白瑞

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》文件中規(guī)定：“公用電壓互感器的二次回路只允許在控制室內(nèi)有1點接地；已在控制室1點接地的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”。中性線不得接有可能斷開的開關(guān)或熔斷器有兩個層面的含意，一是防止丟失唯一的接地點，另一個是防止丟失中性點。丟失唯一接地點將會造成高電壓竄入低壓繞組時危及人身和設(shè)備安全的危險，丟失中性點將會導(dǎo)致繼電保護(hù)等設(shè)備所用電壓的零點電位發(fā)生漂移。二次回路中性點是繼電保護(hù)正常運(yùn)行的參考點，參考點的零電位發(fā)生漂移最終可能導(dǎo)致繼電保護(hù)設(shè)備拒動或誤動事故，在繼電保護(hù)設(shè)備的實際運(yùn)行過程中多次發(fā)生。

1 電壓互感器二次中性點丟失原因分析

1.1 設(shè)計原因

為了防止電壓互感器二次繞組短路引發(fā)一次設(shè)備的損壞事故，一般在就地匯控柜內(nèi)電壓二次繞組均需配置空氣開關(guān)或熔斷器，《國網(wǎng)十八項電網(wǎng)重大反事故措施》文中規(guī)定：“已在控制室1點接地的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”。這句話并不能理解為沒有在控制室1點接地的電壓互感器的中性線上就可以接有開關(guān)或熔斷器；但在一些工程中由于理解性錯誤，在實際的電壓二次繞組中性線上也設(shè)計加裝了開關(guān)或熔斷器，如圖1所示。

當(dāng)中性線上的開關(guān)觸點接觸不良或熔斷器由于工藝質(zhì)量導(dǎo)致誤開斷時，將會造成保護(hù)裝置丟失中性點的情況[1]，所以這句話的正確理解應(yīng)為“無論接地點在什么位置，電壓互感器的中性線上都不得接有可能斷開的開關(guān)或熔斷器”。

1.2 安裝檢修作業(yè)不規(guī)范

電壓互感器二次繞組一般是經(jīng)過“試驗端子”連接接線的，如圖1所示，而繼電保護(hù)檢修人員的工作涉及到“試驗端子”的情況也較多，如果由于安裝接線的不規(guī)范和檢修維護(hù)過程疏忽等原因，非常容易出現(xiàn)丟失中性點情況的發(fā)生。

1.2.1 只有一個N相“試驗端子”的情況

對于已在控制室1點接地的電壓互感器二次回路，保護(hù)裝置屏柜的電壓N相“試驗端子”上要接入電壓互感器來的二次繞組中性線一芯、進(jìn)入保護(hù)裝置內(nèi)部線一芯、專用N600小母線連接線一芯；如果有并聯(lián)使用電壓情況，還要有并聯(lián)中性線一芯，也就是說1個電壓N相“試驗端子”上有壓接二芯到三芯電纜的情況，當(dāng)壓接線直徑不同或灰塵、震動等原因，極易出現(xiàn)壓接松動造成丟失中性點的狀況。

圖1 電壓互感器二次回路繼電保護(hù)接線圖

1.2.2 有1個以上N相“試驗端子”的情況

如圖1所示，如果電壓N相上具有多個“試驗端子”時，多個“試驗端子”通過豎短連片相連起到擴(kuò)展端子的作用，可以解決1個端子壓接多芯導(dǎo)線的現(xiàn)象；但是當(dāng)電壓互感器來的二次繞組中性線壓接到處于下部的N相擴(kuò)展“試驗端子”外側(cè)（PT側(cè)）時，如果檢修維護(hù)人員疏忽以為是備用端子，極易忘記恢復(fù)此N相擴(kuò)展“試驗端子”上的橫向短連片，導(dǎo)致丟失中性點的狀況發(fā)生。

