基于响应分析的变电站临时地线检测方法

张慧慧,王飞龙,陈 洁

(包头供电局,内蒙古 包头 014030)

基于响应分析的变电站临时地线检测方法

张慧慧,王飞龙,陈 洁

(包头供电局,内蒙古 包头 014030)

为防止变电站带地线合闸送电事故,提出一种基于响应分析的变电站临时地线检测方法,即在站内合适的位置给一次设备加激励信号,分析测量点响应信号的特性即可判断出站内是否有未拆除的临时地线。利用变压器一次绕组的阻抗随信号源频率变化的特性,选择合适的信号源频率,以有效辨别出临时地线接地和变压器中性点接地,避免电压互感器对检测结果的影响。实验结果证实了该方法的实用性。

变电站;临时地线;响应分析;信号源频率;中性点接地

变电站设备检修时均需要装设地线或使用接地刀闸,以确保作业人员安全。检修工作结束后,要拆除所有的地线,断开所有的接地刀闸,然后才允许合闸送电[1-4]。但实际中,由于变电站设备种类多,出线间隔外观相差不大,大规模预试或检修时一次性装设地线数量多,地线装设位置分散,作业人员疏忽大意等多方面因素,变电站带地线合闸送电事故屡禁不止[5-7]。

随着GPS定位技术和无线通信技术的迅速发展,相关领域学者提出了多种地线在线监测方法[8-9]。但由于监测系统结构复杂、操作繁琐、一次性投资大、可靠性差等缺点,一直没有很好推广。

针对以上问题,本文提出基于响应分析的临时地线检测方法。在站内合适的位置给一次设备加激励信号,通过分析响应信号的特性即可判断站内是否装设有地线,是否完全拆除,避免了带地线合闸送电事故的发生。

1 理论分析

1.1 检测原理分析

变电站处于检修状态的设备若装设有地线,则设备处于接地状态,此时给设备加激励信号,激励信号可以通过地线形成流通回路;反之若设备没有装设地线,那么所加的激励信号将无法形成流通回路。以河北省某220 kV变电站220 kV系统接线简图为例进行详细说明,如图1所示。

假设Ⅱ段母线处于检修状态,接地刀闸S1处于闭合状态(模拟装设地线情况,下同),则B检测点所加的激励信号可以通过Ⅱ段母线、S1与大地形成流通回路;反之若S1处于断开状态(模拟地线全部拆除情况,下同),检测点B所加的激励信号无法形成流通回路,据此可以判断是否有地线存在。同理,可以通过在检测点A加激励信号来判断S2的开闭情况。若断路器211、隔离开关211-1同时处于闭合状态,且主变高压绕组中性点接地运行,此时即使S2处于断开状态,检测点A所加的激励信号也会通过I段母线、隔离开关211-1、断路器211、主变中性点接地线形成流通回路。因此,要想在变电站推广该方法,必须可靠辨识变压器中性点接地和设备经地线直接接地。

图1 某变电站220 kV系统部分接线简图

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

1.2 变压器中性点接地识别

设备装设地线时,激励信号通过地线流入大地;设备未装设地线时,激励信号通过变压器原边绕组流入大地。为有效辨别变压器中性点接地和地线接地,建立中性点接地的变压器一次绕组模型,如图2所示，检测电路原理图如图3所示。

图2 变压器模型图

(1)

对于实际变压器,有RT≪XT。

图3 检测电路原理图

由式(1)可知,在一定的频率范围内,随着信号源频率的升高测量点M的电压值增大;超过限定的频率范围,随着信号源频率的进一步升高,绕组对地电容的容抗逐渐增大,导致测量点M的电压值反而减小,该结论与文献[10]中得出的结论一致。

由此可知,只要设备是通过地线接地,那么测量点M的理论电压值均为0;若信号源的频率合适,变压器中性点接地且无地线接地时,测量点M的电压值不为0。以此为依据可以有效辨别出地线接地和变压器中性点接地。

2 实 验

为验证提出的基于响应分析的变电站地线检测方法的实用价值,在河北省某变电站做了大量实验。使信号源的频率从0逐渐增加到50 kHz,在S1断开、闭合两种情况下分别采集测量点M的电压信号,并对采集到的信号做FFT处理,这样既可滤除干扰信号,又方便用程序精确求得M点的电压值。文中仅给出直流源、2 kHz正弦交流源、50 kHz正弦交流源三种情况的实验结果。

