變電站電壓互感器二次中性點N600接地在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用
2019-11-1 14:33:58??????點擊：
針對變電站電壓互感器二次中性點N600發(fā)生多點接地，可能引起距離保護、零序方向保護拒動或誤動的現(xiàn)象，研制了一種變電站電壓互感器二次中性點N600（PTN600）接地在線監(jiān)測裝置，通過軟件程序設(shè)計、硬件合理設(shè)置及配合，實時監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性線N600的接地狀況，N600發(fā)生多點接地時及時觸發(fā)相關(guān)告警信息，發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提高工作效率，具有較好的應(yīng)用前景。
根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》規(guī)定：經(jīng)控制室零相小母線（N600）連通的幾組電壓互感器（potential transformer, PT）二次回路，其只應(yīng)在控制室將N600一點接地，各電壓互感器二次中性點在開關(guān)場地接地點應(yīng)斷開；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斷路器或接觸器。
在實際運行中，由于設(shè)計、施工及二次設(shè)備老化、絕緣擊穿原因，可能引起電壓互感器二次中性點N600（PTN600）存在兩點接地，開關(guān)場地接地和控制室同時接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，變電站地網(wǎng)流過大故障電流，這時N600兩端會出現(xiàn)電位差，將造成中性點的電壓相位偏移，進而影響相電壓與零序電壓的幅值與相位，可能導(dǎo)致距離保護、零序方向保護拒動或誤動。
變電站發(fā)生過幾次由保護電壓互感器二次中性點N600多點接地引起的220kV及以上保護裝置誤動事件，為了防止此類事件的再次發(fā)生，可以采取以下措施：
1）各單位應(yīng)對所轄變電站電壓互感器二次回路N600接地情況進行檢查。
2）維護單位應(yīng)在新建變電站投運前，認真檢查驗收中性點N600一點接地情況，確保設(shè)計圖紙及相關(guān)二次回路接線正確無誤，并將中性點N600接地線測試數(shù)據(jù)存檔備查。
3）改擴建的變電站在設(shè)備投運前，必須對N600公共接地線電流進行測試并記錄數(shù)據(jù)。
4）運行中的變電站，運行值班人員應(yīng)每半年進行一次N600接地線電流值的測試，若發(fā)現(xiàn)多點接地，須立即檢查排除N600以外的接地故障點。
因此，變電站電壓互感器二次中性點N600的檢查、運維管理是電力系統(tǒng)運維人員定期巡查測試的一項重要內(nèi)容。變電站電壓互感器二次中性點N600接地線并沒有相關(guān)的能實時在線監(jiān)測方法，通常在電網(wǎng)發(fā)生保護誤動之后，才通過分析判斷得出變電站電壓互感器二次中性點多點接地、接地不良、接線錯誤，多數(shù)為事后檢查，不能及時發(fā)現(xiàn)隱患。
同時，繼電保護維護人員檢查需要大量時間，逐個變電站排查工作量大，操作隨意性大，巡檢效率低，巡檢監(jiān)測結(jié)果不準確，如可能檢查時沒有發(fā)現(xiàn)問題，但雷雨期間（如TYD的N600擊穿熔斷器導(dǎo)通等）形成多點接地，直到事故發(fā)生后才會被發(fā)現(xiàn)。
1 PTN600接地在線監(jiān)測裝置設(shè)計
1.1 PTN600接地在線監(jiān)測裝置原理
利用高精度鉗形電流互感器采集中性點N600接地線電流，如圖1所示。輸入采集模塊，將模擬量電流值進行信號處理，去除干擾量，處理后輸入放大模塊，經(jīng)過兩級放大電路后輸入到A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到微機處理器，進行邏輯判斷，電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器K1，繼電器K1動作，繼電器K1動作常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點，監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“中性點N600多點接地”信息。
同時，繼電器K1的另一對常開接點閉合，觸發(fā)裝置告警模塊動作，信號燈點亮。復(fù)歸按鈕S動作，觸發(fā)繼電器K2，裝置復(fù)歸信號告警與繼電器K1，裝置恢復(fù)正常工作狀態(tài)，如圖2所示。
圖1 鉗形電流互感器示意圖
圖2 中性點N600在線監(jiān)測裝置告警控制回路示意圖
