CN103513150B - 电力系统电压互感器多点接地的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置：包括CPU主控、模数转换和开关控制电路；开口电流互感器中穿有电压互感器二次中性线N600与接地点连线，输出经第一滤波放大电路后至模数转换电路；电流互感器穿有接地点与取样电阻Rv一端之间连线，输出经第二滤波放大电路后至模数转换电路；取样电阻Rv的另一端接有多条支路，支路上串接有开关、电阻并对应地外接电力用电压互感器的A相接线端子；取样电阻Rv的两端还经隔离放大电路，输出0-5V电压信号至模数转换电路。本发明还涉及用到上述装置的电力系统电压互感器多点接地故障检测方法。本发明可以及时、准确地检测众多的电压互感器是否存在多点接地故障，并可具体定位。

Description

电力系统电压互感器多点接地的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置。本发明还涉及用到上述装置的电力系统电压互感器多点接地故障的检测方法。

背景技术

电力系统如发电厂、变电站内设有许多的变压器，众多的变压器需要通过接地网接地。但发电厂、变电站的接地网并非真正的等电位面，不同点之间会存在电位差，当较大的一次设备大接地故障电流注入地网时，该电位差也相应增加。如果PT二次回路在发电厂、变电站的不同地点同时多点接地，地网上的电位差将窜入PT二次回路，继电保护的电压波形可能会发生畸变或测量数据不正确等现象，将导致阻抗元件和方向元件的不正确动作。

以下保护误动均由PT二次回路多点接地故障造成：

①2009年1月5日11：43，广西500kV电来线线路辅助保护误动；

②2009年2月16日15：08，云南漫湾电厂500kV#7联变差动保护误动；

③2009年3月4日19：09，220kV鸡干I回、鸡干II回纵联保护误动。

国家电网公司《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施》明确规定，运行中的电压互感器二次回路必须只能通过一点接于接地网。

而南方电网电力调度中心下发调继【2009】10号文件要求，各厂、局对220kV及以上厂站的电压互感器二次回路，是否存在2点或多点接地进行排查，且每6个月测量一次N600接地电流。

因此，实时监测PT二次回路是否存在多点接地故障，及时发现并排除此类接地故障，可有效避免PT二次回路多点接地故障引起的保护误动等事故。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供用到上述装置的电力系统电压互感器多点接地故障的检测方法。

采用本发明的装置和方法，可以及时、准确地检测众多的电压互感器是否存在多点接地故障，并可具体定位到存在多点接地故障的电压互感器。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置，其特征在于包括：

一CPU主控电路1，外接液晶显示器2、模数转换电路4和开关控制电路7；

一开口电流互感器10，其感应线圈中穿有电压互感器二次中性线N60018与接地点19连线，其输出信号接入接线端子16、经第一滤波放大电路9后输出0-5V电压信号至模数转换电路4；

电流互感器11，穿有接地点19与取样电阻Rv14一端之间连线，其输出信号经第二滤波放大电路21后输出0-5V电压信号至模数转换电路4；

所述的取样电阻Rv14的另一端接有多条支路，每条支路上串接有开关13、电阻12和接线端子15；

所述的多条支路上串接的接线端子15对应地外接多个电力用电压互感器的A相接线端子17；

所述的取样电阻Rv14的两端电压信号还经隔离放大电路8，输出0-5V电压信号至模数转换电路4。

在上述基础上，本装置还可以做进一步的改进：

所述的CPU主控电路1还外接有键盘3、通讯模块5和告警输出电路6。

解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用到上述装置的电力系统电压互感器多点接地故障的检测方法，设所述的电力系统电压互感器有#1PT、#2PT……#mPT台，则所述装置的取样电阻Rv(14)的另一端接有#1、#2……#m条支路，各支路上对应串接有开关K1、K2……Km、电阻R1、R2……Rm和接线端子(15)，接线端子(15)对应地外接各电力用电压互感器的A相接线端子(17)；所述的方法包括以下步骤：

