基于PI数据库的小电流接地系统在线监测

曹力力，王 炜

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

目前10kV和35kV电压等级系统普遍采用中性点不接地的运行方式。这种运行方式容易产生间隙性弧光接地过电压，使单相接地故障发展为相间短路或多点重复性接地故障。为了避免单相接地故障时产生间隙性弧光接地过电压，中性点不接地运行普遍采用消弧线圈小电流接地的方式减小单相接地故障时的故障电流，以减少间隙性弧光接地过电压对系统稳定的影响。

当小电流接地系统发生单相接地故障时，流经消弧线圈的电感电流能有效补偿电网的对地电容电流，减小故障点残流，使故障相接地电弧两端的电压恢复速度降低，故障接地电流小于发生电弧的最小电流，从而避免电弧的产生，也不会产生谐振过电压的现象。因此，消弧线圈是小电流接地系统谐振接地装置中的核心设备。

1 消弧线圈的原理和应用

消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后提供电感电流，补偿接地的电容电流，使接地电流减小、故障相接地电弧两端的电压恢复速度降低，达到熄灭电弧的目的。

当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效抑制过电压的幅值，同时也最大程度地减小故障点的热破坏作用。所谓正确调谐，是指电感电流接近或等于电容电流，工程上用脱谐度V来描述调谐程度，V=（IC-IL）/IC。当V等于零时，称为全补偿；V大于零时为欠补偿；V小于零时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压，因此当电网未发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。

目前，国内外对消弧线圈的试验手段主要为停电检修，尚缺乏有效的实时监测、事故预警和辅助决策的手段。

2 PI实时数据库的应用

2.1 设计思路

通过PI实时数据库从湖州电网数据采集与监控（SCADA）系统中调取与消弧线圈运行情况有关的实时参数，并通过运算和运用ProcessBook的相关工具进行分析，判断消弧线圈的运行状况。

PI系统的主要硬件包括PI系统服务器、PI Web服务器、NAS（Network Attached Storage，全局数据存贮中心），以及PI与实时系统的接口计算机。由于实时系统和PI系统位于不同的安全区域，在PI和各实时系统之间均加装了隔离装置，并分别设置了各自与PI进行实时数据通信的计算机。PI系统数据采集及存贮活动的信息流向为：SCADA－PI通信机把SCADA数据的名称、属性、数值、计量单位等信息传给PI接口机，然后由PI接口机对其进行组织、加工处理后，通过PI系统存入NAS中。PI接口机和各实时系统通信机之间采用双向通信方式，使用TCP/IP协议。

《10kV～66kV消弧线圈运行规范》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中关于消弧线圈发生严重缺陷的定义是：消弧线圈在最大补偿电流档位运行，而脱谐度大于5%；中性点位移电压大于15%相电压。因此，脱谐度、中性点位移电压是最能反映小电流接地系统运行状态的两个主要实时参数。同时，电容电流、电感电流、残流、和谐度也是反映小电流接地系统状况的辅助实时参数。

运用ProcessBook的相关工具对PI实时数据库系统中两个主实时参数和其他4个辅实时参数进行调取、运算和分析，实现对湖州电网小电流接地系统中消弧线圈进行运行状态监视、事故预警与辅助决策的目的。

2.2 功能模块

湖州电网小电流接地系统谐振接地装置的监视、事故预警与辅助决策系统共有主参数监视、辅参数监视、主参数预警3个功能模块。

2.2.1 主参数监视

本功能模块通过ProcessBook中的趋势图工具反映小电流接地系统中消弧线圈的脱谐度、中性点位移电压的实时数据和一定时间范围内的变化情况，并通过时间控件对趋势图的控制实现对任意时间段脱谐度、中性点位移电压数据的查询和分析功能。

目前的自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度，主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低中性点电压的幅值，使之达到相电压的5%～10%。当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时，即谐振时中性点电压限制在允许值以下，就可实现全补偿方式，这是残流最小的最佳工作方式。在低压电网中由于中性点不对称电压很小，为提高测量精度，采用特制的中性点专用互感器来提高检测灵敏度。

通过对湖州电网小电流接地系统中消弧线圈脱谐度和中性点位移电压实时数据的监视，可以得到湖州电网小电流接地系统谐振接地装置的主要运行状况；同时通过对不同时间段的脱谐度、中性点位移电压数据进行分析，为湖州电网小电流接地系统谐振接地装置的检修策略制定提供依据，实现相关状态检修工作的辅助决策。

2.2.2 辅助参数监视

本功能模块通过ProcessBook中的趋势图工具反映湖州电网小电流接地系统中消弧线圈的电容电流、电感电流、残流的实时数据，通过ProcessBook中的柱状图工具反映了湖州电网小电流接地系统中消弧线圈和谐度的实时数据和一定时间范围内的变化情况。

电容电流又称位移电流。不同于电荷定向移动形成的电流，电容电流是由于电容充放电引起的等效电流；对于交流电，这种等效电流是始终存在的。电网中小电流接地系统谐振装置上的电容电流值的大小取决于10kV及35kV低压母线上所连接的线路和设备。

小电流接地系统谐振装置上的电感电流是消弧线圈为低压母线提供的补偿感性电流，与消弧线圈的自身参数和运行档位有关。

残流是小电流接地系统谐振装置上电容电流与电感电流的差值。若残流过低，可能造成消弧线圈实际工作点过于接近谐振点，脱谐度接近于零，会使中性点位移电压偏大，从而使系统不平衡加剧，影响系统的稳定性；若残流过大，则会影响消弧线圈的补偿效果。

和谐度是小电流接地系统谐振装置上电感电流和电容电流的比值。和谐度反映的是该消弧线圈运行的稳定程度。

通过对消弧线圈电容电流、电感电流、残流等实时数据的监视以及对和谐度实时数据的趋势分析，可以反映小电流接地系统谐振接地装置的运行状况。

2.2.3 主参数预警

本功能模块通过ProcessBook中的柱状图工具反映湖州电网小电流接地系统中中性点位移电压和脱谐度的实时数据，可以在湖州电网任一变电站小电流接地系统中性点位移电压或脱谐度超标时发出预警信号，并可进入该变电站的主监视界面查看小电流接地系统的具体运行情况。

在电网阻尼率一定的情况下，消弧线圈接地系统中性点电压的大小与脱谐度有关。脱谐度越小，中性点电压越高；脱谐度等于零即谐振全补偿时，中性点电压最高。当中性点位移电压超过系统相电压的15%或脱谐度超过5%时，预警系统发出预警信息。因此，本系统可以通过对湖州电网小电流接地系统中消弧线圈中性点位移电压和脱谐度实时数据的预警功能，及时发现小电流接地系统的不良工况，使检修部门及时发现小电流接地系统发生故障，并采取相应对策，从而保证系统的稳定运行。

2.3 运行环境要求

硬件要求CPU为Pentium4 2.0 GHz及以上，内存为512MB及以上，硬盘为40GB及以上，显示器分辨率设置为1024×768及以上。

软件环境要求操作系统为Windows XP/2000/7，使用 PI ProcessBook。

3 结语

通过对PI数据库中与小电流接地系统谐振接地装置相关的数据进行监视和运算，实现对小电流接地系统谐振接地装置的事故预警与检修辅助决策。本系统集成了小电流接地系统谐振接地装置中脱谐度和中性点位移电压的实时数据监控和趋势图辅助分析，以及电容电流、电感电流、残流、和谐度等辅助实时参数的实时监控，通过以上功能对消弧线圈的工作状态进行监控、分析和事故预警，提高了小电流接地系统谐振接地装置的事故监控和辅助决策能力。

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