南網(wǎng)融資租賃有限公司 吳明亮

1 引言

電力系統(tǒng)建設(shè)至今，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益強(qiáng)大，各種保護(hù)措施日益完善，然而各種事故從未消失過，而帶接地線和開關(guān)尤為嚴(yán)重，輕者對設(shè)備造成破壞，重者對電網(wǎng)造成巨大破壞，甚至造成人身傷亡事故。高壓輸電線路置于野外，短則十幾千米，長則幾十上百千米，其中線路的任何一個節(jié)點(diǎn)發(fā)生接地現(xiàn)象對線路進(jìn)行送電都有可能對設(shè)備及人身造成重大威脅，因此如何做到防止帶地線合閘具有重大意義。

2 高壓輸電線路運(yùn)行現(xiàn)狀及解決方案

高壓輸電線路每年都需要進(jìn)行檢修，搶修，配合停電等各項(xiàng)工作，工作人員停電工作時則需要在線路各側(cè)安裝臨時接地線，工作結(jié)束后再拆除，然后匯報當(dāng)值調(diào)度人員，進(jìn)行“五核實(shí)兩確認(rèn)”，即“核實(shí)現(xiàn)場工作任務(wù)已全部結(jié)束、臨時安全措施已全部拆除、作業(yè)人員已全部撤離、現(xiàn)場自行操作的接地刀閘已全部拉開、保護(hù)裝置已完備投入、確認(rèn)線路具備送電條件、確認(rèn)已對線路狀態(tài)進(jìn)行核實(shí)”。由于接地線是一種臨時安全措施，無法通過測控裝置將其位置信號上送監(jiān)控后臺及調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，所以這一整個過程完全是由人在把控。

現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常因?yàn)楦鞣N各樣的原因有工作人員漏拆除接地線或者線路有工作而未及時通知調(diào)度，導(dǎo)致發(fā)生線路帶接地線而合閘的惡性誤操作事件。

同時，在高壓輸電線路發(fā)生跳閘重合不成功后，調(diào)度人員根據(jù)調(diào)度規(guī)程可以進(jìn)行強(qiáng)送。由于發(fā)生跳閘后，調(diào)度員無法在遠(yuǎn)方進(jìn)行判斷線路故障是否已消失，往往只是根據(jù)兩側(cè)變電站的檢查情況進(jìn)行試送或者直接強(qiáng)送，若遇上高壓線路斷線或者高壓線路發(fā)生接地現(xiàn)象且未消除該故障，則會發(fā)生再次跳閘的情況，巨大的沖擊電流會對整條線路及站端設(shè)備進(jìn)行沖擊損害，甚至引起保護(hù)的誤動或者越級動作，從而擴(kuò)大事故范圍。

為解決高壓線路送電前的“五核實(shí)兩確認(rèn)”完全由人來把控，同時給調(diào)度員對非計(jì)劃停電線路進(jìn)行強(qiáng)送或試送線路提供依據(jù)，本文提出兩種基于停電狀態(tài)下的高壓輸電線路故障檢測的方法。

第一種利用高壓線路接地時絕緣能力降低，絕緣電阻明顯降低的原理在送電線路兩側(cè)加裝絕緣檢測裝置，需要時調(diào)度遠(yuǎn)方控制進(jìn)行絕緣監(jiān)測，再將檢測結(jié)果反饋至后臺及調(diào)度主站，調(diào)度員以此為依據(jù)進(jìn)行送電操作。

第二種利用行波在高壓線路接地時發(fā)生反射及折射，波形發(fā)生變化再與入射波進(jìn)行對比判斷線路接地與否，再將信號發(fā)送至變電站監(jiān)控后臺與調(diào)度主站，調(diào)度員再根據(jù)所得信息進(jìn)行送電操作。

