陳東?！↑S旭聰　鄭建梓

[摘要]本文針對(duì)電壓二次回路中性線多點(diǎn)接地的危害性，提出一種可靠的微電流注入多點(diǎn)接地檢測(cè)方法，并基于該方法進(jìn)行了檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和試制。通過變電站實(shí)際測(cè)試，獲得良好效果，結(jié)束了歷來難以在運(yùn)行變電站實(shí)施電壓二次回路中性線多點(diǎn)接地檢測(cè)的困境。

[關(guān)鍵詞]電壓二次回路；中性線；多點(diǎn)接地；檢測(cè)技術(shù)

1、引言

近年來，國(guó)內(nèi)發(fā)生了多起變電站電壓回路中性線接地錯(cuò)誤、多點(diǎn)接地等原因引起的線路零序保護(hù)反方向誤動(dòng)、聯(lián)變保護(hù)誤動(dòng)、縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)等事故，均造成重大影響，帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。

國(guó)家電網(wǎng)公司新版“十八項(xiàng)反措”明確規(guī)定電壓二次回路只允許有一點(diǎn)接地，并要求定期進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)電壓二次回路多點(diǎn)接地的現(xiàn)象。

2、電壓二次回路多點(diǎn)接地簡(jiǎn)述

對(duì)于電壓二次回路的接地問題，一般只允許在控制室內(nèi)有一點(diǎn)接地，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開關(guān)或熔斷器等。己在控制室一點(diǎn)接地的電壓互感器二次線圈，宜在開關(guān)場(chǎng)將二次線圈中性點(diǎn)經(jīng)接地保護(hù)器或放電間隙或氧化鋅閥片接地，并應(yīng)定期檢查接地保護(hù)器或放電間隙或氧化鋅閥片，防止造成電壓二次回路多點(diǎn)接地的現(xiàn)象。

放電間隙擊穿或線路壓變一二次接地誤連通等回路誤接線等原因均可能造成第二個(gè)接地點(diǎn)，正常保護(hù)、測(cè)控裝置不會(huì)告警，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障，接地電流注入地網(wǎng)時(shí)，接地網(wǎng)網(wǎng)格中各點(diǎn)間將不再完全等電位，二點(diǎn)接地的電壓回路中性線上將產(chǎn)生附加電壓，使得保護(hù)測(cè)控裝置感受的相電壓和自產(chǎn)零序電壓受其附加電壓影響，采集的電壓不光是幅值發(fā)生變化，甚至相位反相，影響保護(hù)裝置的正確測(cè)量，進(jìn)而可能導(dǎo)致距離保護(hù)、零序保護(hù)等保護(hù)發(fā)生不正確動(dòng)作。

因而對(duì)電壓回路中性線的多點(diǎn)接地問題的研究很有現(xiàn)實(shí)意義，若能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)多點(diǎn)接地隱患，將極大地有助于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3、電壓回路多點(diǎn)接地檢測(cè)技術(shù)

3.1多點(diǎn)接地的檢測(cè)難點(diǎn)

電壓二次回路中性線在正常運(yùn)行時(shí)就是一點(diǎn)接地的，中性點(diǎn)電壓基本為零，即使發(fā)生多點(diǎn)接地，中性點(diǎn)的電壓仍基本為零，測(cè)量裝置或保護(hù)裝置也不會(huì)發(fā)生異常，不能有效告警，多點(diǎn)接地只有在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)才會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

由于電壓二次回路接地點(diǎn)要求保持永久接地，在運(yùn)行時(shí)不容許短時(shí)斷開，這就給檢測(cè)寄生接地點(diǎn)帶來極大的難度。

3.2注入法檢測(cè)技術(shù)原理

為了滿足一點(diǎn)接地的要求，變電站電壓二次回路各中性線形成一個(gè)互相連通的網(wǎng)絡(luò)，通常在控制室一點(diǎn)接地。由于無法通過正常運(yùn)行時(shí)各電氣量的檢測(cè)來發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生多點(diǎn)接地，因此考慮檢測(cè)外加電氣量的辦法來解決。