2 二次中性點電位漂移對繼電保護(hù)的影響

保護(hù)裝置電壓二次回路如果失去了中性點，由于電壓互感器二次電纜回路各相對地或相互間分布電容的影響[2]，則保護(hù)裝置感受到的二次電壓中性點就會出現(xiàn)零點電位漂移現(xiàn)象，也就是二次繞組的三相電壓出現(xiàn)了幅值、相角不對稱的情況，對于距離保護(hù)，如果是重負(fù)荷運(yùn)行，相電壓較小相別的測量阻抗將會降低，則距離保護(hù)就有可能發(fā)生誤動，對于方向性的繼電保護(hù)，由于零點漂移導(dǎo)致相角改變，也增加了方向性繼電保護(hù)誤動或拒動的風(fēng)險。以距離保護(hù)為例分析如下。

2.1 零點電位正常時情況

當(dāng)二次繞組中性線完好時，如圖2所示，其二次繞組電壓是三相額定對稱的電壓，三相電壓幅值都是額定電壓，三相電壓相角是相差120°的正相序，電壓互感器二次繞組的中性點N與保護(hù)裝置內(nèi)部中性點0重合于一點；當(dāng)保護(hù)裝置失去二次繞組中性線時，保護(hù)裝置內(nèi)的中性點0位置將會在如圖2所示的圓平面內(nèi)做隨機(jī)性漂移，即產(chǎn)生了零點電位漂移，導(dǎo)致二次電壓出現(xiàn)三相不對稱的現(xiàn)象。

圖2 二次中性線完好時的向量圖

2.2 零點電位漂移時情況

當(dāng)零電位點0漂移的位置如圖3中情況時，UU電壓幅值減小，而UV、UW電壓幅值增大，三相電壓的相角不是相差120°的正相序關(guān)系，由此可知U相接地距離保護(hù)的測量接地阻抗ZU=UU/IU值就比正常運(yùn)行的負(fù)荷阻抗減小，當(dāng)UU電壓幅值減小到U相接地距離保護(hù)整定范圍動作區(qū)邊界內(nèi)時，U相接地距離保護(hù)就會誤動作，導(dǎo)致電網(wǎng)事故的發(fā)生。

當(dāng)零電位點0漂移到UU位置時，如圖4所示，此時UU=0，UV=UW=倍U相電壓，即U相電壓為零，V、W相電壓升高為倍相電壓，這樣高的電壓長期運(yùn)行，對二次設(shè)備的絕緣會產(chǎn)生一定的損壞。

圖3 零點電位漂移位置接近Uu時的向量圖

圖4 零點電位漂移到Uu位置時的向量圖

3 保護(hù)裝置零點電位漂移監(jiān)測技術(shù)探析

基于以上分析，探討提出一種利用零序電壓和電流判據(jù)實現(xiàn)二次電壓回路中性點丟失的在線監(jiān)測方案，即利用保護(hù)裝置內(nèi)部的自產(chǎn)零序電壓、自產(chǎn)零序電流、相電流作為判據(jù)，結(jié)合邏輯報警等電路，實現(xiàn)對保護(hù)裝置二次電壓回路丟失中心線異常情況的監(jiān)測作用。具體電路如圖5所示。

圖5 保護(hù)裝置中性點丟失監(jiān)控邏輯電路

3.1 中性點丟失監(jiān)測電路設(shè)計

中性點丟失監(jiān)測電路包含監(jiān)測啟動電路、自保持電路和報警電路3部分；涉及的元器件有啟動出口繼電器1、重動繼電器電壓線圈2-1、重動繼電器電流線圈2-2、時間繼電器3、可復(fù)歸按鈕4。

3.1.1 監(jiān)測啟動電路

具有方向性或阻抗保護(hù)功能的保護(hù)裝置內(nèi)部均設(shè)計有自產(chǎn)零序電壓、自產(chǎn)零序電流的計算程序，利用這些模擬量結(jié)合邏輯門電路可以設(shè)計組成監(jiān)測啟動電路。如圖5所示。

自產(chǎn)零序電流與相電流經(jīng)過一個“或門”邏輯電路后接到“與非門”的“非”輸入端；自產(chǎn)零序電壓接到“與非門”的“正?！陛斎攵耍弧芭c非門”的輸出端接入啟動出口繼電器1。自產(chǎn)零序電壓、自產(chǎn)零序電流、相電流3個模擬量元件均可整定定值，為了保證監(jiān)測零點電位漂移的靈敏性，設(shè)定自產(chǎn)零序電壓定值為2～3 V；自產(chǎn)零序電流定值按躲過正常不平衡電流為原則，并考慮1.2倍的可靠系數(shù)；相過電流定值按1.2倍額定電流值整定。