S1在开关K1、K2……Km均断开的情况下，连续测量N600接地电流I1，当I1满足以下条件时，开始S2；

I1≥50mA或⊿I1≥20mA

S2检测#1PT是否存在多点接地故障

S2-1在开关K1、K2……Km均断开的情况下，测量N600接地电流I11；

S2-2仅合上K1，投入负载电阻R1，产生不平衡负荷电流I2；

S2-3再测量N600接地电流I12；

S2-4如果I12＝I11+I2，说明#1PT没有多点接地故障，否则#1PT存在多点接地故障；

S3参照步骤S2，依次检测#2PT…#mPT是否存在多点接地故障；

S4每天固定时间，做一次S2与S3检测工作。

有益效果：本发明能够及时、准确检测电压互感器是否存在多点接地故障，并定位到哪一组电压互感器存在多点接地故障，可大大减少电压互感器存在多点接地故障的运行时间，降低电压互感器多点接地故障查找难度，对预防电压互感器多点接地故障引起的保护误动，提高电力系统安全运行水平，具有显著作用。

附图说明

图1为本发明装置的原理框图；

图2为使用本发明的装置采用不平衡负荷电流法检测PT多点接地接线示意图。

具体实施方式

下面详细介绍本发明方法，以及本发明的装置实施例的组成、连接关系以及功能。

参见图1，本发明的电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置实施例，包括一CPU主控电路1，外接液晶显示器2、键盘3、模数转换电路4、通讯模块5、告警输出电路6和开关控制电路7。

一开口电流互感器10，其感应线圈中穿有电压互感器二次中性线N60018与接地点19连线，其输出信号接入接线端子16、经第一滤波放大电路9后输出0-5V电压信号至模数转换电路4；电流互感器11，穿有接地点19与取样电阻Rv14一端之间连线，其输出信号经第二滤波放大电路21后输出0-5V电压信号至模数转换电路4；取样电阻Rv14的另一端接有多条支路，每条支路上串接有开关13、电阻12和接线端子15；多个接线端子15对应地外接多个电力用电压互感器的A相接线端子17；取样电阻Rv14的两端电压信号还经隔离放大电路8，输出0-5V电压信号至模数转换电路4。

参见图1，从1～m组PT的A相接线端子17引线到装置的对应接线端子15，内部经电阻R1～Rm、开关K1～Km、负载电流相位取样电阻Rv14，取样电阻Rv14一端引出至装置端子20；连接装置端子20与N60018的接地点19。

开口电流互感器10穿有N60018与接地点19接地导线，其输出信号接入装置接线端子16，经滤波放大电路9，输出0-5V电压信号至模数转换电路4。

电流互感器11穿有取样电阻Rv14与装置端子20之间连接线，其输出信号经滤波放大电路9，输出0-5V电压信号至模数转换电路4。

取样电阻Rv14两端电压信号经隔离放大电路8，输出0-5V电压信号至模数转换电路4。

装置具有串行通讯接口RS485，在根据用户的要求，实行新的通讯规约时，或者由用户提出不同的规约要求时，装置按用户要求更改通讯规约进行通讯。

使用上述装置进行电力系统电压互感器多点接地故障的检测方法，设所述的电力系统电压互感器有#1PT、#2PT……#mPT台，则所述装置的取样电阻Rv(14)的另一端接有#1、#2……#m条支路，各支路上对应串接有开关K1、K2……Km、电阻R1、R2……Rm和接线端子(15)，接线端子(15)对应地外接各电力用电压互感器的A相接线端子(17)；所述的方法包括以下步骤：

S1在开关K1、K2……Km均断开的情况下，连续测量N600接地电流I1，当I1满足以下条件时，开始S2。

I1≥50mA或⊿I1≥20mA

S2检测#1PT是否存在多点接地故障

S2-1在开关K1、K2……Km均断开的情况下，测量N600接地电流I11；

S2-2仅合上K1(13)，投入负载电阻R1(12)，产生不平衡负荷电流I2；

S2-3再测量N600接地电流I12；

S2-4如果I12＝I11+I2，说明#1PT没有多点接地故障，否则#1PT存在多点接地故障。

S3参照步骤2，检测#2…#mPT是否存在多点接地故障。

S4每天固定时间如早上6点，做一次S2与S3检测工作。

参见图2，本发明的检测方法为不平衡负荷电流法，是指在PT任意相线A相、B相或C相与大地间投入固定电阻，使之在零线中产生不平衡负荷电流，通过检测N600接地线接地电流的变化，来判断PT是否存在多点接地故障的一种方法。

