TV二次回路在线监测装置的设计与实现

廖华兴，徐子利，袁晓青，陈杰云，王跃强，张晓东

（广东电网有限责任公司佛山供电局 广东 佛山 528000）

电力系统TV二次回路异常造成保护及安全自动装置误动或拒动[1-3]，严重威胁电网的安全稳定运行。同时，由于TV二次回路异常缺陷形式多样，又缺乏有效的检测及处理手段，造成TV二次回路异常引起的保护不正确动作事件时有发生[2-5]。

本文通过对TV二次回路中性点多点接地的分析，提出检测方法，研究开发了TV二次回路中性多点接地在线监测装置，并结合实际案例重点对TV二次回路中性点多点接地情况在线检测结果进行说明及验证。

1 TV二次回路多点接地分析与检测

1.1 TV二次回路多点接地危害分析

TV二次回路的正确性对保障系统安全运行起到非常重要的作用。因TV二次回路连接设备繁多、延伸范围广、人为的接线错误等原因出现在一个电气连接的TV二次回路中出现多点接地，导致保护的不正确动作，造成大面积停电事故在系统时有发生。

1）烧毁屏蔽层

二次回路是通过电缆连接的，当接地网上出现短路电流或雷击电流时，由于电缆屏蔽层两点的电位不同，使屏蔽层内流过电流，可能烧毁屏蔽层。当屏蔽层内流过电流时，对每个芯线将产生干扰信号。

2）保护失效

在电流二次回路中，如果正好在继电器电流线圈的两侧都有接地点，一方面两点接地点和地所构成的并联回路会短路电流线圈，使通过电流线圈的电流大为减少；另一方面在发生接地故障时，短路电流Ik就可能流过变电站地网，在二次两接地点间形成电位差Uk，这将在电流线圈中产生极大的额外电流，如图 1所示。

这两种原因会造成通过继电器电流线圈的电流与电流互感器二次通入的故障电流存在极大差异，导致保护装置动作的不正确，以至于造成大面积停电事故。

3）计量误差

二次压降是电能计量误差的一个重要来源，它反映了电能表进线侧电压相对落地箱侧电压的偏移程度。二次压降的大小直接影响电能计量的准确性，因此《电能计量装置技术管理规程》对各类电能计量装置的二次压降提出了明确的指标要求，个别企业也对与自身相关的关口计量点二次压降提出了更高的指标要求。研究电压互感器二次压降产生的原因，对探索降低二次压降的措施具有十分重要的意义。

1.2 TV二次回路多点接地原理分析

图1 TV二次回路多点接地回路图Fig.1 The two time TV loop multipoint grounding circuit diagram

TV二次回路中性线多点接地，将造成TV二次回路中性点对地电位发生偏移，导致保护方向元件的不正确动作，将造成保护装置的拒动或误动[6]。

当TV二次回路中性线发生多点接地时，其中性点N600的电位为：

式（1）中，E1、E2、…、Ei为各 TV 中性点电位，Y1、Y2、…、Yj为各TV中性点到TV并列屏N600之间的导纳。

从而，各TV中性点的附加偏移电压为：

由于式（2）中附加偏移电压的存在，对采取TV二次回路采用零相接地的系统会造成各相电压及零序电压的异常。

由式（1）、（2）可知，当TV二次回路发生多点接地后，由于偏移电压的存在，致使TV二次电压幅值和相位发生偏移，造成继电保护装置的方向元件方向判断错误，在区内故障时，继电保护将发生拒动，在区外故障时，继电保护将发生误动。

2 TV二次回路中性点多点接地在线监测装置研究与开发

目前，TV二次回路中性点多点接地因缺少相应的监测设备对二次回路接地情况进行检测，导致现场人员无法及时发现二次回路中性点多点接地故障，从而造成系统故障时保护装置的不正确动作。

2.1 TV二次回路中性多点接地现象

2.1.1 多点接地存在方式

1）计量绕组在落地端子箱处接地，其计量二次回路采用4芯电缆到控制室，在控制室的测控单元或电能表屏处电压回路又存在一个以上的接地点，从而构成多点接地。接地情况如图2所示。

图2 计量回路多点接地示意图Fig.2 Schematic of multipoint grounding of measuring circuit

2）多绕组的电压互感器各绕组在TV落地端子箱处共零线（N线），而各绕组分别在各自的控制小室接地，各绕组通过端子箱处的公共零线形成多点接地，接线示意图如图3所示。

图3 计量保护回路多点接地示意图Fig.3 Schematic of multipoint grounding of measurement and protection circuit

2.1.2 TV二次回路多点接地分析

由于任一开关场的接地网并不是一个理想的等电位面，当电压互感器二次回路不是通过一点接于接地网，因各接地点之间的电位并不是完全一致，运行时就会产生地电流。在多点接地情况下，如果电能表侧存在一个接地点，那么电能表的每相电压将在正常电压的基础上迭加一个地电压，从而使得电能表处的电压幅值和相角都发生了改变；此时测得的TV二次回路电压降就会表现出三相电压降相差较大，而且三相电压降的比差和角差有正有负。TV二次回路多点接地，三相对称关系被打破，各相二次压降产生差异，导致某相电压比差为正，某相电压比差为负，某相电压角差为正，某相电压角差为负等现象。当控制小室接地点的电位发生波动时，负序电压和零序电压的相位和幅值都会发生变化，最终表现出来的三相电压相位和幅值也会做相应的变化，从二次压降测试结果表现出来的情况，就是比差和角差有正有负的现象。

2.2 装置设计和监测方法

针对TV二次回路多点接地原理及特点的研究分析，通过分流法的检测原理对已有接地线两端注入一恒流信号，通过比较接地点处电流信号与所发电流信号大小来确定是否存在多点接地，下面对这种检测原理进行详细分析。

