李燕青，沈博一，趙亮，魏方園

(華北電力大學河北省輸變電設備安全防御重點實驗室，河北保定071003)

混合信號激勵檢測變電站接地點的方法

李燕青，沈博一，趙亮，魏方園

(華北電力大學河北省輸變電設備安全防御重點實驗室，河北保定071003)

為了防止帶地線合閘事故的發(fā)生，提出了一種混合信號激勵下檢測變電站接地點的方法。直流電壓和高頻2 kHz電壓疊加成的混合信號經(jīng)過無感電阻對停運三相線路同時施加激勵，通過分析線路直流響應分壓和高頻響應分壓的大小判斷有無接地點存在。由于變壓器中性點接地會導致接地點檢測誤判，分析了不同頻率下中性點接地零序阻抗的變換趨勢。實驗結果證明直流信號能將線路接地點檢測出來，高頻信號能夠進一步排除中性點接地的影響。結論表明，在變電站接線復雜、設備種類繁多的情況下，直流和高頻混合信號激勵方法能夠有效檢測出接地點，有很大的靈敏性，且不會引起誤判。

混合信號；接地點檢測；零序阻抗；中性點接地

電力系統(tǒng)會因為人為原因發(fā)生帶地線合閘事故，究其原因是在合閘送電前沒有有效的技術手段確保本停運線路、設備有無接地點。在變電站中，直接接地類型主要體現(xiàn)在接地刀閘接地、通過地線保護接地兩種類型。對于接地刀閘接地點，一般新式變電站都會和五防相連，接地刀閘動作時給五防系統(tǒng)發(fā)信號，五防通過邏輯判斷功能發(fā)出或解除閉鎖信號，防止接地合閘事故發(fā)生。但在一些變電站中，沒能實現(xiàn)接地刀閘和五防的聯(lián)系，從而不能判斷是否存在接地刀閘接地點。對于通過地線保護接地點，合閘前拆除地線主要靠管理手段，如操作票、工作票等。工作人員由于疏忽忘拆地線會引起很嚴重的后果。本文基于以上兩種接地點目前狀況的不合理，提出了一種信號激勵法檢測變電站接地點的方法。

變電站內(nèi)接地類型有3種：工作接地(變壓器中性點接地)，防雷接地和保護接地。本文就是要將保護接地點檢測出來，并與工作接地和防雷接地區(qū)分，不造成誤判。因防雷接地與變電站設備之間沒有電氣連接，因此不會對信號激勵法產(chǎn)生影響。變電站中設備一般不會全部停電，停運線路周圍存在諸多電磁干擾，因此會在停運設備上感應出靜電感應電壓、靜電感應電流、電磁感應電壓、電磁感應電流[1-6]。這些感應電壓、電流都是50 Hz工頻分量，可以通過濾波將其濾除。因此本文對信號響應的分析重點是對與激勵信號同頻率響應的分析。

1 變壓器中性點接地零序阻抗分析

變壓器中性點接地的存在，可能會引起接地檢測時的誤判：即將中性點接地(工作接地)當作設備直接接地(保護接地)。信號源通過無感電阻同時加在ABC三相線路上，相當于對變壓器施加一個零序電壓。零序電壓加在變壓器繞組的三角形側(cè)或不接地星形側(cè)時，無論另一側(cè)繞組接線方式如何，變壓器中都無零序電流，這時零序阻抗無窮大，不會當作設備直接接地，不引起誤判。本文對信號源加在接地星形一側(cè)時變壓器零序電抗的大小做重點分析。下面以三相三柱式雙繞組變壓器YNd(Y0/?)接線方式進行分析。

星形側(cè)施加零序信號源時，星形側(cè)繞組流過零序電流，在三角形側(cè)繞組中感應零序電動勢，因零序電動勢大小相等、相位相同，接成三角形的三相繞組為零序電流提供通路，在繞組中行成環(huán)流，但不流出。如圖1所示[7-8]，其中為信號源，為10 kΩ無感電阻，P為ABC三相公共連接點。

圖1 變壓器零序電流流通示意圖

用一相表示時，可以認為三角形側(cè)感應電動勢以電壓降的形式完全降落于三角形側(cè)漏抗上，相當于繞組短路，其等值電路如圖2所示。

圖2 變壓器零序等值電路圖

零序電抗表達式為：

式中：I為星形側(cè)繞組漏抗；II為三角形測繞組漏抗；m(0)為零序勵磁電抗。

對于三相三柱式變壓器，在三相繞組上施加零序電壓后，因三相磁通同相位，在鐵芯中不能流通，只能由箱壁返回，此時磁阻較大，因此零序勵磁電抗較小，其值的大小受很多因素影響。有磁路定律得：

式中：為信號源頻率，Hz；為繞組匝數(shù)；為磁路截面積，m2；為磁路長度，m；為磁導率，H/m。由于存在磁飽和，磁導率不是常數(shù)。且頻率變化時，m(0)值也會變化。=0時，m(0)=0，這時(0)也大致為零(線路直接接地時線路阻抗也大致為零)。

由以上分析可得出，判斷設備有無地線加信號源時，若設備沒有直接接地但存在中性點接地，其零序阻抗隨變動。經(jīng)過分析，考慮飽和時，信號源頻率由小到大變化時，中性點接地阻抗由小到大再到小變化。其中存在一個阻抗最大的頻率點。區(qū)分中性點接地和直接接地時，在這個頻率點處有最大的靈敏性。本文通過分析現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)找到這個頻率點。

