一種查找互感器多點(diǎn)接地的方法分析

王廷旺，譚金龍，張良武，南東亮，袁煥炯

（1.國網(wǎng)新疆電力科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830000；2.國網(wǎng)新疆電力有限公司 檢修公司，新疆 烏魯木齊 830000；3.廣州市仟順電子設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

互感器是通過變壓器原理將高壓電網(wǎng)的電壓和電流轉(zhuǎn)換成低電壓與低電流，提供給表記計(jì)量、繼電保護(hù)等設(shè)備測量和保護(hù)的數(shù)值依據(jù)。正常運(yùn)行的情況下，互感器二次回路設(shè)有一個(gè)中性點(diǎn)接地，以保證設(shè)備和工作人員安全，避免高壓擊穿造成危害[1]。

互感器二次回路出現(xiàn)兩點(diǎn)或者兩點(diǎn)以上接地點(diǎn)，屬于互感器多點(diǎn)接地故障。互感器多點(diǎn)接地故障會(huì)導(dǎo)致互感器二次回路電壓和電流異常，如相電壓偏高、中性點(diǎn)漂移等，導(dǎo)致PT二次回路電壓、電流數(shù)據(jù)不能正確反映一次側(cè)電壓和電流的情況，嚴(yán)重時(shí)甚至造成電流表誤指示，繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)等故障[2]。尤其是保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)，有可能導(dǎo)致大面積停電，甚至發(fā)生燒毀設(shè)備等嚴(yán)重事故。

《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》和GB/T14285ü2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》都有明確規(guī)定，PT和CT分別只允許有且只有一個(gè)接地點(diǎn)[3]。

由于線路絕緣老化、圖紙錯(cuò)誤以及施工工藝等原因，常常導(dǎo)致互感器多點(diǎn)接地故障，特別是N線的多點(diǎn)接地故障。正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)镹線本身無電流，且設(shè)備接地點(diǎn)眾多，所以導(dǎo)致N線多點(diǎn)接地易發(fā)而且很難發(fā)現(xiàn)，從而給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅。要重視互感器多點(diǎn)接地故障的危害，及時(shí)排除故障，保證電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

1 PT多點(diǎn)接地的傳統(tǒng)檢查方法

1.1 直接測量接地電流

正常運(yùn)行情況下，多組互感器二次回路通過N600集中一點(diǎn)接地或單組互感器二次回路單獨(dú)一點(diǎn)接地時(shí)，大地與二次回路間沒有形成回路，因此正常接地點(diǎn)沒有電流。而互感器二次回路出現(xiàn)兩點(diǎn)接地時(shí)，大地和互感器就會(huì)形成回路。如圖1（a）所示，如果是相線接地，相線的電流就會(huì)被大地回路分流，從而能在正常接地點(diǎn)測到電流。如圖1（b）所示，如果是N線接地，發(fā)電站地網(wǎng)之間的電壓差為Us，會(huì)導(dǎo)致接地回路有電流，也能在正常接地點(diǎn)測到該電流，但電流很小，一般為20～200 mA。

圖1 互感器多點(diǎn)接地方式

由此可知，如果互感器存在多點(diǎn)接地故障，那么在正常的一點(diǎn)接地點(diǎn)上能夠測量到漏電電流。利用這一原理，使用鉗形電流表直接測量正常接地點(diǎn)的電流。原則上，如果正常接地點(diǎn)存在50 mA或以上電流，則可判定為存在互感器多點(diǎn)接地故障。如果低于50 mA，則可認(rèn)為無多點(diǎn)接地故障，所測到的電流為系統(tǒng)電容的容性電流。

直接測量接地電流的方法只能判斷該接地點(diǎn)上的互感器有無多點(diǎn)接地故障，不能判斷是哪一個(gè)組別互感器發(fā)生了故障，并且對于N線多點(diǎn)接地的故障判斷不夠準(zhǔn)確。

1.2 可變電阻法檢測多點(diǎn)接地故障

可變電阻法檢測互感器多點(diǎn)接地故障的原理如圖2所示，在接線和操作過程中需做好充分的絕緣防護(hù)，如絕緣手套、絕緣鞋以及絕緣墊等。斷開N線與地網(wǎng)的可靠接地點(diǎn)前，在N線與地網(wǎng)間接入刀閘K，并處于合位，然后在N線與地網(wǎng)之間接入一個(gè)刀閘K1和一個(gè)滑變電阻，兩者串聯(lián)。