當(dāng)中性線網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，如果從該網(wǎng)絡(luò)的任意一點(diǎn)對(duì)地之間注入電流，那么根據(jù)基爾霍夫電流定律，流入永久接地點(diǎn)的電流應(yīng)該與注入的電流值相同，如果存在差異，則說明中間某處有寄生接地點(diǎn)導(dǎo)致分流。進(jìn)而根據(jù)中性線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)相關(guān)中性線回路注入電流分布情況，可以檢測(cè)查找出寄生接地點(diǎn)。

如圖3.1所示，圖中A、B、C、D為中性線網(wǎng)絡(luò)的一條支路中的幾處接點(diǎn)，R1，R2，R3分別為支路中三段導(dǎo)線的電阻，D為永久接地點(diǎn)，R為在第二接地點(diǎn)接地電阻。

A點(diǎn)對(duì)地（接地點(diǎn)）注入微小的電流I，在正常情況下（單點(diǎn)接地）流經(jīng)接地導(dǎo)線AB段.BC段和CD段的流應(yīng)該是相等的，都為注入的電流信號(hào)1。如果在支路中存在其它的接地點(diǎn)（比如圖中的C點(diǎn)）。R為接地電阻.由于R的分流作用，流經(jīng)接地導(dǎo)線的CD段的電流必定小于注入的電流信號(hào)?；谶@個(gè)原理.使用高精度的電流表.檢測(cè)流經(jīng)AB，BC，CD段的電流并與注入的電流相比較，即可找到故障的接地點(diǎn)。

3.3注入法檢測(cè)方案分析

注入法檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是注入電源和測(cè)試方案的選擇。注入電源選擇需要考慮其頻率和幅值對(duì)保護(hù)、測(cè)控裝置測(cè)量造成的影響；測(cè)試方案的選擇主要考慮不同的注入點(diǎn)對(duì)保護(hù)、測(cè)控裝置測(cè)量的影響。

利用MATLAB進(jìn)行仿真計(jì)算，并利用仿真結(jié)果分析測(cè)量誤差。不同幅值、相位低頻交流和直流電源注入在不同地注入點(diǎn)，計(jì)算保護(hù)測(cè)控裝置測(cè)量到的電壓誤差，得到如下結(jié)論：

（1）注入電源與電壓互感器輸出電壓間的相位差對(duì)測(cè)量精度影響較?。?/p>

（2）不同的測(cè)試頻率對(duì)測(cè)量精度影響也較小，但直流電源對(duì)測(cè)量精度影響最??；

（3）注入點(diǎn)應(yīng)選擇中性線，不宜選擇相電壓線。如果選擇相電壓線，注入電源都將對(duì)二次設(shè)備的測(cè)量帶來誤差，特別當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，由于電壓互感器二次電壓減小，注入電源不變將使測(cè)量誤差百分比大大增加：另外測(cè)試儀故障也可能導(dǎo)致電壓回路異常，危害很大；盡管保護(hù)、測(cè)控裝置中的電壓變換器隔離能隔離直流分量，但可能影響其磁特性，所以應(yīng)該選擇在中J性線注入。

綜上可知，選擇直流源或低頻交流源注入檢測(cè)的方案。經(jīng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)高精度電流源信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)已沒有難度，直流小電流精確感應(yīng)測(cè)量技術(shù)也已經(jīng)成熟可用，從降低信號(hào)注入對(duì)電力系統(tǒng)二次設(shè)備的影響出發(fā)，選擇直流電流注入更合理安全。

3.4注入法檢測(cè)系統(tǒng)研制

經(jīng)過上節(jié)的分析，確定直流電流源從中J性線注入的檢測(cè)方案作為最終方案。

為將該多點(diǎn)接地檢測(cè)技術(shù)實(shí)際使用驗(yàn)證并轉(zhuǎn)化應(yīng)用，協(xié)同企業(yè)研制了一套基于直流電流源注入原理的電壓二次回路中性線多點(diǎn)接地檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一臺(tái)高精度直流電流發(fā)生器和一只基于霍爾原理和注入固有變化量磁通的高精度直流微電流鉗形表。

