继电保护二次电压中性点电位漂移在线监测方法探析

白瑞

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》文件中规定：“公用电压互感器的二次回路只允许在控制室内有1点接地；已在控制室1点接地的电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等”。中性线不得接有可能断开的开关或熔断器有两个层面的含意，一是防止丢失唯一的接地点，另一个是防止丢失中性点。丢失唯一接地点将会造成高电压窜入低压绕组时危及人身和设备安全的危险，丢失中性点将会导致继电保护等设备所用电压的零点电位发生漂移。二次回路中性点是继电保护正常运行的参考点，参考点的零电位发生漂移最终可能导致继电保护设备拒动或误动事故，在继电保护设备的实际运行过程中多次发生。

1 电压互感器二次中性点丢失原因分析

1.1 设计原因

为了防止电压互感器二次绕组短路引发一次设备的损坏事故，一般在就地汇控柜内电压二次绕组均需配置空气开关或熔断器，《国网十八项电网重大反事故措施》文中规定：“已在控制室1点接地的电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器”。这句话并不能理解为没有在控制室1点接地的电压互感器的中性线上就可以接有开关或熔断器；但在一些工程中由于理解性错误，在实际的电压二次绕组中性线上也设计加装了开关或熔断器，如图1所示。

当中性线上的开关触点接触不良或熔断器由于工艺质量导致误开断时，将会造成保护装置丢失中性点的情况[1]，所以这句话的正确理解应为“无论接地点在什么位置，电压互感器的中性线上都不得接有可能断开的开关或熔断器”。

1.2 安装检修作业不规范

电压互感器二次绕组一般是经过“试验端子”连接接线的，如图1所示，而继电保护检修人员的工作涉及到“试验端子”的情况也较多，如果由于安装接线的不规范和检修维护过程疏忽等原因，非常容易出现丢失中性点情况的发生。

1.2.1 只有一个N相“试验端子”的情况

对于已在控制室1点接地的电压互感器二次回路，保护装置屏柜的电压N相“试验端子”上要接入电压互感器来的二次绕组中性线一芯、进入保护装置内部线一芯、专用N600小母线连接线一芯；如果有并联使用电压情况，还要有并联中性线一芯，也就是说1个电压N相“试验端子”上有压接二芯到三芯电缆的情况，当压接线直径不同或灰尘、震动等原因，极易出现压接松动造成丢失中性点的状况。

图1 电压互感器二次回路继电保护接线图

1.2.2 有1个以上N相“试验端子”的情况

如图1所示，如果电压N相上具有多个“试验端子”时，多个“试验端子”通过竖短连片相连起到扩展端子的作用，可以解决1个端子压接多芯导线的现象；但是当电压互感器来的二次绕组中性线压接到处于下部的N相扩展“试验端子”外侧（PT侧）时，如果检修维护人员疏忽以为是备用端子，极易忘记恢复此N相扩展“试验端子”上的横向短连片，导致丢失中性点的状况发生。

2 二次中性点电位漂移对继电保护的影响

保护装置电压二次回路如果失去了中性点，由于电压互感器二次电缆回路各相对地或相互间分布电容的影响[2]，则保护装置感受到的二次电压中性点就会出现零点电位漂移现象，也就是二次绕组的三相电压出现了幅值、相角不对称的情况，对于距离保护，如果是重负荷运行，相电压较小相别的测量阻抗将会降低，则距离保护就有可能发生误动，对于方向性的继电保护，由于零点漂移导致相角改变，也增加了方向性继电保护误动或拒动的风险。以距离保护为例分析如下。

2.1 零点电位正常时情况

当二次绕组中性线完好时，如图2所示，其二次绕组电压是三相额定对称的电压，三相电压幅值都是额定电压，三相电压相角是相差120°的正相序，电压互感器二次绕组的中性点N与保护装置内部中性点0重合于一点；当保护装置失去二次绕组中性线时，保护装置内的中性点0位置将会在如图2所示的圆平面内做随机性漂移，即产生了零点电位漂移，导致二次电压出现三相不对称的现象。

图2 二次中性线完好时的向量图

2.2 零点电位漂移时情况

当零电位点0漂移的位置如图3中情况时，UU电压幅值减小，而UV、UW电压幅值增大，三相电压的相角不是相差120°的正相序关系，由此可知U相接地距离保护的测量接地阻抗ZU=UU/IU值就比正常运行的负荷阻抗减小，当UU电压幅值减小到U相接地距离保护整定范围动作区边界内时，U相接地距离保护就会误动作，导致电网事故的发生。