3 調(diào)度遠(yuǎn)方控制絕緣檢測裝置對高壓輸電線路的絕緣情況進(jìn)行判斷

3.1 該方法的基本原理

高壓線路正常情況下未送電線，絕緣電阻為無窮大，而在發(fā)生接地故障時，線路的絕緣能力降低，接地現(xiàn)象未消失時趨近于零。以35kV 高壓輸電線路為例，選取2500V 額定電壓等級的搖表，由于絕緣搖表內(nèi)部有一個線圈組成的發(fā)電機(jī)，通過手柄轉(zhuǎn)動來發(fā)電，在額定轉(zhuǎn)速度下在輸出端接上被測物體，就是在被測物體兩端施加一個2500V 交流電壓，在表的內(nèi)部電路會檢測這個電壓在被測物兩端的漏電流，然后通過表頭動圈來指示絕緣值。根據(jù)絕緣電阻值的大小調(diào)度員判斷線路是否有接地或者有其他異常情況，以此作為是否送電的依據(jù)。

3.2 安裝方法及操作方案

絕緣搖表的安裝方案如圖1所示。

圖1 絕緣搖表的安裝方案

以某側(cè)變電站A 相為例，整套系統(tǒng)由控制回路、絕緣搖表、指示燈、調(diào)度遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)等組成。在開關(guān)CT 接線盒處，引入一個控制回路，控制回路中在絕緣搖表兩側(cè)接入常開的輔助開關(guān)，即采用常開接點(diǎn)，再與地相連接，日常正常運(yùn)行狀態(tài)下，控制回路處于斷開狀態(tài)，即絕緣搖表與CT 之間、絕緣搖表與大地之間有明顯斷開接點(diǎn)，以此保證正常運(yùn)行狀態(tài)下絕緣搖表與運(yùn)行線路及大地之間是隔離的[1]。

其中根據(jù)不同電壓等級的高壓輸電線路采用不同電壓等級的絕緣搖表，為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，絕緣搖表的啟動及觸發(fā)也通過二次回路接入調(diào)度遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)中的變電站測控裝置，接入后臺與遠(yuǎn)動裝置的遙控點(diǎn)，通過變電站的遙控功能由變電站廠站端或者調(diào)度遠(yuǎn)方控制。

在線路工作結(jié)束后或者線路跳閘后需要進(jìn)行強(qiáng)送電前，即合開關(guān)之前調(diào)度員第一步先遙控啟動變電站任意一側(cè)的絕緣搖表，根據(jù)監(jiān)控后臺信號確認(rèn)絕緣搖表裝置正常。確認(rèn)無誤后，第二步遙控合上控制回路中的兩側(cè)輔助開關(guān)，確認(rèn)接電工作正常后，第三步觸發(fā)絕緣搖表進(jìn)行升壓，以此得到絕緣電阻阻值。

3.3 根據(jù)測量數(shù)據(jù)判斷高壓輸電線路故障狀態(tài)

絕緣阻值與輸電線路狀態(tài)對應(yīng)情況詳見表1。

表1 絕緣阻值與輸電線路狀態(tài)對應(yīng)情況

電力調(diào)度員根據(jù)得到的阻值以此判斷線路絕緣狀態(tài)。如表1所示結(jié)論，如果得到的電阻值很大或者趨近于無窮大，一般不低于600～1000MΩ，則說明線路沒有接地等情況處于正常狀態(tài)，可以進(jìn)行復(fù)電操作或者強(qiáng)送電、試送電操作。

若得到的絕緣電阻值很小或者趨近于零，一般小于400MΩ，則說明線路有未拆除的接地線或者線路具有接地現(xiàn)象未消除，此時則不可進(jìn)行復(fù)電操作或者強(qiáng)送電、試送電操作，因?yàn)榇藭r進(jìn)行送電操作極有可能發(fā)生惡性誤操作事件，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行情況惡化。若得到的絕緣電阻值介于400～600MΩ，則說明線路有其他諸如接地未接死導(dǎo)致絕緣能力降低等情況發(fā)生，此時需要進(jìn)行檢查線路方可送電操作。