3.1.2 自保持電路

當(dāng)啟動出口繼電器1動作后，其接點1-1閉合，使重動繼電器電壓線圈2-1動作，這樣重動繼電器常開接點2-3閉合，又通過重動繼電器電流線圈2-2、時間繼電器3、可復(fù)歸按鈕4串聯(lián)回路，同時啟動了重動繼電器電流線圈2-2和時間繼電器3；重動繼電器電流線圈2-2的作用是起到電流自保持的功能，即當(dāng)發(fā)生保護(hù)二次電壓零點電位漂移過程時，只要出現(xiàn)零點電位漂移電壓大于定值2～3 V的情況，即使隨后漂移電壓小于2～3 V時，重動繼電器電流線圈2-2也會記憶并自保持曾經(jīng)動作的過程。時間繼電器的作用是可以設(shè)定監(jiān)測發(fā)信報警的時間，防止誤發(fā)報警信息，可設(shè)定時間繼電器的動作時間定值為3 s。

3.1.3 報警與復(fù)歸電路

時間繼電器輸出延時閉合接點3-2接于報警發(fā)信電路，運(yùn)維人員可以根據(jù)報警信號快速定位二次電壓中性線丟失地點位置，提示運(yùn)維人員盡快檢查相關(guān)保護(hù)二次電壓回路的完整性；處理完成后，可以按下復(fù)歸按鈕將自保持回路斷開，從而恢復(fù)正常的監(jiān)測工作狀態(tài)。

3.2 二次電壓回路中性點丟失在線監(jiān)測電路

電網(wǎng)正常運(yùn)行時，保護(hù)裝置感受到的三相電壓是對稱的額定電壓；感受到的三相電流小于等于額定電流。當(dāng)此時發(fā)生二次電壓回路中性點丟失情況，根據(jù)當(dāng)時系統(tǒng)負(fù)荷的變化情況，其零點電位開始發(fā)生逐漸漂移變化的過程，因此保護(hù)裝置感受到的三相電壓出現(xiàn)了不對稱現(xiàn)象，漂移電壓導(dǎo)致產(chǎn)生了零序電壓3U0；但保護(hù)裝置感受到的三相電流仍然還是對稱的并且小于等于額定電流，所以沒有零序電流3I0，當(dāng)零序電壓3U0達(dá)到超過電壓定值2～3 V時，就會驅(qū)動監(jiān)測啟動出口繼電器1動作，最終發(fā)出二次電壓回路中性點丟失的報警信息。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時，保護(hù)裝置感受到的三相電壓、電流出現(xiàn)了不對稱，此時雖然零序電壓3U0超過了設(shè)定值，但從圖5中可知零序電流3I0或相過流元件只要有一個達(dá)到動作定值就會起到閉鎖作用。所以電網(wǎng)發(fā)生故障時，二次電壓回路中性點丟失在線監(jiān)測系統(tǒng)不會誤發(fā)報警信息。

4 結(jié)論

繼電保護(hù)有關(guān)規(guī)程、規(guī)定文件中對二次回路接地點關(guān)注的條文較多，但對繼電保護(hù)裝置二次中性點丟失情況提到的條文較少，在實際的工程中由于誤設(shè)計、檢修作業(yè)不規(guī)范等原因極易造成繼電保護(hù)設(shè)備在丟失中性點的狀況下運(yùn)行，給繼電保護(hù)的安全可靠運(yùn)行埋下隱患?；诹阈螂妷?、電流原理的二次電壓中性點丟失在線監(jiān)測方案，對人員檢修工作疏忽、中性點老化開斷等各種因素造成中性點丟失情況均有在線監(jiān)測作用，避免了繼電保護(hù)因此類缺陷導(dǎo)致的誤動和拒動事故，提高了繼電保護(hù)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。