基于響應分析的變電站臨時地線檢測方法

張慧慧,王飛龍,陳 潔

(包頭供電局,內蒙古 包頭 014030)

基于響應分析的變電站臨時地線檢測方法

張慧慧,王飛龍,陳 潔

(包頭供電局,內蒙古 包頭 014030)

為防止變電站帶地線合閘送電事故,提出一種基于響應分析的變電站臨時地線檢測方法,即在站內合適的位置給一次設備加激勵信號,分析測量點響應信號的特性即可判斷出站內是否有未拆除的臨時地線。利用變壓器一次繞組的阻抗隨信號源頻率變化的特性,選擇合適的信號源頻率,以有效辨別出臨時地線接地和變壓器中性點接地,避免電壓互感器對檢測結果的影響。實驗結果證實了該方法的實用性。

變電站;臨時地線;響應分析;信號源頻率;中性點接地

變電站設備檢修時均需要裝設地線或使用接地刀閘,以確保作業人員安全。檢修工作結束后,要拆除所有的地線,斷開所有的接地刀閘,然后才允許合閘送電[1-4]。但實際中,由于變電站設備種類多,出線間隔外觀相差不大,大規模預試或檢修時一次性裝設地線數量多,地線裝設位置分散,作業人員疏忽大意等多方面因素,變電站帶地線合閘送電事故屢禁不止[5-7]。

隨著GPS定位技術和無線通信技術的迅速發展,相關領域學者提出了多種地線在線監測方法[8-9]。但由于監測系統結構復雜、操作繁瑣、一次性投資大、可靠性差等缺點,一直沒有很好推廣。

針對以上問題,本文提出基于響應分析的臨時地線檢測方法。在站內合適的位置給一次設備加激勵信號,通過分析響應信號的特性即可判斷站內是否裝設有地線,是否完全拆除,避免了帶地線合閘送電事故的發生。

1 理論分析

1.1 檢測原理分析

變電站處于檢修狀態的設備若裝設有地線,則設備處于接地狀態,此時給設備加激勵信號,激勵信號可以通過地線形成流通回路;反之若設備沒有裝設地線,那么所加的激勵信號將無法形成流通回路。以河北省某220 kV變電站220 kV系統接線簡圖為例進行詳細說明,如圖1所示。

假設Ⅱ段母線處于檢修狀態,接地刀閘S1處于閉合狀態(模擬裝設地線情況,下同),則B檢測點所加的激勵信號可以通過Ⅱ段母線、S1與大地形成流通回路;反之若S1處于斷開狀態(模擬地線全部拆除情況,下同),檢測點B所加的激勵信號無法形成流通回路,據此可以判斷是否有地線存在。同理,可以通過在檢測點A加激勵信號來判斷S2的開閉情況。若斷路器211、隔離開關211-1同時處于閉合狀態,且主變高壓繞組中性點接地運行,此時即使S2處于斷開狀態,檢測點A所加的激勵信號也會通過I段母線、隔離開關211-1、斷路器211、主變中性點接地線形成流通回路。因此,要想在變電站推廣該方法,必須可靠辨識變壓器中性點接地和設備經地線直接接地。

圖1 某變電站220 kV系統部分接線簡圖

Fig.1 Partial wiring diagram of 220 kV system in a substation

1.2 變壓器中性點接地識別

設備裝設地線時,激勵信號通過地線流入大地;設備未裝設地線時,激勵信號通過變壓器原邊繞組流入大地。為有效辨別變壓器中性點接地和地線接地,建立中性點接地的變壓器一次繞組模型,如圖2所示，檢測電路原理圖如圖3所示。

圖2 變壓器模型圖

(1)

對于實際變壓器,有RT?XT。

圖3 檢測電路原理圖

由式(1)可知,在一定的頻率范圍內,隨著信號源頻率的升高測量點M的電壓值增大;超過限定的頻率范圍,隨著信號源頻率的進一步升高,繞組對地電容的容抗逐漸增大,導致測量點M的電壓值反而減小,該結論與文獻[10]中得出的結論一致。

由此可知,只要設備是通過地線接地,那么測量點M的理論電壓值均為0;若信號源的頻率合適,變壓器中性點接地且無地線接地時,測量點M的電壓值不為0。以此為依據可以有效辨別出地線接地和變壓器中性點接地。

2 實 驗

為驗證提出的基于響應分析的變電站地線檢測方法的實用價值,在河北省某變電站做了大量實驗。使信號源的頻率從0逐漸增加到50 kHz,在S1斷開、閉合兩種情況下分別采集測量點M的電壓信號,并對采集到的信號做FFT處理,這樣既可濾除干擾信號,又方便用程序精確求得M點的電壓值。文中僅給出直流源、2 kHz正弦交流源、50 kHz正弦交流源三種情況的實驗結果。

2.1 信號源為直流源

信號源為直流源時,S1斷開、閉合兩種情況下采集到的信號波形及其FFT處理實驗結果如圖4所示。

圖4 信號源為直流源時實驗結果圖

Fig.4 Experimental results of signal source as DC source

由圖4可知,S1斷開、閉合情況時,測量點M的直流電壓分量分別為0.024 V、0.019 V,變壓器中性點接地與地線接地測量點M的直流電壓分量的比值為1.26。

2.2 信號源為2 kHz正弦信號源

信號源為2 kHz正弦信號源時,S1斷開、閉合兩種情況下采集到的信號波形及其FFT處理實驗結果如圖5所示。

由圖5可知,S1斷開、閉合情況時,測量點M的2 kHz信號分量電壓值分別為9.832、0.094 V,變壓器中性點接地與地線接地測量點M的2 kHz信號分量電壓的比值為104.59。

