CN102221644B - 发电厂、变电站接地网在线监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力设备在线监测领域，特别涉及发电厂、变电站接地网在线监测。本系统实时监测电网发生接地短路时输电线路架空地线或电缆外皮的分流电流、变压器中性点电流、接地网的地电位升高及接地体自身的阻抗，全面记录接地网的工作状态，把以往无法监测到的电气量变成常测量。接地网在线监测实施之后，可为设计、基建、运行维护和实现状态管理提供量化指标，探索加大分流系数、减少入地电流的新途径，扭转对接地网的巨额盲目投入，提高安全性，降低设备风险和运行成本，其经济效益不可估量，目前国内外还没有此类技术。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测领域，尤其涉及一种发电厂、变电站的接地在线监测系统及其监测方法。
背景技术
发电厂、变电站接地网是重要的电力设备之一，负担着工作接地、保护接地、防雷接地的功能，对电力系统的安全生产和工作人员的人身安全起着重要的作用。由于接地网本身的隐蔽性，不能按常规方式进行巡视及监测电气性能，一直是电力设备中的盲点。接地材料在土壤中的腐蚀情况，开挖检查最直接，也很方便。而运行中的电气性能一直无法监视，是电力生产的一项重大缺失。
电网发生接地短路时地，防止地电位升高超过允许值是接地网的主要功能之一。而地电位升高是由接地阻抗和入地电流所决定。事实表明，这2个参数用人工方法不能获得。按《接地装置特性参数测量导则》规定，人为向接地网注入几十安培的电流，测量电流流过土壤时的压降，假想大地土壤是均匀电阻率，用线性关系来推算出接地网得的电位升高，且不分析这种推算的误差。受到现场条件的限制，接地网被周围建筑所包围，混凝土钢筋和地下金属管道密布，电流极选点不能满足《导则》要求，所注电流基本上不进入土壤，电压极更找不到符合长度的一块净土，所获数据无可信度，这就是说，现代化进程迫使传统的试验手段退出历史舞台。广东省电网公司已经规定，运行变电站不再测量接地网的接地电阻，也是迫不得已。另外，使用在接地网注入信号的方法推算出来的接地电阻值都无法取代数十千安电流、流经数十km后在接地网产生的效果。入地电流受制于分流电流和变压器中性点电流，只有在接地故障发生时，接地网的功效才能显示出来，利用在线监测系统，实时地记录有关数据，才能显示接地网真实的性能，为电力设备安全运行、设计、基建和实现状态管理提供量化指标。探索提高接地网可靠性的新方法，进一步降低设备造价和运行成本，其经济效益不可估量，目前国内外还没有此类产品。
本申请的发明人曾直接参供电企业接地网的施工、预试及生产管理，有证据表明所谓“降阻专利技术”是一项无效劳动。湖北电力试验研究所刘正超1998年在《电网技术》发表了“化学降阻剂不应使用”一文，用事实向电力企业提出了告警，遗憾的是没有起到效果，五花八门的“降阻”技术仍在扩散。某些地网改造项目实际上既起不到正面作用，又严重破坏了生态环境。接地网在线监测的应用，可对制止不科学的接地网降阻“技术”提供最直接的技术支持。
福建省电力试验研究所和厦门亿创技术开发有限公司2005年公布了一项“接地网状态监测系统 ”（申请号200520200385.2）提出了一种测量接地网内接地体内部完好状况的方法；湖南大学的彭敏放等2007年公开了一项，“发变电站接地网在线监测方法及其装置”的发明专利（申请号200710034421.6），提出一种监测接地网内接地体的腐蚀状况的方法，均是用某种信号注入接地体后产生相应的信息来分析接地网自身的工况，但是不能监测到接地网在接地故障发生时的实时工况。
电网发生接地短路时，零序电流一部分从导体中通过，一部分从土壤中通过，在接地网内部发生接地短路时，还有一部分在接地网内部循环的电流，既不参加分流，又不入地。总之，数千安的零序电流通过金属与土壤并联的途径进入接地网。高压线路的架空地线、电缆外皮、地下金属管道的蔓延使得表层土壤对电流的阻力效果越来越弱。导体部分包括阻性和感性分量，土壤和铁磁物质均呈非线性，随着故障点的不同、季节的不同、线路结构的不同变电站接地网承受的负担也不同，造成的后果也不同。教科书中简化计算方法与实际的差距及其实用性，从无验证。因此，对接地网实行在线监测，全面、直接地监测接地网的运行工况，准确评价接地网的技术性能，纳入设备状态检修的管理范围，是当前急待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在电网发生接地短路时能够对发电厂、变电站的接地网进行实时监测的接地网在线监测系统。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
发电厂、变电站接地网在线监测系统，包括：