同時，站內(nèi)遠動裝置將變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地線狀況及時發(fā)送調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)與調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系，在線監(jiān)測裝置將采集、識別的監(jiān)測狀態(tài)通過站內(nèi)遠動裝置上傳至調(diào)度主站服務(wù)器，對變電站PT二次中性線N600接地在線實現(xiàn)實時準確且高效的監(jiān)測功能。
1.2 PTN600接地在線監(jiān)測裝置軟件設(shè)計
1）裝置采用了微型機箱設(shè)計、嵌入式安裝結(jié)構(gòu)、整體面板構(gòu)造。高性能高速32位微處理器為主MCU建立硬件平臺，高效C語言嵌入式實時軟件平臺，結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)接口最大化，方便功能升級擴充，雙路電流量輸入。
2）電量采集回路低功耗CMOS運算放大器、共模高端雙向電流檢測技術(shù)、電壓采集線性光耦隔離技術(shù)及其專用的電量處理芯片，完成電量參數(shù)的輸入隔離、采集、變換，再由CPU處理采集的數(shù)據(jù)，并根據(jù)電量告警閥值實時報警。
3）在直流電源輸入端有專用的電源濾波器，從而有效防止由沖擊負荷、電氣化電路及電力系統(tǒng)發(fā)生故障等可能引起的誤動或拒動現(xiàn)象。
4）整個裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計采用模塊化設(shè)計，整個模塊包括電源板、顯示板、控制板和端子板?？刹灏蔚陌惭b方式，便于維修和提高可生產(chǎn)性。
5）友好的人機界面。裝置應(yīng)用漢顯液晶屏，友好的中文窗口界面，界面顯示信息量大。
6）裝置的主要功能有：①通過參數(shù)監(jiān)測裝置安裝處電流的正常運行狀態(tài)；②具有多路可編程繼電器出口，用于接外部信號報警等；③具有事件記錄和事故數(shù)據(jù)記錄功能，可記錄保存最近的12次事件，并具有掉電保持功能，記錄內(nèi)容在斷電后不消失；④具有自檢功能，程序自恢復(fù)功能，整組自試驗功能。
1.3 PTN600接地在線監(jiān)測裝置硬件設(shè)計
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置的硬件，包括電流互感器、采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及微機處理模塊。微機處理模塊的第一輸出端連接告警輸出單元模塊，微機處理模塊的第二輸出端分別連接報警指示燈以及顯示模塊，微機處理模塊的第三輸出端連接存儲單元模塊，微機處理模塊的第一輸入端連接自動復(fù)位模塊，微機處理模塊的第二輸入端連接對時模塊，微機處理模塊的第三輸入端連接定值整定模塊，告警輸出單元模塊還連接公用測控裝置，如圖3所示。
圖3 裝置原理圖
1）高精度鉗形電流互感器
高精度鉗形電流互感器采用開口CT鉗，采集變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的電流，不會影響、改變變電站原有N600接地線狀況，如圖1所示。在變電站PT并列屏實時采集流過全站惟一N600接地線的電流，并將高精度鉗形電流互感器輸出電流數(shù)據(jù)輸入采集模塊。
2）采集模塊、放大電路、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
采集模塊將輸入模擬量電流值進行信號處理，將干擾量去除，處理后將輸入放大模塊。采用兩級放大電路，第一次運算放大器和第二次運算放大器均采用LM332運算放大器芯片，在兩級運算放大電路的輸出端輸入A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將采集模塊、放大后的電壓互感器二次中性線N600接地線電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入到微機處理器。
3）微機處理模塊
A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將中性線N600的電流模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入微機處理模塊，微機處理模塊具備邏輯分析、判斷功能，輸入電流超過整定定值時觸發(fā)繼電器線圈動作，繼電器線圈動作時觸發(fā)報警模塊、報警指示燈點亮、顯示模塊，報警指示燈與微處理模塊連接，超過微機處理模塊設(shè)定值時，觸發(fā)告警指示相關(guān)電路，告警燈點亮，并且裝置能夠判定N600發(fā)生多點接地故障。
4）自動復(fù)位模塊
自動復(fù)位功能，即自動復(fù)位模塊與所述微處理模塊連接，微處理器監(jiān)測、分析判斷中性線N600接地線電流正常時，自動復(fù)位。復(fù)位模塊是通過復(fù)位繼電器、告警復(fù)位單元、電源及相關(guān)保護電阻組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自動復(fù)位，如圖2所示。復(fù)位相關(guān)回路的告警復(fù)位單元具備將繼電器線圈動作復(fù)位，即線圈返回，所述復(fù)位回路閉合時，動作繼電器告警指示燈熄滅，告警信號常開接點由動作閉合狀態(tài)恢復(fù)至斷開狀態(tài)。
