHz信號(hào)分量電壓的比值為104.59。

2.3 信號(hào)源為50 kHz正弦信號(hào)源

信號(hào)源為50 kHz正弦信號(hào)源時(shí),S1斷開、閉合兩種情況下采集到的信號(hào)波形及其FFT處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知,S1斷開、閉合情況時(shí),測量點(diǎn)M的50 kHz信號(hào)分量電壓值分別為0.631、0.484 V,變壓器中性點(diǎn)接地與地線接地測量點(diǎn)M的50 kHz信號(hào)分量電壓的比值為1.31。

實(shí)驗(yàn)求得變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)測量點(diǎn)M的電壓與地線接地時(shí)測量點(diǎn)M的電壓的比值隨信號(hào)源頻率的變化關(guān)系曲線如圖7所示。

圖5 信號(hào)源為2 kHz正弦信號(hào)源時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

Fig.5 Experimental results of signal source as 2 kHz sinusoidal signal source

圖6 信號(hào)源為50 kHz正弦信號(hào)源時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

Fig.6 Experimental results of signal source as 50 kHz sinusoidal signal source

圖7 電壓比值隨信號(hào)源頻率變化曲線圖

Fig.7 Frequency variation curves of voltage ratio with signal source

由圖7可知,信號(hào)源頻率在1.5～2.5 kHz范圍內(nèi)變化,變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)測量點(diǎn)M的電壓與地線接地時(shí)測量點(diǎn)M的電壓的比值較大,當(dāng)信號(hào)源頻率為1.92 kHz時(shí),該比值最大,為130.77。因此選取信號(hào)源的頻率為1.92 kHz,這樣可以使得檢測靈敏度最高,檢測結(jié)果可靠性最高。

上述電容式電壓互感器上下兩節(jié)整體電容值為0.01 uF,在提出的臨時(shí)地線檢測方法所用的信號(hào)作用下,求取其呈現(xiàn)容抗的計(jì)算表達(dá)式為

由該式求得,該型號(hào)電容式電壓互感器的等值容抗為8.29 kΩ,遠(yuǎn)大于臨時(shí)地線的接地電阻。因此電容式電壓互感器不會(huì)對(duì)檢測結(jié)果造成影響。

3 實(shí)際應(yīng)用分析

基于本文提出的臨時(shí)地線檢測方法,設(shè)計(jì)了便攜式臨時(shí)地線檢測裝置。一方面不需要改變一次系統(tǒng),另一方面便攜式臨時(shí)地線檢測裝置在使用時(shí)只需要用絕緣桿將其信號(hào)線短時(shí)搭接在檢測點(diǎn)即可,裝置搬運(yùn)輕便,操作簡單,檢測效率高。檢測裝置主要由供電電源、單片機(jī)、液晶顯示模塊及其他輔助元器件構(gòu)成,其型號(hào)分別為Vcoolook牌鋰電池、STC89C52單片機(jī)、MT48270A050-01NN。

設(shè)計(jì)的檢測裝置在內(nèi)蒙古某大型企業(yè)廠用變電站內(nèi)做了多次試驗(yàn),均能有效識(shí)別出接地刀閘和不同位置裝設(shè)的臨時(shí)地線,而且檢測結(jié)果不受變壓器和電壓互感器及其他設(shè)備的影響。檢測結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的臨時(shí)地線檢測裝置能夠輔助運(yùn)行人員檢測出安裝的臨時(shí)地線和閉合的接地刀閘。

實(shí)際中,在使用設(shè)計(jì)的臨時(shí)地線檢測裝置時(shí)有一些問題需要注意。

1) 在使用設(shè)計(jì)的檢測裝置前,運(yùn)行人員需要充分考慮現(xiàn)場設(shè)備停電情況及臨時(shí)地線使用情況,據(jù)此確定檢測點(diǎn)的位置和數(shù)量。

2) 為確保檢測工作的有序性,同時(shí)確保檢測人員的人身安全和設(shè)備安全,檢測工作開始前必須對(duì)檢測點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)電。

3) 在檢測的過程中要求檢測人員嚴(yán)格按照操作票的要求,按照既定的檢測順序依次在每一個(gè)檢測點(diǎn)完成檢測工作并填寫檢測記錄。

4) 檢測工作結(jié)束后,檢測人員需要將檢測裝置搬離現(xiàn)場放回存放位置,并有專人檢查。

4 結(jié) 語

本文提出的方法利用了變壓器一次繞組的頻率響應(yīng)特性有效地辨別出變壓器中性點(diǎn)接地和地線接地,確定了選擇的信號(hào)源最佳頻率。值得注意的是，不同的變壓器由于結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)、容量等參數(shù)不同,信號(hào)源的最佳頻率未必完全相同。所以要更好地推廣本文提出的方法,需要針對(duì)不同的變壓器做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)分析,以進(jìn)一步研究具有智能選頻功能的臨時(shí)地線檢測裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)臨時(shí)地線的一鍵式檢測。

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(責(zé)任編輯 侯世春)

Temporary ground-wire detection method in substation based on response analysis

ZHANG Huihui, WANG Feilong, CHEN Jie

(Baotou Power Supply Bureau, Baotou 014030, China)

In order to provide technical support for preventing closing breaker with ground-wire, a new detection method based on response analysis is proposed in this paper. It is a method by which excitation signal is exerted to primary device at suitable location in substation so as to determine whether there is any ground-wire still hung on the device by analyzing the characteristics of the response signal; the impedance of the primary winding of transformer varies with the variation of signal frequency, based on the theory selecting appropriate signal frequency which can effectively identify ground-wire grounding and transformer neutral point grounding. On the other hand, it can effectively avoid the influence of voltage transformer. Experimental results prove the practicality of the proposed method.

substation; temporary ground-wire; response analysis; signal frequency; neutral point grounding

2015-03-08。

張慧慧(1988—),女,研究方向?yàn)橛秒姍z查技術(shù)與合同管理。

TM63

A

2095-6843(2015)04-0368-04