2.3 信號源為50 kHz正弦信號源

信號源為50 kHz正弦信號源時,S1斷開、閉合兩種情況下采集到的信號波形及其FFT處理實驗結果如圖6所示。

由圖6可知,S1斷開、閉合情況時,測量點M的50 kHz信號分量電壓值分別為0.631、0.484 V,變壓器中性點接地與地線接地測量點M的50 kHz信號分量電壓的比值為1.31。

實驗求得變壓器中性點接地時測量點M的電壓與地線接地時測量點M的電壓的比值隨信號源頻率的變化關系曲線如圖7所示。

圖5 信號源為2 kHz正弦信號源時實驗結果圖

Fig.5 Experimental results of signal source as 2 kHz sinusoidal signal source

圖6 信號源為50 kHz正弦信號源時實驗結果圖

Fig.6 Experimental results of signal source as 50 kHz sinusoidal signal source

圖7 電壓比值隨信號源頻率變化曲線圖

Fig.7 Frequency variation curves of voltage ratio with signal source

由圖7可知,信號源頻率在1.5～2.5 kHz范圍內變化,變壓器中性點接地時測量點M的電壓與地線接地時測量點M的電壓的比值較大,當信號源頻率為1.92 kHz時,該比值最大,為130.77。因此選取信號源的頻率為1.92 kHz,這樣可以使得檢測靈敏度最高,檢測結果可靠性最高。

上述電容式電壓互感器上下兩節整體電容值為0.01 uF,在提出的臨時地線檢測方法所用的信號作用下,求取其呈現容抗的計算表達式為

由該式求得,該型號電容式電壓互感器的等值容抗為8.29 kΩ,遠大于臨時地線的接地電阻。因此電容式電壓互感器不會對檢測結果造成影響。

3 實際應用分析

基于本文提出的臨時地線檢測方法,設計了便攜式臨時地線檢測裝置。一方面不需要改變一次系統,另一方面便攜式臨時地線檢測裝置在使用時只需要用絕緣桿將其信號線短時搭接在檢測點即可,裝置搬運輕便,操作簡單,檢測效率高。檢測裝置主要由供電電源、單片機、液晶顯示模塊及其他輔助元器件構成,其型號分別為Vcoolook牌鋰電池、STC89C52單片機、MT48270A050-01NN。

設計的檢測裝置在內蒙古某大型企業廠用變電站內做了多次試驗,均能有效識別出接地刀閘和不同位置裝設的臨時地線,而且檢測結果不受變壓器和電壓互感器及其他設備的影響。檢測結果表明,設計的臨時地線檢測裝置能夠輔助運行人員檢測出安裝的臨時地線和閉合的接地刀閘。

實際中,在使用設計的臨時地線檢測裝置時有一些問題需要注意。

1) 在使用設計的檢測裝置前,運行人員需要充分考慮現場設備停電情況及臨時地線使用情況,據此確定檢測點的位置和數量。

2) 為確保檢測工作的有序性,同時確保檢測人員的人身安全和設備安全,檢測工作開始前必須對檢測點進行驗電。

3) 在檢測的過程中要求檢測人員嚴格按照操作票的要求,按照既定的檢測順序依次在每一個檢測點完成檢測工作并填寫檢測記錄。

4) 檢測工作結束后,檢測人員需要將檢測裝置搬離現場放回存放位置,并有專人檢查。

4 結 語

本文提出的方法利用了變壓器一次繞組的頻率響應特性有效地辨別出變壓器中性點接地和地線接地,確定了選擇的信號源最佳頻率。值得注意的是，不同的變壓器由于結構、電壓等級、容量等參數不同,信號源的最佳頻率未必完全相同。所以要更好地推廣本文提出的方法,需要針對不同的變壓器做進一步實驗分析,以進一步研究具有智能選頻功能的臨時地線檢測裝置,實現對臨時地線的一鍵式檢測。

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(責任編輯 侯世春)

Temporary ground-wire detection method in substation based on response analysis

ZHANG Huihui, WANG Feilong, CHEN Jie

(Baotou Power Supply Bureau, Baotou 014030, China)

In order to provide technical support for preventing closing breaker with ground-wire, a new detection method based on response analysis is proposed in this paper. It is a method by which excitation signal is exerted to primary device at suitable location in substation so as to determine whether there is any ground-wire still hung on the device by analyzing the characteristics of the response signal; the impedance of the primary winding of transformer varies with the variation of signal frequency, based on the theory selecting appropriate signal frequency which can effectively identify ground-wire grounding and transformer neutral point grounding. On the other hand, it can effectively avoid the influence of voltage transformer. Experimental results prove the practicality of the proposed method.

substation; temporary ground-wire; response analysis; signal frequency; neutral point grounding

2015-03-08。

張慧慧(1988—),女,研究方向為用電檢查技術與合同管理。

TM63

A

2095-6843(2015)04-0368-04