4 利用行波在高壓線路接地時發(fā)生反射及折射時波形的變化比較進(jìn)行判斷

4.1 基本原理

波的折射與反射是線路行波的一個重要特性。在電力系統(tǒng)中，均勻線路只在一定的條件下存在。行波在故障點(diǎn)處發(fā)生反射和折射如圖2所示。

圖2 行波在故障點(diǎn)處發(fā)生反射和折射

當(dāng)行波沿導(dǎo)線運(yùn)動時，如果線路的參數(shù)或波阻抗在線路中的某一結(jié)點(diǎn)處突然改變，在結(jié)點(diǎn)處將發(fā)生折射和反射，折射波與反射波的波形將發(fā)生巨大改變[2]，如圖所示，圖中在某處發(fā)生接地或其他異常情況時，輸電線路兩側(cè)波阻抗將不相等，反射波與入射波將產(chǎn)生巨大變化。

4.2 實(shí)現(xiàn)方法的接線方式

在某一線路間隔兩側(cè)變電站CT 引流線處接入一個信號發(fā)生裝置，送電操作之前啟動一側(cè)變電站的測距裝置產(chǎn)生一個入射波（高頻正弦波信號），由本側(cè)接收的反射波及另外一側(cè)測距裝置接收的折射波，利用裝置接收到的波形綜合進(jìn)行比較判斷。

一是若對側(cè)測距裝置所接收到的高頻正弦波未失真則接收到完整的高頻正弦波，則判斷線路無接地現(xiàn)象或者斷線現(xiàn)象，電力調(diào)度員以此判斷可進(jìn)行送電操作。

二是若對側(cè)測距裝置未能接收到高頻正弦波信號，則線路可能有斷線或其他異常情況，電力調(diào)度員以此判斷不應(yīng)該進(jìn)行送電操作。

三是若線路對側(cè)檢測裝置接收到的高頻正弦波失真（折射波），且發(fā)射端的測距裝置也接收到失真的反射波信號，則線路有接地現(xiàn)象，電力調(diào)度員以此判斷不應(yīng)該進(jìn)行送電操作。

4.3 該檢測裝置結(jié)構(gòu)圖及實(shí)現(xiàn)方法

檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 檢測裝置結(jié)構(gòu)

其中信號發(fā)生器采用文氏橋氏振蕩電路，觸發(fā)產(chǎn)生一個設(shè)定的高頻正弦波信號（非工頻），進(jìn)入數(shù)據(jù)采集單元，同時經(jīng)功率放大電路放大后經(jīng)過輸電線路CT 接線盒引流線處接入輸電線路中，行波在輸電線路中傳播，遇到接地現(xiàn)象時波形發(fā)生失真，反射波經(jīng)高通濾波裝置再次進(jìn)入數(shù)據(jù)采集單元，對側(cè)則接收到折射波。數(shù)據(jù)采集單元根據(jù)是否接收到設(shè)定的波形信號，向輸電線路中發(fā)送信號進(jìn)行反饋。數(shù)據(jù)采集單元為雙蹤示波器原理，通過比對兩次行波的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換并且精準(zhǔn)地時頻分析，將結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，數(shù)據(jù)分析中心根據(jù)上述邏輯判斷線路運(yùn)行狀態(tài)并顯示輸出。

5 結(jié)語

為解決臨時接地線無法上送監(jiān)控后臺從而容易導(dǎo)致帶接地線合閘的情況，提出兩種解決方案。一種利用接地故障時輸電線路絕緣故障明顯變化，進(jìn)行調(diào)度遠(yuǎn)方控制絕緣檢測裝置對高壓輸電線路搖絕緣進(jìn)行判斷；另一種利用行波在高壓線路接地時發(fā)生反射及折射時波形的變化，設(shè)計(jì)一種包含信號發(fā)生器、濾波裝置、雙蹤示波器等多個電子元器件的故障檢測裝置，主動遙控發(fā)送行波信號，通過比較結(jié)果從而使調(diào)度員能夠判斷線路能否進(jìn)行送電操作，把握電網(wǎng)的最后一道防線。兩種方法均是利于現(xiàn)有成熟的設(shè)備進(jìn)行組合，且理論技術(shù)成熟，可操作性強(qiáng)，具有可行性。