圖2 可變電阻法檢測互感器多點(diǎn)接地原理

確認(rèn)接線準(zhǔn)確無誤后，解開N線的可靠接地點(diǎn)，調(diào)節(jié)滑變電阻使其電阻為0 Ω，閉合刀閘K1，打開刀閘K，慢慢增大滑變電阻的阻值（電阻值不應(yīng)大于10 Ω），測量并觀察記錄N線電流。正常情況下，由于互感器和地網(wǎng)之間只有一個(gè)連接點(diǎn)，不形成回路，因此N線上的電流不變。假如N線上的電流隨接地電阻的變化而變化，說明互感器和地之間有另一個(gè)接地點(diǎn)。兩個(gè)接地點(diǎn)之間形成回路，導(dǎo)致互感器電流發(fā)生變化，N線電流也隨之發(fā)生變化[5]。

通過接入可變電阻的方法可以準(zhǔn)確判斷互感器是否存在多點(diǎn)接地故障，但也有以下幾個(gè)不足之處：（1）接線較多，設(shè)備在運(yùn)行，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)；（2）操作復(fù)雜，排除效率低；（3）無法確定故障互感器的組別以及接地故障位置。

2 信號注入法的原理

信號注入法的原理如圖3所示，在互感器的可靠接地點(diǎn)處耦合一個(gè)低頻信號If，可靠接地點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)只能輸出該低頻信號的特殊電壓源[6]。當(dāng)互感器沒有其他接地點(diǎn)時(shí)，該特殊電壓源就不形成回路，因此特殊信號無法進(jìn)入互感器回路；當(dāng)互感器存在其他接地點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)接地點(diǎn)與該特殊電壓源之間就會(huì)形成回路，而且該特殊信號If就會(huì)在回路上流過。使用電流帶波形顯示的鉗形電流表追蹤該信號，可以查找到故障接地點(diǎn)的位置。

圖3 信號注入法原理

信號注入法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）能夠準(zhǔn)確判斷多點(diǎn)接地故障，判斷存在接地故障的互感器組別。（2）使用帶波形顯示的鉗形電流表追蹤該特征信號，能夠準(zhǔn)確查找出接地點(diǎn)的位置，極大地提升了故障排查地效率。信號注入法的缺點(diǎn)是二次回路阻抗使低頻信號衰減較大，對于高電阻接地檢測效果較差，此外注入信號法對互感器二次回路甚至一次回路存在的影響未知。

3 注入信號對電力系統(tǒng)影響分析

在互感器二次側(cè)注入信號，需要考慮注入信號對一次電流參數(shù)變化的影響，如是否導(dǎo)致一次側(cè)其他繼電保護(hù)誤動(dòng)等。為計(jì)算互感器二次回路對電力系統(tǒng)的影響，需要構(gòu)建一個(gè)電力系統(tǒng)和互感器等效電路模型，采用變壓器模型來建立互感器模型，具體如圖4所示[7]。電力系統(tǒng)用導(dǎo)線和元件RT與jXT串聯(lián)來模擬，其T型等效電路如圖5所示[8]。

圖4 互感器模型

圖5 互感器的T型等效電路

圖5中的RT、XT、BT以及GT分別為電力系統(tǒng)中等效參數(shù)的電阻、電抗、電納、電導(dǎo)，對應(yīng)的計(jì)算公式為：

式中，SN、UN、IN為互感器額定功率、額定電壓以及額定電流；US為短路電壓；I0為空載電流；P0為空載輸入功率；ΔP0為空載損耗；ΔPFe為鐵耗；ΔPk互感器二次側(cè)短路損耗。在式（1）中，若已知變壓器額定電流IN，可以用IN計(jì)算電阻RT，若已知額定電流位置則可用短路損耗ΔPk和額定容量的關(guān)系推算。假設(shè)注入二次回路的信號為I2，則一次電路感應(yīng)的電流I為：

為保證電力系統(tǒng)不受注入信號的影響，二次側(cè)注入信號應(yīng)有一個(gè)約束條件，此條件使注入信號導(dǎo)致的一次側(cè)電流I在幅值和相位上波動(dòng)不大，避免導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)與損壞設(shè)備等不良后果[9.10]。

4 結(jié) 論

本文介紹了兩種傳統(tǒng)的互感器二次回路多點(diǎn)接地的檢查方法，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種基于信號注入法查找PT多點(diǎn)接地故障的新方法，并分析了該方法的優(yōu)點(diǎn)和對系統(tǒng)的影響。所提出的基于信號注入法原理的互感器多點(diǎn)接地查找方法，對PT查找工作和新設(shè)備研發(fā)有借鑒意義。排查互感器多點(diǎn)接地故障，及時(shí)排除故障，對保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和避免重大經(jīng)濟(jì)損失具有積極意義。