正常运行时，开关K1、K2……Km均处于断开状态，通过开口电流互感器(10)连续测量N600接地电流I1，由于#iPT存在多点接地故障，接地故障点与N600接地点之间存在电位差VS，可知接地电流为：I1＝VS/RNi1。接地点之间电位差VS随时间及电力系统一次设备如变压器、线路等是否发生故障等发生变化。

当检测接地电流I1≥50mA或者接地电流I1的变化量⊿I1≥20mA时，则开始投入不平衡负荷电流，即：

分别投入开关K1、K2...Ki...，在#1、#2...#i...PT的零线N1、N2...Ni...投入负载电阻R1、R2…Ri…，产生不平衡负荷电流IL1、IL2…Ili…。

在投入开关K1、K2...Ki...前后，可求出N600接地线中的电流变化量⊿I11、⊿I12及⊿I13，如公式1、2、3所示。

⊿I11＝Va1/(R1+RN1)＝IL1………………………………………………(1)

⊿I12＝Va2/(R2+RN2)＝IL2………………………………………………(2)

⊿I1i＝ILi*RD/(Ri1+RD)≈0……………………………………………(3)

若#1、#2号PT没有多点接地故障，N600接地线中的电流变化量等于不平衡负荷电流IL1、IL2；

若#i号PT存在多点接地故障点，N600接地线中的电流变化量小于不平衡负荷电流ILi，甚至接近于0。

因此，通过开口电流互感器(10)测量N600接地线中的电流I1的变化量，可判断PT是否存在多点接地故障以及哪一组PT发生多点接地故障。

另外，当发生多点接地故障，而N600接地电流既不满足I1≥50mA，也不满足⊿I1≥20mA时，不能及时检测多点接地故障，每天定时(如每天早晨6：00)投入开关K1、K2...Ki...(13)，全部检测PT是否存在多点接地故障，以避免PT发生多点接地故障而长时间不能报警。

应用实例分析

2012年8月，采用本发明，研制QPT-300电压互感器多点接地在线告警与选线装置,安装在东莞供电局14个变电站：220kV站12个，110kV站2个，其中110kV胜和站为新建变电站，未投入运行。各变电站正常运行时N600接地电流，如表1。

投入不平衡负荷电流，N600接地电流的变化值与不平衡负荷电流相同或接近的有：白玉站、步田站、古坑站、裕元站、和美站、黎贝站、下沙站、莆心站、良平站、七星站。

按照PT多点接地故障判据：N600接地电流中包含全部不平衡负荷电流，表示PT不存在多点接地故障。说明上述变电站不存在多点接地故障。

而220kV葵湖站、莆心站、跃立站及元江站，在投入不平衡负荷电流时，N600接地电流的变化值大大小于不平衡负荷电流

按照PT多点接地故障判据：N600接地电流中包含部分不平衡负荷电流，表示PT存在多点接地故障。说明上述变电站存在多点接地故障，具体情况如下。

表1各变电站正常运行时N600接地电流

1、220kV葵湖站

表2220kV葵湖变电站N600接地电流变化数据

如表2所示，在220kV2MPT222PT加入不平衡负荷电流，N600接地电流变化量为2.2mA，大大小于不平衡负荷电流21.5mA，说明220kV2MPT222PT存在多点接地故障。

2、220kV莆心站

如表3所示，在110kV1MPT11PT加入不平衡负荷电流，N600接地电流变化量为-0.9mA，大大小于不平衡负荷电流22.3mA，说明110kV1MPT11PT存在多点接地故障；

在10kV1CMPT51CPT加入不平衡负荷电流，N600接地电流变化量为0.3mA，大大小于不平衡负荷电流22.3mA，说明10kV1CMPT51CPT存在多点接地故障。