為減少對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的影響，檢測(cè)系統(tǒng)在保證測(cè)量精度的前提下，盡可能減小注入量。采用了直流脈沖電流源及差分測(cè)量方法，降低了直流鉗形表零漂及外部干擾帶來的測(cè)量誤差；并對(duì)直流電流發(fā)生器設(shè)置了10mA、100mA兩個(gè)檔位，同樣鉗形表也設(shè)置了相應(yīng)的測(cè)量檔位提高系統(tǒng)測(cè)量精度。

由于電流源加在大阻抗負(fù)載上可能產(chǎn)生高電壓不利安全，系統(tǒng)還在直流電流發(fā)生器上增加限值保護(hù)元件，以保證安全。

4、注入法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

檢測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)研制成功后首先在寧波電網(wǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，取得了良好的效果。

4.1未投運(yùn)變電站檢測(cè)試驗(yàn)

首先在一座接線完善、等待投運(yùn)的220kV變電變進(jìn)行試驗(yàn)。電壓二次回路中性線網(wǎng)絡(luò)如圖

4.1.1正常工況檢測(cè)

在正常接線情況下選擇各典型點(diǎn)A、B、C、D、E、F注入10mA脈沖電流源，檢測(cè)注入點(diǎn)電流、永久接地點(diǎn)（也就是全所唯一接地點(diǎn)）電流，所得測(cè)試數(shù)據(jù)如表4-1所示：

注：分流比=（注入點(diǎn)電流一永久接地點(diǎn)電流）/注入點(diǎn)電流，以下同。

由表4-1可知，在各典型點(diǎn)注入10mA脈沖電流源時(shí)，各點(diǎn)分流比均在1%以內(nèi)。在整個(gè)中性線網(wǎng)絡(luò)全所一點(diǎn)接地的情況下，不同注入點(diǎn)測(cè)得的分流比是不變的，且趨近于O。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該變電壓回路中性線網(wǎng)絡(luò)有且僅有一點(diǎn)可靠接地。

4.1_2人工模擬金屬性第二接地點(diǎn)

在離永久接地點(diǎn)最遠(yuǎn)的110kV ll母電壓互感器端子箱處B點(diǎn)直接接地，在典型位置A、B、C、D、E、F點(diǎn)逐一注入約10mA脈沖電流源，檢測(cè)注入點(diǎn)電流和永久接地點(diǎn)電流，所得測(cè)試數(shù)據(jù)如表4-2所示：

由表4-2數(shù)據(jù)可知，分流比與第二接地點(diǎn)位置、恒流源注入位置密切相關(guān)。在特定一處注入，可能無法發(fā)現(xiàn)某些地方的第二接地點(diǎn)（如A點(diǎn)），但只要按測(cè)試要求在多處注入電流（如B點(diǎn)，C點(diǎn)），本檢測(cè)儀能準(zhǔn)確地反應(yīng)是否存在第二接地點(diǎn)。而且電氣上越靠近第二接地點(diǎn)的分流比越大，能比較方便找到第二接地點(diǎn)，這是其他測(cè)試方法不具備的。在其他點(diǎn)接地，也得到同樣結(jié)論。

4.1.3人工模擬非金屬性第二接地點(diǎn)

在實(shí)際工作中，誤接線常常由于電纜破損、放電間隙損壞等引起，可能通過一定的過渡電阻接地，為驗(yàn)證本系統(tǒng)對(duì)過渡電阻的適應(yīng)能力，在110kV Ⅱ母電壓互感器端子箱B點(diǎn)經(jīng)10Ω電阻接地，分別在各典型位置A、B、C、D、E、F注入約100mA脈沖電流源，檢測(cè)檢測(cè)注入點(diǎn)和永久接地點(diǎn)電流。所得測(cè)試數(shù)據(jù)如表4-3所示：