在圖2所示的變電站PTN600在線監(jiān)測裝置及方法的告警控制回路示意圖中，R1、R2、R3為控制回路的相關(guān)保護元件（電阻、電感、電容），K1、K2為繼電器，L為告警指示燈，S為復(fù)位模塊中的復(fù)歸按鈕。當(dāng)采集電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器K1，繼電器K1動作，繼電器K1動作，常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點，監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地”信息。
同時，繼電器K1的另一對常開接點閉合，觸發(fā)裝置告警模塊動作，信號燈點亮。復(fù)位按鈕S動作，觸發(fā)繼電器K2，裝置復(fù)位信號告警與繼電器K1，裝置恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
5）對時模塊
對時模塊適用于接入變電站內(nèi)GPS時鐘，具備GPS對時功能，用于電站PT二次中性線N600接地在線監(jiān)測裝置。
6）定值整定模塊
定值整定模塊應(yīng)用于可整定的繼電器，預(yù)設(shè)有動作告警電流閾值，目前標準值為50mA，當(dāng)所述PT二次中性線N600的電流大于動作告警閾值50mA時，繼電器動作，見表1。
表1 裝置定值設(shè)計
判別邏輯及動作起動條件，電流大于設(shè)定電流判斷定值后觸發(fā)，默認為50mA。
7）存儲單元模塊
存儲單元模塊存儲繼電器的動作事件，便于查詢最近n（n≥20）條故障信息。
8）告警輸出單元模塊
繼電器動作觸發(fā)繼電器，繼電器常開節(jié)點閉合，觸發(fā)告警輸出，輸出至公用測控裝置，包括監(jiān)控后臺信號告警模塊以及遠動調(diào)度主站監(jiān)測模塊。在線監(jiān)測裝置采集到的電流超過告警整定電流定值時，判斷為多點接地，微處理模塊觸發(fā)繼電器K1線圈動作，繼電器K1常開節(jié)點閉合，觸發(fā)控制回路至公用測控裝置的N600多點接地告警信號閉合，監(jiān)控后臺機光字牌被點亮、告警窗彈出“N600多點接地”告警信息。
9）顯示模塊
顯示當(dāng)前變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地的電流及多點接地信息。
10）電源模塊
電源處理模塊，所述的電源處理模塊與所述的采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及微機處理模塊均相連。電源模塊輸出直流24V作為采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的工作電源，輸出直流48V作為微機處理模塊的工作電源。電源處理模塊提供變電站PT二次中性線N600接地在線監(jiān)測裝置的工作電源，采用變電站直流電源（110V或220V）保障裝置工作狀態(tài)的穩(wěn)定運行。
1.4 PTN600接地線在線監(jiān)測裝置的邏輯功能
變電站PTN600（電壓互感器二次中性線）接地在線監(jiān)測裝置，通過高精度鉗形電流互感器、采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、微機處理模塊、自動復(fù)位模塊、對時模塊、定值整定模塊、存儲單元模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、告警輸出單元模塊、顯示模塊、報警指示燈合理設(shè)置及配合，實現(xiàn)了對變電站PT二次中性線N600流過的電流進行實時在線監(jiān)測功能，微機處理模塊具備分析判斷功能，將PT二次中性線N600的電流進行對比分析，并且超過整定的繼電器動作電流50mA，繼電器動作告警，站內(nèi)監(jiān)控后臺告警光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警信息，顯示發(fā)生中性點N600多點接地。
同時，自動復(fù)位模塊的設(shè)置將繼電器K1線圈動作復(fù)位，使處于報警狀態(tài)下的裝置恢復(fù)到在線監(jiān)測工作狀態(tài)；監(jiān)控后臺信號告警模塊以及遠動調(diào)度主站監(jiān)測模塊的設(shè)置有利于將采集、識別的監(jiān)測狀態(tài)通過站內(nèi)遠動裝置上傳至調(diào)度主站服務(wù)器，對變電站PT二次中性線N600接地狀況實現(xiàn)準確且高效的實時監(jiān)測，及時通知運維人員處理，消除安全隱患，降低區(qū)外故障保護誤動作，提高工作效率。
圖4 變電站PTN600接地線在線監(jiān)測裝置工作流程圖
變電站PTN600接地線在線監(jiān)測裝置體積小，設(shè)計電路簡單，安裝方便，不影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
2 PTN600接地在線監(jiān)測裝置的調(diào)試升級