表3220kV莆心变电站N600接地电流变化数据

3、220kV跃立站

表4220kV跃立变电站N600接地电流变化数据

如表4所示，在10kV1MPT51PT加入不平衡负荷电流，N600接地电流变化量为4.4mA，大大小于不平衡负荷电流20.9mA，说明10kV1MPT51PT存在多点接地故障。

4、220kV元江站

如表5所示，在220kV东元乙线TYD加入不平衡负荷电流，N600接地电流变化量为-1.6mA，大大小于不平衡负荷电流21.8mA，说明220kV东元乙线TYD存在多点接地故障。

表5220kV元江变电站N600接地电流变化数据

经过对220kV葵湖站、莆心站、跃立站及元江站PT回路检查，证实上述判断的PT多点接地故障确实存在。

因此，采用本发明，研制的“QPT-300电压互感器多点接地在线告警与选线装置”，能够对电力系统电压互感器多点接地故障进行正确告警与定位。

需要解决的关键技术

1、须消除PT多点接地故障电流影响

PT多点接地故障电流大小与变电站电压等级、变电容量、设备规模、接地网、PT接线形式等因素有关，还与N600以外的接地点，到N600接地点的空间位置关系很大。N600接地电流实际测量值中含有1～5次谐波，且随时间而变化，最大值一般可达500mA左右。因此，检测不平衡负荷电流在N600接地线中引起的电流变化，需要消除PT多点接地故障电流的影响，否则可能产生误判或漏判。

2、合理选择不平衡负荷电流大小

根据变电站PT多点接地故障电流的幅值及其变化规律，选择合理的不平衡负荷电流，满足以下条件：

1该不平衡负荷电流应不会导致PT二次回路负荷过载；

2该不平衡负荷电流，在N600接地电流中产生足够变化，以使开口CT能检测其变化量，用于多点接地故障判据。

Claims (3)

1.一种电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置，其特征是：包括：

一CPU主控电路(1)，外接液晶显示器(2)、模数转换电路(4)和开关控制电路(7)；

一开口电流互感器(10)，其感应线圈中穿有电压互感器二次中性线N600(18)与接地点(19)连线，其输出信号接入接线端子(16)、经第一滤波放大电路(9)后输出0-5V电压信号至模数转换电路(4)；

电流互感器(11)，穿有接地点(19)与取样电阻Rv(14)一端之间连线，其输出信号经第二滤波放大电路(21)后输出0-5V电压信号至模数转换电路(4)；

所述的取样电阻Rv(14)的另一端接有多条支路，每条支路上串接有开关(13)、电阻(12)和接线端子(15)；

所述的多条支路上串接的接线端子(15)对应地外接多个电力用电压互感器的A相接线端子(17)；

所述的取样电阻Rv(14)的两端电压信号还经隔离放大电路(8)，输出0-5V电压信号至模数转换电路(4)。

2.根据权利要求1所述的电力系统电压互感器多点接地故障的检测装置，其特征是：

所述的CPU主控电路(1)还外接有键盘(3)、通讯模块(5)和告警输出电路(6)。

3.一种用到如权利要求1或2所述装置的电力系统电压互感器多点接地故障的检测方法，设所述的电力系统电压互感器有#1PT、#2PT……#mPT台，则所述装置的取样电阻Rv(14)的另一端接有#1、#2……#m条支路，各支路上对应串接有开关K1、K2……Km、电阻R1、R2……Rm和接线端子(15)，接线端子(15)对应地外接各电力用电压互感器的A相接线端子(17)；所述的方法包括以下步骤：

S1在开关K1、K2……Km均断开的情况下，连续测量N600接地电流I1，当I1满足以下条件时，开始S2；

I1≥50mA或⊿I1≥20mA

S2检测#1PT是否存在多点接地故障

S2-1在开关K1、K2……Km均断开的情况下，测量N600接地电流I11；

S2-2仅合上K1，投入负载电阻R1，产生不平衡负荷电流I2；

S2-3再测量N600接地电流I12；

S2-4如果I12＝I11+I2，说明#1PT没有多点接地故障，否则#1PT存在多点接地故障；

S3参照步骤S2，依次检测#2PT…#mPT是否存在多点接地故障；

S4每天固定时间，做一次S2与S3检测工作。