通過分析表4-3中的數(shù)據(jù)可知，第二接地點(diǎn)如非金屬性接地，對(duì)檢測(cè)的靈敏度有影響，因?yàn)榉墙饘傩越拥貢r(shí)分流比要比金屬性接地時(shí)小。恒流源注入位置越靠近第二接地點(diǎn)處，分流越大，檢測(cè)效果越好。當(dāng)出現(xiàn)注入點(diǎn)處的注入電流與永久接地點(diǎn)電流如有明顯不同，則認(rèn)為存在第二接地點(diǎn)。

將第二接地點(diǎn)電阻更改為5 0，作相同試驗(yàn)，分流非常明顯。

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，只要檢測(cè)各典型點(diǎn)注入電流和永久接地點(diǎn)電流，檢測(cè)其分流情況即可判斷是否存在多點(diǎn)接地。如各點(diǎn)注入均無明顯分流，可認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)只有一點(diǎn)接地；任一注入點(diǎn)測(cè)得有明顯分流，則可認(rèn)為該點(diǎn)附近存在第二接地點(diǎn)。

4.2注入法現(xiàn)場(chǎng)安全性驗(yàn)證

為驗(yàn)證在中性線注入直流電流對(duì)交流電壓回路影響有多大，在運(yùn)行變電站做了以下試驗(yàn)：在變電站的一臺(tái)故障錄波器屏內(nèi)，把直流電源（對(duì)地110V）直接短接到電壓回路中性線上，檢查保護(hù)、測(cè)控裝置測(cè)量值，并啟動(dòng)手動(dòng)錄波，比較短接前后的各電壓錄波波形，結(jié)果表明電壓回路中性線上注入直流對(duì)交流電壓的測(cè)量基本沒有影響。

由于采用微電流注入法檢測(cè)電壓回路多點(diǎn)接地的注入電流很?。ㄖ挥?0mA或100mA），加上中性線線電阻很?。ㄒ话阈∮? O），實(shí)際注入的電壓非常小，由此進(jìn)一步說明了直流電流注入中性線不影響運(yùn)行設(shè)備，具有很強(qiáng)的安全性。

4.3運(yùn)行變電站檢測(cè)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用

本測(cè)試方法不改變?nèi)倦妷夯芈方泳€，僅在電壓回路中線線上短時(shí)注入10mA或100mA微電流檢測(cè)電壓回路多點(diǎn)接地，具有很強(qiáng)的靈敏性和安全性。

為了驗(yàn)證在運(yùn)行變電站的適用性，再次安排在—座運(yùn)行110kV變電變進(jìn)行相同檢測(cè)和人為接地試驗(yàn)。正常工況下，不同位置注入微電流，只有永久接地點(diǎn)有相同電流：人為增加可變電阻第二點(diǎn)接地，即使電阻達(dá)到20Ω電阻情況下，該方法仍能分辨有分流，方便查出多余接地點(diǎn)。

后來對(duì)寧波電網(wǎng)41座220kV變電站進(jìn)行了電壓回路中性線多點(diǎn)接地檢測(cè)，測(cè)試發(fā)現(xiàn)多座變電站存在多點(diǎn)接地情況，有放電間隙擊穿、電纜絕緣不良、擴(kuò)建設(shè)備壓變回路誤接地等情況，立即進(jìn)行了處理，消除隱患。其中有一個(gè)變電站有多個(gè)110kV間隔線路壓變一二次接地誤連通，也通過本方法查出整改。寧波局已將應(yīng)用本方法定期檢查電壓二次回路一點(diǎn)接地作為專業(yè)檢查項(xiàng)目。

結(jié)論：

本文研究的微電流注入檢測(cè)電壓回路中性線多點(diǎn)接地的裝置和方法經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證是安全、方便，有效的，解決了以往變電站一旦投。