對研制的變電站電壓互感器二次中性點接地線在線監(jiān)測裝置進行調(diào)試、升級。
1）在新建變電站主控室的PT并列屏安裝調(diào)試，高精度鉗形電流互感器實時采集中性點N600接地線電流，將采集的電流輸入裝置采集模塊，將電流模擬量進行信號處理，將干擾量去除，處理后輸入放大模塊，經(jīng)過兩級放大電路后輸入到A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到微機處理器。
2）微處理器進行邏輯判斷。當(dāng)模擬兩點接地時，裝置采集電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器動作。
3）繼電器動作常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點，監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“中性點N600多點接地”信息。
4）繼電器的另外一對常開接點閉合，觸發(fā)裝置告警模塊信號燈點亮。
為準確實現(xiàn)對變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護誤動的發(fā)生，提高工作效率，對裝置進行升級，在不改變主控室原有N600一點接地的基礎(chǔ)上，實時監(jiān)測電壓互感器二次中性點N600接地點電流，電流超過繼電器線圈動作值50mA時觸發(fā)告警指示燈及告警信號，裝置具備穩(wěn)定可靠性及事件和事故數(shù)據(jù)記錄功能。
3 裝置的運行效果
3.1 變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置實施情況
目前，在粵北地區(qū)電網(wǎng)變電站試點應(yīng)用，同時在基建變電站現(xiàn)場施工過程中應(yīng)用，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，發(fā)生多點接地觸發(fā)相關(guān)告警信息，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。提高運維效率，實現(xiàn)變電站電壓互感器二次中性點接地在線監(jiān)測。
3.2 效果分析
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置，取得以下實際效果：
1）提供了一種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況。
2）電壓互感器二次中性點N600發(fā)生多點接地觸發(fā)相關(guān)告警信息，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
3）全面掌控管轄地區(qū)電網(wǎng)變電站電壓互感器二次中性點N600一點接地的情況。
4）完善中性點N600接地線在線監(jiān)測裝置與調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系。
3.3 經(jīng)濟效益
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用，可及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行；避免潛在的區(qū)外故障誤動作對社會產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，為生產(chǎn)提供穩(wěn)定的監(jiān)測方法，產(chǎn)生積極的經(jīng)濟效益。
避免了一次變電站N600多點接地引起一起110kV線路保護零序保護反方向動作，造成110kV孟蒙線零序保護反方向誤動，引起線路停電產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，提前及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動，按國家平均售電價0.497元/kW?h，結(jié)合110kV線路潮流負荷計算，0.497元/kW?h×32.1×1000kW×6h=95722.2元，為我局增加收入約9.57萬元，同時工作效率也得到了提高。
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置研制投入運行后，對其進行了多次升級改造，不斷完善其邏輯和功能，在變電站試點運行時取得了良好效果。通過相關(guān)的技術(shù)測試、滿足技術(shù)規(guī)范要求，提供了一種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測的技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，全面掌控管轄地區(qū)電網(wǎng)變電站電壓互感器二次中性點N600一點接地的狀況，N600發(fā)生多點接地時及時觸發(fā)相關(guān)告警信息，發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提高工作效率，具有較好的應(yīng)用前景。