2 實驗結果分析

按圖1的接線方式對星形接地側(cè)施加激勵電壓。信號源S為信號發(fā)生器產(chǎn)生的標準正弦電壓，幅值為依12 V，無感電阻P=10 kΩ，用示波器測量P點對地電壓波形。正弦電壓頻率從0到5 kHz變化，記錄主要頻率點對應的P點電壓波形進行分析。

以=1 kHz時為例：圖3上圖為采集到的P點的分壓波形，下圖為進行FFT后的頻譜分析結果。從頻譜分析結果可以看出，幅值12 V的激勵信號頻率為1 kHz時，對應的1 kHz響應幅值為1.1 V。

圖3 1 kHz激勵下中性點分壓

同理，根據(jù)這個方法，對各個頻率點中性點分壓波形進行FFT分析，將對應響應頻率的幅值記錄下來，并繪制出圖4各個頻率點對應的變壓器中性點零序阻抗的分壓。因無感電阻的阻抗不隨頻率改變，此分壓與零序阻抗值成正比關系。

圖4 中性點接地零序阻抗變化曲線

從圖4中可以看出，當頻率在2 kHz左右時，對應的中性點分壓最大，這時對應的零序阻抗值最大，因此，用這個頻率點區(qū)分中性點接地和直接接地有最大的靈敏性。

3 混合信號監(jiān)測接地點方法

圖5和圖6分別是直流信號源激勵加在變電站停運線路上，線路不接地和直接接地時采集的響應波形。從圖中可以分析出，不接地時直流信號幅值為5.40 V，直接接地時為0.26 V，兩者相差較大，可以區(qū)分出線路是否接地。但是當所加激勵回路中沒有直接接地點但存在中性點接地點時，測量的響應信號如圖7所示，其直流分量幅值為0.54 V，與直接接地時幅值相近。因此，單純采用直流信號分析是否存在接地點時，會引起誤判。

圖5 線路不接地、直流激勵

圖6 線路直接接地、直流激勵

圖7 中性點接地、直流激勵

通過變壓器中性點識別實驗的分析，可以得知，信號源頻率在2 kHz附近時變壓器中性點接地零序阻抗最大。其測量響應信號分析如圖8所示，其響應頻率2 kHz處幅值為11.04 V。但是當線路直接接地時，其阻抗分壓對2 kHz信號大致為零。據(jù)此可以用高頻信號將中性點接地和直接接地區(qū)分開。

圖8 中性點接地、2 kHz激勵

由以上分析，形成以下混合信號激勵法檢測變電站接地點的過程：

(1)將停運線路A、B、C相短路連接后加混合信號激勵源，信號激勵源由依6 V標準正弦電壓和+6 V直流電壓疊加而成(產(chǎn)生此信號的芯片可單電源+12 V供電，實現(xiàn)方式簡單)；

(2)將短路連接處信號通過低通濾波器，計算直流信號幅值，若為高電位，則本回路無接地點；若為低電位則進行下一步驟；

(3)將短路連接處信號再通過高通濾波器，計算2 kHz信號幅值，若也為低電位，則本回路有接地點，禁止合閘；若為高電位，則為中性點接地，無直接接地點，可以合閘。

4 結論

為了防止帶地線合閘事故的發(fā)生，本文提出了一種對線路加信號源激勵分析響應特征的方法檢測是否存在接地點。在直流和高頻混合信號作用下，不僅能夠判斷線路有無接地點，而且能夠識別變壓器中性點接地點，從而防止誤判?？偨Y如下：

(1)信號源激勵電壓同時加在線路ABC三相上，為零序電壓，變壓器中性點接地的零序阻抗隨頻率變化而變化，在2 kHz處零序阻抗最大；

(2)直流信號可以很好地區(qū)分線路是否接地，但是當有變壓器中性點接地時，會引起誤判；

(3)本文所設計的方法不僅能夠檢測出停運線路是否掛接地線，還能判斷出是否有接地刀閘的接地點，實現(xiàn)了對保護接地點的所有檢測。

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Earth point detecting method with mixed signal excitation

LI Yan-qing,SHEN Bo-yi,ZHAO Liang,WEI Fang-yuan

In order to prevent the belt ground switching accident,a hybrid excitation signal detection substation earth point method was put forward.DC voltage and high frequency 2 kHZ voltage were stacked into the mixed signal through non-inductive resistance to decommissioning three phase line at the same time imposed incentives.Through the analysis of line DC response partial pressure and high frequency response of the size,whether earth point exist was judged through the partial pressure.Earth point detection miscarriage of justice was mislead due to the transformer neutral point grounding.Zero sequence impedance transformation trend was analyzed on the different frequency under neutral ground.Test results show that the DC signal can be detected line joint location,high frequency signal to further eliminate the influence of the neutral grounding.The results show that in the substation connection complex,equipment a wide variety of cases,DC and high frequency mixed signal incentive method can effectively detect joint site,there are a lot of sensitivity,and did not cause miscarriage of justice.

mixed signal;earth point detecting:zero sequence impedance;neutral point grounding

TM 63

A

1002-087 X(2015)03-0613-03

2014-08-17

李燕青(1974—)，男，河北省人，教授，主要研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。