2.1 信号源为直流源

信号源为直流源时,S1断开、闭合两种情况下采集到的信号波形及其FFT处理实验结果如图4所示。

图4 信号源为直流源时实验结果图

Fig.4 Experimental results of signal source as DC source

由图4可知,S1断开、闭合情况时,测量点M的直流电压分量分别为0.024 V、0.019 V,变压器中性点接地与地线接地测量点M的直流电压分量的比值为1.26。

2.2 信号源为2 kHz正弦信号源

信号源为2 kHz正弦信号源时,S1断开、闭合两种情况下采集到的信号波形及其FFT处理实验结果如图5所示。

由图5可知,S1断开、闭合情况时,测量点M的2 kHz信号分量电压值分别为9.832、0.094 V,变压器中性点接地与地线接地测量点M的2 kHz信号分量电压的比值为104.59。

2.3 信号源为50 kHz正弦信号源

信号源为50 kHz正弦信号源时,S1断开、闭合两种情况下采集到的信号波形及其FFT处理实验结果如图6所示。

由图6可知,S1断开、闭合情况时,测量点M的50 kHz信号分量电压值分别为0.631、0.484 V,变压器中性点接地与地线接地测量点M的50 kHz信号分量电压的比值为1.31。

实验求得变压器中性点接地时测量点M的电压与地线接地时测量点M的电压的比值随信号源频率的变化关系曲线如图7所示。

图5 信号源为2 kHz正弦信号源时实验结果图

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

图6 信号源为50 kHz正弦信号源时实验结果图

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

图7 电压比值随信号源频率变化曲线图

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

由图7可知,信号源频率在1.5～2.5 kHz范围内变化,变压器中性点接地时测量点M的电压与地线接地时测量点M的电压的比值较大,当信号源频率为1.92 kHz时,该比值最大,为130.77。因此选取信号源的频率为1.92 kHz,这样可以使得检测灵敏度最高,检测结果可靠性最高。

上述电容式电压互感器上下两节整体电容值为0.01 uF,在提出的临时地线检测方法所用的信号作用下,求取其呈现容抗的计算表达式为

由该式求得,该型号电容式电压互感器的等值容抗为8.29 kΩ,远大于临时地线的接地电阻。因此电容式电压互感器不会对检测结果造成影响。

3 实际应用分析

基于本文提出的临时地线检测方法,设计了便携式临时地线检测装置。一方面不需要改变一次系统,另一方面便携式临时地线检测装置在使用时只需要用绝缘杆将其信号线短时搭接在检测点即可,装置搬运轻便,操作简单,检测效率高。检测装置主要由供电电源、单片机、液晶显示模块及其他辅助元器件构成,其型号分别为Vcoolook牌锂电池、STC89C52单片机、MT48270A050-01NN。

设计的检测装置在内蒙古某大型企业厂用变电站内做了多次试验,均能有效识别出接地刀闸和不同位置装设的临时地线,而且检测结果不受变压器和电压互感器及其他设备的影响。检测结果表明,设计的临时地线检测装置能够辅助运行人员检测出安装的临时地线和闭合的接地刀闸。

实际中,在使用设计的临时地线检测装置时有一些问题需要注意。

1) 在使用设计的检测装置前,运行人员需要充分考虑现场设备停电情况及临时地线使用情况,据此确定检测点的位置和数量。

2) 为确保检测工作的有序性,同时确保检测人员的人身安全和设备安全,检测工作开始前必须对检测点进行验电。

3) 在检测的过程中要求检测人员严格按照操作票的要求,按照既定的检测顺序依次在每一个检测点完成检测工作并填写检测记录。

4) 检测工作结束后,检测人员需要将检测装置搬离现场放回存放位置,并有专人检查。

4 结 语

本文提出的方法利用了变压器一次绕组的频率响应特性有效地辨别出变压器中性点接地和地线接地,确定了选择的信号源最佳频率。值得注意的是，不同的变压器由于结构、电压等级、容量等参数不同,信号源的最佳频率未必完全相同。所以要更好地推广本文提出的方法,需要针对不同的变压器做进一步实验分析,以进一步研究具有智能选频功能的临时地线检测装置,实现对临时地线的一键式检测。

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(责任编辑 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。

张慧慧(1988—),女,研究方向为用电检查技术与合同管理。

TM63

A

2095-6843(2015)04-0368-04