總結(jié)
本文研發(fā)的變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，N600發(fā)生多點接地，及時觸發(fā)相關(guān)告警信息，發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》規(guī)定：經(jīng)控制室零相小母線（N600）連通的幾組電壓互感器（potential transformer, PT）二次回路，其只應(yīng)在控制室將N600一點接地，各電壓互感器二次中性點在開關(guān)場地接地點應(yīng)斷開；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斷路器或接觸器。
在實際運行中，由于設(shè)計、施工及二次設(shè)備老化、絕緣擊穿原因，可能引起電壓互感器二次中性點N600（PTN600）存在兩點接地，開關(guān)場地接地和控制室同時接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，變電站地網(wǎng)流過大故障電流，這時N600兩端會出現(xiàn)電位差，將造成中性點的電壓相位偏移，進而影響相電壓與零序電壓的幅值與相位，可能導(dǎo)致距離保護、零序方向保護拒動或誤動。
變電站發(fā)生過幾次由保護電壓互感器二次中性點N600多點接地引起的220kV及以上保護裝置誤動事件，為了防止此類事件的再次發(fā)生，可以采取以下措施：
1）各單位應(yīng)對所轄變電站電壓互感器二次回路N600接地情況進行檢查。
2）維護單位應(yīng)在新建變電站投運前，認真檢查驗收中性點N600一點接地情況，確保設(shè)計圖紙及相關(guān)二次回路接線正確無誤，并將中性點N600接地線測試數(shù)據(jù)存檔備查。
3）改擴建的變電站在設(shè)備投運前，必須對N600公共接地線電流進行測試并記錄數(shù)據(jù)。
4）運行中的變電站，運行值班人員應(yīng)每半年進行一次N600接地線電流值的測試，若發(fā)現(xiàn)多點接地，須立即檢查排除N600以外的接地故障點。
因此，變電站電壓互感器二次中性點N600的檢查、運維管理是電力系統(tǒng)運維人員定期巡查測試的一項重要內(nèi)容。變電站電壓互感器二次中性點N600接地線并沒有相關(guān)的能實時在線監(jiān)測方法，通常在電網(wǎng)發(fā)生保護誤動之后，才通過分析判斷得出變電站電壓互感器二次中性點多點接地、接地不良、接線錯誤，多數(shù)為事后檢查，不能及時發(fā)現(xiàn)隱患。
同時，繼電保護維護人員檢查需要大量時間，逐個變電站排查工作量大，操作隨意性大，巡檢效率低，巡檢監(jiān)測結(jié)果不準確，如可能檢查時沒有發(fā)現(xiàn)問題，但雷雨期間（如TYD的N600擊穿熔斷器導(dǎo)通等）形成多點接地，直到事故發(fā)生后才會被發(fā)現(xiàn)。
1 PTN600接地在線監(jiān)測裝置設(shè)計
1.1 PTN600接地在線監(jiān)測裝置原理
利用高精度鉗形電流互感器采集中性點N600接地線電流，如圖1所示。輸入采集模塊，將模擬量電流值進行信號處理，去除干擾量，處理后輸入放大模塊，經(jīng)過兩級放大電路后輸入到A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到微機處理器，進行邏輯判斷，電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器K1，繼電器K1動作，繼電器K1動作常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點，監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“中性點N600多點接地”信息。
同時，繼電器K1的另一對常開接點閉合，觸發(fā)裝置告警模塊動作，信號燈點亮。復(fù)歸按鈕S動作，觸發(fā)繼電器K2，裝置復(fù)歸信號告警與繼電器K1，裝置恢復(fù)正常工作狀態(tài)，如圖2所示。
圖1 鉗形電流互感器示意圖
圖2 中性點N600在線監(jiān)測裝置告警控制回路示意圖
同時，站內(nèi)遠動裝置將變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地線狀況及時發(fā)送調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)與調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系，在線監(jiān)測裝置將采集、識別的監(jiān)測狀態(tài)通過站內(nèi)遠動裝置上傳至調(diào)度主站服務(wù)器，對變電站PT二次中性線N600接地在線實現(xiàn)實時準確且高效的監(jiān)測功能。
1.2 PTN600接地在線監(jiān)測裝置軟件設(shè)計