2.2.1 分流法测量多点接地原理

分流法测量多点接地原理图如图4所示。

其中：1－钳形电流表；2—交流电压表；3—交流电流表；4—恒流信号源

2.2.2 装置测量步骤及判断方法

1）如图4所示，先关闭恒流源，将各部份接入装置与接地点之间。

2）开启恒流源，调节恒流源输出电流大小，使其在0～0.2 A之间变化，记录钳形电流表的电流I1及交流电流表电流值I2。

由图4可以看出，I1=I2+I3

图4 分流法测量多点接地原理图Fig.4 Multipoint grounding diagram of shunt measurement

3）若试验过程中 I1一直小于 I2，则 I3不等于零，可判定该站有两点或多点接地现象。若试验结果为I1一直保持与I2几乎相等，则I3几乎为零，可判定该站为一点接地。

2.3 TV二次回路在线监测装置的设计与实现

2.3.1 TV二次回路在线监测装置的设计

依据TV二次多点接地原理及判断方法，研究开发了TV二次回路在线监测装置。本装置由信号发生、检测、传感器等几部分组成。以高性能M C U为核心，以及恒流分流检测模块、报警模块、高精度传感器、显示LCD等组成，其原理框图如图5所示。

图5 TV二次回路在线监测装置结构图Fig.5 The two loop on-line monitoring device structure diagram

恒流源的分流模块产生0～0.2 A，其电压幅值限制在50 mV以内。

电压信号、传感器信号、电流信号送到CPU处理器，做为TV二次回路接地情况的判断依据。

LCD显示部分会显示检测模式、电压大小、电流大小、二次回路接地情况等信息。

CPU处理器对高精度传感器的输入电流进行电流信息进行采集，同时监测电压信息，通过CPU处理器智能判断TV二次回路多点接地情况，及时通过报警模块发布短信。

2.3.2 TV二次回路在线监测装置的安装与实现

图6 在线监测装置安装图Fig.6 Installation drawing of online monitoring device

通过安装于TV二次回路中性线N600的漏电流传感器和交流变送器将I1和I2传至在线测试仪，通过对电流I1和I2的差流I判断二次回路的多点接地情况。

3 算 例

本装置于2014年7月在佛山电网220 kV平胜站220 kV TV并列屏安装并投入试运行。

1）2014年7月至2014年10月在线测试结果（选取6个时间点）。

2）上表中第6条记录为多点接地，现场检查发现，在10月21日上午9时22分220 kV文平乙线进行保护改造过程中，误将220 kV文平乙线主一保护屏TV二次回路N600接地，造成TV二次回路两点接地，拆除该接地点，差流I恢复正常。

表1 220 kV平胜站TV二次回路在线监测结果Tab.1 220 kV Pingsheng station TV secondary circuit on-line monitoring results

4 结 论

TV二次回路多点接地严重威胁电网的安全稳定运行，预防TV二次回路异常显得尤其重要，通过在TV二次回路加装在线监测装置，及时有效地发现并消除二次回路隐患，将有效地避免继电保护及安全自动装置不正确动作给电网安全造成的威胁。

1）按照分流法原理研制的TV二次回路在线监测装置能及时地发现N600多点接地故障，有效避免继电保护及安全自动装置的不正确动作事件的发生。

2）按照分流法研制的TV二次回路在线监测装置能够自动在线准确检测N600多点接地故障，且不受接地故障点距离的限制，具有良好的抗干扰性和稳定性。

3）按照分流法研制的TV二次回路在线监测装置采用了分辨率高达0.1 mA的高精度传感器，具有高精度、线性好、大范围检测能力等优势，对TV二次回路多点接地具有准确的判断能力。

[1]周建军，樊高瑞，樊庆龄，等.二次电压回路检查方法的探讨[J].电力系统保护与控制，2010，38（3）:133-135.ZHOU Jian-jun，FAN Gao-rui，FAN Qing-ling.Discussion on detection of secondary voltage circuit[J].Power System Protection and Control，2010，38（3）:133-135.

[2]石文章，田俊杰，张涛.TV二次回路多点接地造成保护拒动的实例分析[J].电力学报，2004，19（2）:153-154.SHI Wen-zhang，TIAN Jun-jie，ZHANG Tao.Instance analysis for the miss operation of the protection device caused by multiple earth in the TV secondary circuit[J].Journal of Electric Power， 2004，19（2）:153-154.

[3]李谦，郑晓光，饶掌权，等.电压互感器二次绕组中性点保护措施研究[J].南方电网技术，2009，3（1）:41-44.LI Qian，ZHENG Xiao-guang，RAO Zhang-Quan.Research for the neutral point protection measures of voltage tranformer’s secondary windings[J].Southern Power System Technology， 2009，3（1）:41-44.

[4]林熠.PT多点接地对微机保护的影响[J].华北电力技术，2000（9）:25-26.LIN Yi.Influence for microcomputer protection caused by PT multi point grounding[J].Journal of North China Electric Power Technology，2000（9）:25-26.

[5]魏晓玲.一起PT多点接地引起的事故分析和处理[J].科技信息，2009（35）:771.WEI Xiao-lin.Analysis and processing for a accident caused by PT Multi point grounding[J].Science&Technology Information，2009（35）:771.

[6]朱松林，陈栋林.发电厂、变电所P、T二次回路接地问题探讨[J].浙江电力，1994，13（1）:42-44.ZHU Song-lin，CHEN Dong-lin.Discussion of PT secondary circuit grounding problem in power plant and substation[J].Zhejiang Electric Power，1994，13（1）:42-44.