（1）连接于接地网与线路的电流连接点上的电流测量单元，其中，所述连接点的布置位置包括：
a) 对于进入变电站的架空线路及同塔OPGW线路，当线路终端塔在接地网内时，所述连接点是线路终端塔上的架空地线和OPGW终端固定点，当线路终端塔在接地网外时，所述连接点是变电站线路门型架上的架空地线及OPGW终端固定点；
b）对于电缆线路，所述连接点位于电缆终端头的外皮地线上；
c）对于主变压器，所述连接点位于中性点的引下线上；
（2）连接于接地网与线路的电压测量极上的电压测量单元，其中所述电压测量极的布置位置包括：
a) 电压测量极1——为基准电位接地极，位于自主变压器中性点的接地线上；
b) 电压测量极2和3——为零电位接地极，沿发电厂或变电站高压线路走向相反的方向，在接地网外设置电压测量极2；沿发电厂或变电站中压线路走向相反的方向，在接地网外设置电压测量极3，距离接地网边缘距离，按DL/T 475—2006第6.1.2、6.1.3的规定定位；
c) 电压测量极4和5——为接地网边缘接地极，分别从电压测量极1到电压测量极2和3作一直线，与接地网边缘的交叉点为电压测量极4和5；
（3）通过信号线连接电流测量单元及电压测量单元，以对采集的电流、电压信号进行处理的采集终端；
（4）与采集终端连接的监控站，用于显示监测信息。
作为上述方案的进一步改进，采集终端与监控站为有线连接或无线连接。
作为上述方案的进一步改进，信号线为高强度屏蔽电缆，并铺设在电缆沟内或埋于地下。
作为上述方案的进一步改进，采集终端位于发电厂、变电站的设备区，包括信号处理单元。存贮单元、显示单元及发送单元。
当接地网内发生接地短路时，通过电流测量单元所得电流值，计算得到入地电流、分流电流及分流系数，其计算公式为：
式中
……（2），
设
……（3）
将（2）、（3）式代入（1）式
可得
公式中
——入地电流；
系统监测时：
当接地网外发生接地短路时，通过电流测量单元所得电流值，及电压测量单元所得电压值，计算得到入地电流、接地网的接地电阻及阻抗，其计算公式为：
对于接地网边缘处，……（4）
……（5）
接地网的接地电阻
或
……（6）
接地网阻抗，或
……（7）
其中
本发明的有益效果是：本发明能够监测以往无法监测的接地网的运行数据，并显示出来，如每次接地故障时的中性点电流、分流电流、入流电流、地位升高值，电流、电压的波形及暂态过程等，为状态检修、分析事故及接地网涉及提供直接数据；把降低接地电阻的方向转移到加大分流系数的技术层面上，放宽接地网的接地阻抗值，接地网不用向变电站之外扩展，不占用珍贵的土地，使降阻剂、深井极和斜井技术退出电力系统，大大降低建造和运行成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为连接点在发电厂、变电站的配置图；
图3为电压测量极在发电厂、变电站的配置图；
图4为接地网内接地短路的等值电路图；
图5为接地网外接地短路时的等值电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所提供的发电厂、变电站接地网在线监测系统，用于实时监测点位发生单相接地短路时接地网的技术性能，如测量分流系数、变压器中性点的电流、地电位身高、接地网的阻抗及过渡过程，其系统构架，主要包括多个电流测量单元I0~Im，电压测量单元U0~U4，信号线1、采集终端2及监控站4，电流测量单元I0~Im及电压测量单元U0~U4通过信号线1与采集终端2连接，由采集终端2对采集到的电流、电压信号进行相关处理；信号线1优选为高强度屏蔽电缆，并铺设在电缆沟内或埋于地下，保证信号的传输；考虑信号的衰减，及设备的设置方便，采集终端2可位于发电厂、变电站的设备区，便于管理；采集终端2与监控站4连接，若两者距离较近，可采用数据线3实现有线连接，或对较远距离的监控站4，采用发射天线5进行连接，最终由监控站4处理得到接地网的阻抗、地电位升高、分流电流、变压器中性点的电流计接地故障的过渡过程等相关信息，实现在线监测。
本发明中电流测量单元I0~Im采用小型低功率电流互感器LPCT，连接于接地网与线路的连接点上，对于连接点的布置，是采集合适电流信息的关键，参照图2，其配置方式有：
a) 对于进入变电站的架空线路及同塔OPGW线路，当线路终端塔6在接地网8内时，连接点为线路终端塔上的架空地线和OPGW终端固定点；当线路终端塔6在接地网8外时，连接点是变电站线路门型架上的架空地线及OPGW终端固定点；
b）对于电缆线路，所述连接点位于电缆终端头的外皮地线上；
c）对于主变压器7，所述连接点位于中性点的引下线上；
即如图中所示，电流测量单元I1~Im即连接于架空地线或电缆外皮地线的连接点上；而电流测量单元I0，即位于变压器7中性点的引下线的连接点，其中该连接点取自变压器YN/yn接线的中性点接地侧；
