基于PI的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*

曹力力，刘丰文

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

基于PI的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*

曹力力，刘丰文

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

使用PI实时数据库从SCADA系统中提取与湖州电网小电流接地系统谐振接地装置有关的实时数据，并使用PrecessBook的相关工具对这些实时数据进行分析、计算，实现对湖州电网小电流接地系统谐振接地装置的实时状态监控、事故提前预警和检修策略制定，从而提高湖州电网中性点不接地系统的运行稳定性.

PI；消弧线圈；脱谐度；中性点位移电压；电容电流；电感电流

目前电力系统中作为低压侧运行的10k V、35k V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，中性点不接地中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.使用该方式可以避免间隙性弧光接地过电压对系统稳定的影响，因此，中性点不接地系统也称为小电流接地系统.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有效地补偿了电网的对地电容电流，有效地减小了故障点残流，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，使故障接地电流小于发生电弧的最小电流，从而避免了电弧的产生，也避免了谐振过电压的现象.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 设计思路

我们通过PI实时数据库的平台，从湖州电网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PrecessBook的相关工具对这些实时参数进行分析，从而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（其上安装PI数据库系统软件）、PI Web服务器、NAS（Network Attached Storage，NAS是全局数据存贮中心，其中PI仅使用其中一小部分存贮空间），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，出于安全方面的考虑，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如图中的双向箭头所示.具体就SCADA／EMS系统而言，即为：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，然后再由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.

根据《10k V～66k V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》关于消弧线圈发生严重缺陷的规定：若消弧线圈在最大补偿电流档位运行，而此时脱谐度大于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实时参数.同时电容电流、电感电流、残流、和谐度也是能反映小电流接地系统状况的辅实时参数.

运用PrecessBook的相关工具对湖州电网PI实时数据库系统中脱谐度、中性点位移电压这两个主实时参数和其他四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 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、主参数预警四个功能模块.

2.1 主参数监视

本功能模块通过PrecessBook中的趋势图（见图1）工具反映了对湖州电网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了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.

脱谐度数值应选取适当，太小会使消弧线圈结构复杂且存在谐振过电压的风险，太大则无法在单相接地故障时发挥应有的保护作用.运行经验表明，脱谐度不大于5%就能很好地灭弧、维持较理想的残流和恢复电压的上升速度.《10k V～66k V消弧线圈运行规范》上同样规定，当消弧线圈在最大补偿电流档位运行时脱谐度不应大于5%.DL／T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：消弧线圈接地系统在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%，消弧线圈宜采用过补偿运行方式.

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%.因为如果当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时，即在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，这是残流为最小的最佳工作方式.所以，可在消弧线圈的一次回路中串入大功率的阻尼电阻以增大阻尼率的方法来实现.中性点位移电压与电网的不对称电压、消弧线圈的脱谐率及电网的阻尼率有关.当电网形成后，其不对称电压基本是个固定值；为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生，要求消弧线圈的脱谐度在±5%以内，那么只有改变阻尼率才能改变位移电压.因此应当在消弧线圈中串入电阻，保证阻尼率、控制中性点位移电压.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.

在大多数情况下，电源的线电压和相电压都可以认为是近似对称的，不对称的星形负载若无中线或中线上阻抗较大，则其中性点电位是与电源中性点电位有差别的，即电源的中性点和负载中性点之间出现电压，此种现象称为中性点的位移.出现中性点位移的后果是负载各相电压不一致，将影响设备的正常工作.在三相电路中，正常情况下三相电源电压及负载对称，则中性点电压为零.若三相负载不对称，而且没有中性线或者中性线阻抗较大，则负载中性点就会出现电压.中性点位移将引起负载各相电压分配不均匀，导致某相电压过高而烧毁设备，某相电压过低而使设备出力不足.采用三相四线制的供电方式，可消除由于三相负载不对称而引起的中性点位移.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，可以对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，实现对湖州电网小电流接地系统谐振接地装置相关状态检修工作的辅助决策.

2.2 辅助参数监视

本功能模块通过PrecessBook中的趋势图（见图2）工具反映了对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PrecessBook中的柱状图工具反映了对湖州电网小电流接地系统中消弧线圈的和谐度的实时数据和一定时间范围内的变化情况.

电容电流又叫位移电流，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是10k V、35k V低压母线上的电容电流，由该段母线上所连接的线路和设备所决定.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所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，则会使中性点位移电压偏大，从而造成系统不平衡加剧，影响系统的稳定性；若残流过大，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.

通过对湖州电网小电流接地系统中消弧线圈电容电流、电感电流、残流实时数据的监视和和谐度实时数据的趋势分析，可以反映出湖州电网小电流接地系统谐振接地装置的运行状况.

2.3 主参数预警

本功能模块通过PrecessBook中的柱状图（见图3）工具反映了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，可以在湖州电网某个变电所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，并进入该变电所的主监视界面查看该变电所小电流接地系统运行的具体情况.

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补偿时，中性点电压最高.脱谐度愈小，放大作用愈强.当脱谐度过低时，中性点位移电压增高，当中性点位移电压超过系统相电压的15%时，预警系统发出预警信息.当脱谐度过高超过5%时，预警系统也会发出预警信息.因此，本系统可以有效地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，可以及时发现湖州电网小电流接地系统的不良工况，使检修部门能在湖州电网小电流接地系统发生故障时及时发现并采取相应对策，从而保证系统的稳定运行.

3 功能模块运行环境要求

硬件环境：CPU为Pentium4 2.0GHz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：操作系统为 Windows XP／2000／7，使用PI Processbook.

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，进而实现对小电流接地系统谐振接地装置的事故预警与检修的辅助决策.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、和谐度等辅实时参数的实时监控，并实现对脱谐度和中性点位移电压实时报警；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，对提高小电流接地系统谐振接地装置的事故监控水平和辅助决策水平有很大的帮助.

［1］要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［2］杨文荣，袁鹰霞.测量经消弧线圈接地电网中脱谐度的新方法［J］.河北工业大学学报，2000，29（6）：47～50.

［3］要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［4］穆大庆，尹项根，甘正宁.中性点不接地系统中单相接地保护的新原理探讨［J］.长沙电力学院学报，2005（1）.

TM732

A

1009-1734（2011）S0-0271-03

2011-09-10

曹力力，工程师，从事高电压试验研究.