1）裝置采用了微型機箱設(shè)計、嵌入式安裝結(jié)構(gòu)、整體面板構(gòu)造。高性能高速32位微處理器為主MCU建立硬件平臺，高效C語言嵌入式實時軟件平臺，結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)接口最大化，方便功能升級擴充，雙路電流量輸入。
2）電量采集回路低功耗CMOS運算放大器、共模高端雙向電流檢測技術(shù)、電壓采集線性光耦隔離技術(shù)及其專用的電量處理芯片，完成電量參數(shù)的輸入隔離、采集、變換，再由CPU處理采集的數(shù)據(jù)，并根據(jù)電量告警閥值實時報警。
3）在直流電源輸入端有專用的電源濾波器，從而有效防止由沖擊負荷、電氣化電路及電力系統(tǒng)發(fā)生故障等可能引起的誤動或拒動現(xiàn)象。
4）整個裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計采用模塊化設(shè)計，整個模塊包括電源板、顯示板、控制板和端子板?？刹灏蔚陌惭b方式，便于維修和提高可生產(chǎn)性。
5）友好的人機界面。裝置應(yīng)用漢顯液晶屏，友好的中文窗口界面，界面顯示信息量大。
6）裝置的主要功能有：①通過參數(shù)監(jiān)測裝置安裝處電流的正常運行狀態(tài)；②具有多路可編程繼電器出口，用于接外部信號報警等；③具有事件記錄和事故數(shù)據(jù)記錄功能，可記錄保存最近的12次事件，并具有掉電保持功能，記錄內(nèi)容在斷電后不消失；④具有自檢功能，程序自恢復(fù)功能，整組自試驗功能。
1.3 PTN600接地在線監(jiān)測裝置硬件設(shè)計
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置的硬件，包括電流互感器、采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及微機處理模塊。微機處理模塊的第一輸出端連接告警輸出單元模塊，微機處理模塊的第二輸出端分別連接報警指示燈以及顯示模塊，微機處理模塊的第三輸出端連接存儲單元模塊，微機處理模塊的第一輸入端連接自動復(fù)位模塊，微機處理模塊的第二輸入端連接對時模塊，微機處理模塊的第三輸入端連接定值整定模塊，告警輸出單元模塊還連接公用測控裝置，如圖3所示。
圖3 裝置原理圖
1）高精度鉗形電流互感器
高精度鉗形電流互感器采用開口CT鉗，采集變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的電流，不會影響、改變變電站原有N600接地線狀況，如圖1所示。在變電站PT并列屏實時采集流過全站惟一N600接地線的電流，并將高精度鉗形電流互感器輸出電流數(shù)據(jù)輸入采集模塊。
2）采集模塊、放大電路、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
采集模塊將輸入模擬量電流值進行信號處理，將干擾量去除，處理后將輸入放大模塊。采用兩級放大電路，第一次運算放大器和第二次運算放大器均采用LM332運算放大器芯片，在兩級運算放大電路的輸出端輸入A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將采集模塊、放大后的電壓互感器二次中性線N600接地線電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入到微機處理器。
3）微機處理模塊
A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將中性線N600的電流模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入微機處理模塊，微機處理模塊具備邏輯分析、判斷功能，輸入電流超過整定定值時觸發(fā)繼電器線圈動作，繼電器線圈動作時觸發(fā)報警模塊、報警指示燈點亮、顯示模塊，報警指示燈與微處理模塊連接，超過微機處理模塊設(shè)定值時，觸發(fā)告警指示相關(guān)電路，告警燈點亮，并且裝置能夠判定N600發(fā)生多點接地故障。
4）自動復(fù)位模塊
自動復(fù)位功能，即自動復(fù)位模塊與所述微處理模塊連接，微處理器監(jiān)測、分析判斷中性線N600接地線電流正常時，自動復(fù)位。復(fù)位模塊是通過復(fù)位繼電器、告警復(fù)位單元、電源及相關(guān)保護電阻組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自動復(fù)位，如圖2所示。復(fù)位相關(guān)回路的告警復(fù)位單元具備將繼電器線圈動作復(fù)位，即線圈返回，所述復(fù)位回路閉合時，動作繼電器告警指示燈熄滅，告警信號常開接點由動作閉合狀態(tài)恢復(fù)至斷開狀態(tài)。
在圖2所示的變電站PTN600在線監(jiān)測裝置及方法的告警控制回路示意圖中，R1、R2、R3為控制回路的相關(guān)保護元件（電阻、電感、電容），K1、K2為繼電器，L為告警指示燈，S為復(fù)位模塊中的復(fù)歸按鈕。當(dāng)采集電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器K1，繼電器K1動作，繼電器K1動作，常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點，監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地”信息。