本发明中，采用5个电压测量单元U0~U4连接于5个电压测量极上进行电压监测，其中如图3所示，在对整个发电厂、变电站进行俯视，电压测量极的布置位置可显示为：
a) 电压测量极1：作为基准电位接地极，位于自主变压器中性点的接地线上，即如图中所示位于接地网8内的电压测量单元U0所处位置；
b) 电压测量极2和3：作为零电位接地极，可沿发电厂或变电站高压线路和中压线路走向相反的方向，在接地网外8区两点，分别作为电压测量极2和3，可如图中所示，电压测量极2为沿高压线反方向的零电位极，即图中电压测量单元U1所处位置；电压测量极3为沿中压线路反方向的零电位极，即图中电压测量单元U2分别所处的位置，此外电压测量极2和3距离接地网8边缘距离，可按DL/T 475—2006第6.1.2、6.1.3的规定定位；
c) 电压测量极4和5：作为接地网边缘接地极，分别从电压测量极1到电压测量极2和3作一直线，与接地网8边缘的交叉点为电压测量极4和5，即如图中所示的电压测量单元U3及电压测量单元U4分别所处的位置。
如图4所示，在接地网8内接地短路时，可得到其等值电路，其中，设
D表示发生在接地网8内的接地短路点；
O~H、O~M、O~E分别表示变压器高、中、低压侧等值电控；
I表示入地电流；
Imax表示接地点的短路电流，可从发电厂、变电站内故障录波器获得；
In表示变压器中性点的电流，从电流采集单元I0获得；
为接地网内发生接地短路时的分流系数；
那么对于D点，可得到：
式中
……（2），
将（2）、（3）式代入（1）式
得
如图5所示，在接地网8外接地短路时，可得到其等值电路，其中，设
D表示发生在接地网8外的接地短路点；
G表示接地网8的边缘；
I表示入地电流；
根据电压测量单元U0~U4测量地电位升，得
根据上述信息，即可得到：
接地网的接地电阻
或
……（6）
接地网阻抗
，或
……（7）
其中，
为接地网的阻抗角，按工频正弦信号将过零点的时间差换算为相角差，由电流电压过零点的时差计算出，可显示在监控站上。
根据上面计算的结构，记录接地短路过渡过程电流电压的波形。电网发生接地短路时，电流测量单元
所测电流，和电压测量单元
，均超过设定阈值，启动同步采集，连续记录10个周波，可以完整地再现接地接地瞬间出现的过渡过程和稳态电气量。此外监控站还可存贮每次接地短路的所有数据，供随时查阅。
Claims (5)
1.发电厂、变电站接地网在线监测系统，其特征在于包括：
（1）连接于接地网与线路的连接点上的电流测量单元，其中，所述连接点的布置位置包括：
a) 对于进入变电站的架空线路及同塔OPGW线路，当线路终端塔在接地网内时，所述连接点是线路终端塔上的架空地线和OPGW终端固定点，当线路终端塔在接地网外时，所述连接点是变电站线路门型架上的架空地线及OPGW终端固定点；
b) 对于电缆线路，所述连接点位于电缆终端头的外皮地线上；
c) 对于主变压器，所述连接点位于中性点的引下线上；
（2）连接于接地网与线路的电压测量极上的电压测量单元，其中所述电压测量极的布置位置包括：
a) 电压测量极1——为基准电位接地极，位于自主变压器中性点的接地线上；
b) 电压测量极2和3——为零电位接地极，沿发电厂或变电站高压线路走向相反的方向，在接地网外设置电压测量极2；沿发电厂或变电站中压线路走向相反的方向，在接地网外设置电压测量极3；
c) 电压测量极4和5——为接地网边缘接地极，分别从电压测量极1到电压测量极2和3作一直线，与接地网边缘的交叉点为电压测量极4和5；
（3）通过信号线连接电流测量单元及电压测量单元，以对采集的电流、电压信号进行处理的采集终端；
（4）与采集终端连接的监控站，用于显示监测信息。
2.根据权利要求1所述的发电厂、变电站接地网在线监测系统，其特征在于：所述电流测量单元为小型低功率电流互感器。
3.根据权利要求1所述的发电厂、变电站接地网在线监测系统，其特征在于：所述采集终端与监控站为有线连接或无线连接。
4.根据权利要求1所述的发电厂、变电站接地网在线监测系统，其特征在于：所述信号线为高强度屏蔽电缆，并铺设在电缆沟内或埋于地下。
5.根据权利要求1所述的发电厂、变电站接地网在线监测系统，其特征在于：所述采集终端位于发电厂、变电站的设备区，包括信号处理单元、存贮单元、显示单元及发送单元。
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2011
- 2011-03-15 CN CN 201110061969 patent/CN102221644B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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