基于響應分析的變電站臨時地線檢測方法分析

肖祥 劉文 楊雙 吳毅 方陽 呂正品

摘要：臨時接地線是變電站系統維護階段重要模塊。因此，本文以變電站臨時接地線運行管理現狀為入手點，深入分析了變電站臨時接地線使用規范及注意事項。同時結合變電站臨時接地線運行區域管理需求，構建了基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺。并對基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺檢測效果進行了深入探究，為變電站臨時接地線檢測作業開展提供一定的參考。

關鍵詞：響應分析;變電站;臨時地線檢測方法

前言：臨時接地線是變電站重要安全維護工具，其可以為變電站維護及施工人員安全提供保障。但是在臨時接地線運行過程中，誤拆、誤掛、漏拆等事故的頻出，促使臨時接地線內產生了重大的誤操作風險。據此，為降低變電站內變電站臨時接地線事故發生概率，依據現階段接地線管理情況，結合響應分析原理，對變電站臨時接地線檢測方法進行適當分析具有非常重要的意義。

一、變電站臨時地線運行管理現狀

在變電站臨時接地線管理過程中，雖然部分變電站均安裝了微機五防裝置，設置了較為嚴密的邏輯判斷機制及電氣聯鎖、機械鎖具閉鎖機制，在一定程度上抑制了誤分斷路器、誤分拉刀閘、誤入帶電間隔等錯誤操作行為。但是并不能有效檢測輸電線路帶地線合開關錯誤操作行為，導致現階段變電站臨時接地線運行管理現狀不佳。再加上現有微機五防系統無法處理變電站臨時接地線安全拆卸問題，導致帶電接地線合閘行為及位置信息無法第一時間反饋給變電站維護管理人員，最終導致臨時接地線錯誤操作命令的錯誤下達。

二、基于響應分析的變電站臨時地線檢測原理

以某地220kV變電站220kV配網系統臨時接地線為例，若假定變電站處于檢修狀態的設備均裝設有臨時接地線，則變電站內設備全部處于接地狀態。這種情況下若給變電站內設備增加一激勵信號，則激勵信號可經臨時接地線，將變電站內全部設備有效連接，形成流通回路。

如圖1所示，若該2220kV變電站II段母線處于檢修狀態，則在模擬裝設臨時接地線情況下接地刀閘S1位于閉合模式。此時向B檢測點施加一激勵信號，激勵信號可經II段母線、接地刀閘與大地形成閉合回路。此時若全部拆除全部臨時接地線，則向B檢測點施加的激勵信號就無法與II段母線、接地刀閘、大地形成閉合流通回路。通過上述情況，變電站維護人員可以確定變電站內是否存在臨時接地線[1]。

三、基于響應分析的變電站臨時地線檢測平臺構建

1、基于響應分析的變電站臨時地線檢測平臺理論模型構建

在變電站內設備裝設臨時接地線后，激勵信號可經接地線流入大地，反之激勵信號可經變壓器繞組進入大地。據此，為確定變電站內變壓器中性點接地、臨時接地線位置，變電站臨時接地線檢測人員可以通過變壓器中性點接地的變壓器一次繞組模型構建的方式，確定基于響應分析的變電站臨時接地線檢測位置。

如圖2所示，RT、XT、C0分別為一次繞組等值電阻、一次繞組等值電抗、一次繞組對地電容;S為信號頻率為0-1GHz的信號源，其主要采用886EA信號發生器，最大精度誤差在0.15%以下，輸出電壓最高為10.0V;M為測量點;R1為5.2kΩ的限流電阻;S1為模擬接地開關;U為基于響應分析的變電站臨時接地線檢測電壓。在變電站內各設備仍然裝設有臨時接地線即S1閉合的情況下，測量點M理論電位為0;若S1斷開則表示變電站內設備上沒有進行臨時接地線裝設，則信號源電壓向量表示為：*Us。