同時，繼電器K1的另一對常開接點閉合，觸發(fā)裝置告警模塊動作，信號燈點亮。復(fù)位按鈕S動作，觸發(fā)繼電器K2，裝置復(fù)位信號告警與繼電器K1，裝置恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
5）對時模塊
對時模塊適用于接入變電站內(nèi)GPS時鐘，具備GPS對時功能，用于電站PT二次中性線N600接地在線監(jiān)測裝置。
6）定值整定模塊
定值整定模塊應(yīng)用于可整定的繼電器，預(yù)設(shè)有動作告警電流閾值，目前標準值為50mA，當(dāng)所述PT二次中性線N600的電流大于動作告警閾值50mA時，繼電器動作，見表1。
表1 裝置定值設(shè)計
判別邏輯及動作起動條件，電流大于設(shè)定電流判斷定值后觸發(fā)，默認為50mA。
7）存儲單元模塊
存儲單元模塊存儲繼電器的動作事件，便于查詢最近n（n≥20）條故障信息。
8）告警輸出單元模塊
繼電器動作觸發(fā)繼電器，繼電器常開節(jié)點閉合，觸發(fā)告警輸出，輸出至公用測控裝置，包括監(jiān)控后臺信號告警模塊以及遠動調(diào)度主站監(jiān)測模塊。在線監(jiān)測裝置采集到的電流超過告警整定電流定值時，判斷為多點接地，微處理模塊觸發(fā)繼電器K1線圈動作，繼電器K1常開節(jié)點閉合，觸發(fā)控制回路至公用測控裝置的N600多點接地告警信號閉合，監(jiān)控后臺機光字牌被點亮、告警窗彈出“N600多點接地”告警信息。
9）顯示模塊
顯示當(dāng)前變電站PT二次中性線N600發(fā)生多點接地的電流及多點接地信息。
10）電源模塊
電源處理模塊，所述的電源處理模塊與所述的采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及微機處理模塊均相連。電源模塊輸出直流24V作為采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的工作電源，輸出直流48V作為微機處理模塊的工作電源。電源處理模塊提供變電站PT二次中性線N600接地在線監(jiān)測裝置的工作電源，采用變電站直流電源（110V或220V）保障裝置工作狀態(tài)的穩(wěn)定運行。
1.4 PTN600接地線在線監(jiān)測裝置的邏輯功能
變電站PTN600（電壓互感器二次中性線）接地在線監(jiān)測裝置，通過高精度鉗形電流互感器、采集模塊、放大模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、微機處理模塊、自動復(fù)位模塊、對時模塊、定值整定模塊、存儲單元模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、告警輸出單元模塊、顯示模塊、報警指示燈合理設(shè)置及配合，實現(xiàn)了對變電站PT二次中性線N600流過的電流進行實時在線監(jiān)測功能，微機處理模塊具備分析判斷功能，將PT二次中性線N600的電流進行對比分析，并且超過整定的繼電器動作電流50mA，繼電器動作告警，站內(nèi)監(jiān)控后臺告警光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警信息，顯示發(fā)生中性點N600多點接地。
同時，自動復(fù)位模塊的設(shè)置將繼電器K1線圈動作復(fù)位，使處于報警狀態(tài)下的裝置恢復(fù)到在線監(jiān)測工作狀態(tài)；監(jiān)控后臺信號告警模塊以及遠動調(diào)度主站監(jiān)測模塊的設(shè)置有利于將采集、識別的監(jiān)測狀態(tài)通過站內(nèi)遠動裝置上傳至調(diào)度主站服務(wù)器，對變電站PT二次中性線N600接地狀況實現(xiàn)準確且高效的實時監(jiān)測，及時通知運維人員處理，消除安全隱患，降低區(qū)外故障保護誤動作，提高工作效率。
圖4 變電站PTN600接地線在線監(jiān)測裝置工作流程圖
變電站PTN600接地線在線監(jiān)測裝置體積小，設(shè)計電路簡單，安裝方便，不影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
2 PTN600接地在線監(jiān)測裝置的調(diào)試升級
對研制的變電站電壓互感器二次中性點接地線在線監(jiān)測裝置進行調(diào)試、升級。
1）在新建變電站主控室的PT并列屏安裝調(diào)試，高精度鉗形電流互感器實時采集中性點N600接地線電流，將采集的電流輸入裝置采集模塊，將電流模擬量進行信號處理，將干擾量去除，處理后輸入放大模塊，經(jīng)過兩級放大電路后輸入到A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到微機處理器。