在實際變電站內變壓器運行過程中，RT始終小于等于XT。

由上述式子可得，在0-1GHz信號頻率限度內，隨著S信號源頻率的升高，M測量點電壓值也會隨之增大。而在0-1GHz信號頻率限度以外的模塊，隨著S信號源頻率的進一步提升，變電站內繞組相對接地電容容抗也會隨之提升。進而促使M測量點電壓值下降。這種情況下，通過將變電站內設備通過臨時接地線與大地相連，可以促使M測量點理論電壓值始終為零。在S信號源頻率一定的情況下，變電站內變壓器中性點接地且無臨時接地線接地時M測量點電壓值實際可不等于零。基于這一原理可有效區分變電站內臨時接地線、變壓器中性點接地位置[2]。

2、基于響應分析的變電站臨時地線檢測平臺總體硬件結構構成

通過對某供電企業變電站作業現場臨時接地線檢測需求進行調研，可得出現階段變電站臨時接地線運行主要問題。即以往以人工為主的臨時接地線檢測方式，并不能對變電站內臨時接地線掛接位置進行實時檢測。且變電站內線路維護人員僅可進行工具室內變電站內接地線檢測，無法確定變電站內臨時接地線接出工具室外的運行狀態，導致變電站內長時間運用臨時接地線時所掛接臨時接地線極易在值班人員交接班，或者緊急送電階段被遺忘，從而產生較大的安全隱患。據此，為保證變電站臨時接地線檢測系統全面覆蓋變電站各個模塊及整體設備運行過程，相關技術人員可從臨時接地線運行、歸還等過程入手，與臨時接地線運行現場工作人員進行信息交互。通過軟硬件需求說明報告的形式，確定基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺總體框架（圖3）。

如圖3所示，基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺總體框架主要包括終端模塊、信號傳輸網絡、上位機軟件等幾個部分。其中終端模塊主要通過調節變電站模擬接地開關斷開或閉合，在直流信號源、2.0kHz正弦信號源及50.0kHz正弦信號源等不同信號源頻率下進行臨時接地線信息采集。除檢測變電站內臨時接地線掛接情況以外，基于響應分析的變電站臨時接地線檢測終端還需要檢測變電站內變壓器中性點接地位置。即利用電池供電的方式，將采集到的終端電池電量信息經無線收發模塊，將臨時接地線掛接信息及變壓器中性點接地電量信息傳輸給上位機。

基于響應分析的變電站臨時接地線檢測信息傳輸網絡主要采用覆蓋整體變電站的穩定傳輸網絡，將終端采集到的臨時接地線掛靠信息及變壓器中性點接地電壓發送給上位機。同時將上位機控制命令、反饋信息。同時考慮到有線傳輸網絡在作業現場鋪設線纜造價成本較高，因此，在變電站接地線測量平臺搭建過程中，技術人員可利用ZigBee網絡線路，保證終端、上位機間信息傳輸效率。

在上位機軟件設置過程中，由于基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺上位機負責讀取Zigbee網絡協調器信息并進行信息處理，因此，為保證基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺上位機可以圖形的形式展示數據，相關技術人員可以根據ZigBee網絡協調器需求，利用物聯網中REID技術，在Visual Studio 2010編程環境中進行圖形組態的設計[3]。

3、基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺運行規約設計

基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺主要利用RFID技術進行臨時接地線掛接信息采集及臨時接地線電壓檢測。因此，在將每一臨時接地線與RFID標簽進行緊密綁定的基礎上，為保證基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺可以將臨時接地線掛接信息定位至變電站內變壓器中性點接地位置，變電站相關技術人員可從語法、語義、同步三個模塊入手，設定完整的通行規約。

首先，在基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺通信語法設計過程中，技術人員可在1個字節幀頭長度一定的情況下，進行2個字節數據長度、16進制數據體及2個字節校驗碼及幀尾的設計[4]。

其次，在基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺通信語義設計階段，依據上下行通信數據分析結果，基于響應分析的變電站臨時接地線檢測終端向監控中心發送報文形式主要為地線掛接、地線接地點電壓、地線拆除等信息。以地線掛接報文設計為例，變電站相關技術人員可以監控中心傳輸臨時接地線關節位置為入手點，進行終端電壓信息、終端編號、終端編號結構及名稱、內容的合理設計。

最后，在基于響應分析的變電站臨時接地線檢測平臺同步設計過程中，技術人員可從臨時接地線檢測過程入手，在終端開機后向上位機上報開機信息上增加一個字節編號及兩個字節CRC校驗，保證終端報告開機及終端報告臨時接地線電壓信息同步進行[5]。

四、基于響應分析的變電站臨時地線檢測平臺運行結果分析

1、基于直流信號源的變電站臨時接地線響應分析結果

在變電站內變壓器信號源為直流源時，通過調節模擬接地開關斷開、閉合，所采集的信號波形及濾波處理結果如圖4、圖5所示：

通過對圖4、圖5進行分析，可以得出在模擬開關斷開時測量點直流電壓分量為0.023V;而在模擬開關閉合時測量點采集的直流電壓分量為0.018V。此時變電站內變壓器中性點接地與臨時接地線測量點間直流電壓分量比值為1.28。

2、基于2kHz正弦信號源的變電站臨時接地線響應分析結果

變電站內信號源為2.0kHz正弦信號源時，通過調節模擬開關斷開或閉合，所采集的信號波形及濾波處理結果如圖6、圖7所示：

由圖6、圖7可知，在模擬信號開關斷開或閉合變化時，變電站內變壓器側測量點的2.0kHz正弦信號分量電壓值為9.84V、0.093V。通過對兩者比值進行計算可知，變電站內變壓器中性點接地、臨時接地線測量點2.0kHz正弦信號分量電壓比值為105.806。

3、基于50kHz正弦信號源的變電站臨時接地線響應分析結果

信號源為50kHz正弦信號源時，調節變電站內臨時接地線模擬開關斷開或閉合所采集的信號波形及濾波處理結果分別如圖8、圖9所示：

如圖8、圖9所示，信號源為50kHz正弦信號源時，調節模擬開關斷開或閉合變電站內變壓器側測量點的50kHz正弦信號源分量電壓值分別為0.629V、0.483V。此時變電站內變壓器中性點接地、臨時接地線測量點的50kHz正弦信號源分量電壓比值為1.302[6]。

通過將上述數值代入公式，可得出變電站內變壓器中性點接地時測量點電壓、臨時接地線接地時測量點電壓比值隨信號源頻率變化關系，如圖10。

通過對圖9進行分析，可得出：在信號源頻率處于1.50-2.50kHz時，變電站內變壓器中性點接地時測量點電壓、臨時接地線測量點電壓比值起伏較大。且在信號源頻率上升至1.90kHz時變電站中性點接地時測量點電壓與臨時接地線接地時測量點電壓比值達到最大值130.75。因此，在基于響應分析的變電站臨時接地線檢測過程中，為保證變電站臨時接地線檢測靈敏度及可靠性，可選擇信號源頻率為1.90kHz[7]。在實際檢測過程中，基于響應分析的變電站臨時接地線檢測方式出變電站內變壓器中心點接地識別以外，變電站維護人員也可以采用電壓互感器一次側接地識別的方式。即以電磁式電壓互感器為中心，在電磁式電壓互感器處于工頻電壓即高阻狀態時，利用臨時接地線信號變化原理，對檢測結果進行進一步分析。

總結：

綜上所述，為確定基于響應分析的變電站臨時接地線檢測方式應用優勢，本文在某變電站進行了大量試驗，通過在0-50KHz限度內對信號源頻率進行調整，結合模擬接地開關斷開、閉合情況遙控點電壓信號的采集，得出基于響應分析的變電站臨時接地線檢測方式可以有效避免干擾信號對檢測精度的影響。且可以通過程序獲得完整的監測點電壓值，具有良好的應用價值。

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