2）微處理器進行邏輯判斷。當(dāng)模擬兩點接地時，裝置采集電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經(jīng)過一定的延時觸發(fā)繼電器動作。
3）繼電器動作常開接點閉合觸發(fā)引至公用測控的信號接點，監(jiān)控后臺光字牌被點亮、告警窗彈出相關(guān)告警“中性點N600多點接地”信息。
4）繼電器的另外一對常開接點閉合，觸發(fā)裝置告警模塊信號燈點亮。
為準確實現(xiàn)對變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護誤動的發(fā)生，提高工作效率，對裝置進行升級，在不改變主控室原有N600一點接地的基礎(chǔ)上，實時監(jiān)測電壓互感器二次中性點N600接地點電流，電流超過繼電器線圈動作值50mA時觸發(fā)告警指示燈及告警信號，裝置具備穩(wěn)定可靠性及事件和事故數(shù)據(jù)記錄功能。
3 裝置的運行效果
3.1 變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置實施情況
目前，在粵北地區(qū)電網(wǎng)變電站試點應(yīng)用，同時在基建變電站現(xiàn)場施工過程中應(yīng)用，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，發(fā)生多點接地觸發(fā)相關(guān)告警信息，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。提高運維效率，實現(xiàn)變電站電壓互感器二次中性點接地在線監(jiān)測。
3.2 效果分析
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置，取得以下實際效果：
1）提供了一種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況。
2）電壓互感器二次中性點N600發(fā)生多點接地觸發(fā)相關(guān)告警信息，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
3）全面掌控管轄地區(qū)電網(wǎng)變電站電壓互感器二次中性點N600一點接地的情況。
4）完善中性點N600接地線在線監(jiān)測裝置與調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系。
3.3 經(jīng)濟效益
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用，可及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行；避免潛在的區(qū)外故障誤動作對社會產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，為生產(chǎn)提供穩(wěn)定的監(jiān)測方法，產(chǎn)生積極的經(jīng)濟效益。
避免了一次變電站N600多點接地引起一起110kV線路保護零序保護反方向動作，造成110kV孟蒙線零序保護反方向誤動，引起線路停電產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，提前及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動，按國家平均售電價0.497元/kW?h，結(jié)合110kV線路潮流負荷計算，0.497元/kW?h×32.1×1000kW×6h=95722.2元，為我局增加收入約9.57萬元，同時工作效率也得到了提高。
變電站PTN600接地在線監(jiān)測裝置研制投入運行后，對其進行了多次升級改造，不斷完善其邏輯和功能，在變電站試點運行時取得了良好效果。通過相關(guān)的技術(shù)測試、滿足技術(shù)規(guī)范要求，提供了一種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測的技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，全面掌控管轄地區(qū)電網(wǎng)變電站電壓互感器二次中性點N600一點接地的狀況，N600發(fā)生多點接地時及時觸發(fā)相關(guān)告警信息，發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提高工作效率，具有較好的應(yīng)用前景。
總結(jié)
本文研發(fā)的變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，N600發(fā)生多點接地，及時觸發(fā)相關(guān)告警信息，發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免區(qū)外故障保護裝置誤動、區(qū)內(nèi)故障保護裝置拒動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
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