当零电位点0漂移到UU位置时，如图4所示，此时UU=0，UV=UW=倍U相电压，即U相电压为零，V、W相电压升高为倍相电压，这样高的电压长期运行，对二次设备的绝缘会产生一定的损坏。

图3 零点电位漂移位置接近Uu时的向量图

图4 零点电位漂移到Uu位置时的向量图

3 保护装置零点电位漂移监测技术探析

基于以上分析，探讨提出一种利用零序电压和电流判据实现二次电压回路中性点丢失的在线监测方案，即利用保护装置内部的自产零序电压、自产零序电流、相电流作为判据，结合逻辑报警等电路，实现对保护装置二次电压回路丢失中心线异常情况的监测作用。具体电路如图5所示。

图5 保护装置中性点丢失监控逻辑电路

3.1 中性点丢失监测电路设计

中性点丢失监测电路包含监测启动电路、自保持电路和报警电路3部分；涉及的元器件有启动出口继电器1、重动继电器电压线圈2-1、重动继电器电流线圈2-2、时间继电器3、可复归按钮4。

3.1.1 监测启动电路

具有方向性或阻抗保护功能的保护装置内部均设计有自产零序电压、自产零序电流的计算程序，利用这些模拟量结合逻辑门电路可以设计组成监测启动电路。如图5所示。

自产零序电流与相电流经过一个“或门”逻辑电路后接到“与非门”的“非”输入端；自产零序电压接到“与非门”的“正常”输入端；“与非门”的输出端接入启动出口继电器1。自产零序电压、自产零序电流、相电流3个模拟量元件均可整定定值，为了保证监测零点电位漂移的灵敏性，设定自产零序电压定值为2～3 V；自产零序电流定值按躲过正常不平衡电流为原则，并考虑1.2倍的可靠系数；相过电流定值按1.2倍额定电流值整定。

3.1.2 自保持电路

当启动出口继电器1动作后，其接点1-1闭合，使重动继电器电压线圈2-1动作，这样重动继电器常开接点2-3闭合，又通过重动继电器电流线圈2-2、时间继电器3、可复归按钮4串联回路，同时启动了重动继电器电流线圈2-2和时间继电器3；重动继电器电流线圈2-2的作用是起到电流自保持的功能，即当发生保护二次电压零点电位漂移过程时，只要出现零点电位漂移电压大于定值2～3 V的情况，即使随后漂移电压小于2～3 V时，重动继电器电流线圈2-2也会记忆并自保持曾经动作的过程。时间继电器的作用是可以设定监测发信报警的时间，防止误发报警信息，可设定时间继电器的动作时间定值为3 s。

3.1.3 报警与复归电路

时间继电器输出延时闭合接点3-2接于报警发信电路，运维人员可以根据报警信号快速定位二次电压中性线丢失地点位置，提示运维人员尽快检查相关保护二次电压回路的完整性；处理完成后，可以按下复归按钮将自保持回路断开，从而恢复正常的监测工作状态。

3.2 二次电压回路中性点丢失在线监测电路

电网正常运行时，保护装置感受到的三相电压是对称的额定电压；感受到的三相电流小于等于额定电流。当此时发生二次电压回路中性点丢失情况，根据当时系统负荷的变化情况，其零点电位开始发生逐渐漂移变化的过程，因此保护装置感受到的三相电压出现了不对称现象，漂移电压导致产生了零序电压3U0；但保护装置感受到的三相电流仍然还是对称的并且小于等于额定电流，所以没有零序电流3I0，当零序电压3U0达到超过电压定值2～3 V时，就会驱动监测启动出口继电器1动作，最终发出二次电压回路中性点丢失的报警信息。

当电网发生不对称故障时，保护装置感受到的三相电压、电流出现了不对称，此时虽然零序电压3U0超过了设定值，但从图5中可知零序电流3I0或相过流元件只要有一个达到动作定值就会起到闭锁作用。所以电网发生故障时，二次电压回路中性点丢失在线监测系统不会误发报警信息。

4 结论

继电保护有关规程、规定文件中对二次回路接地点关注的条文较多，但对继电保护装置二次中性点丢失情况提到的条文较少，在实际的工程中由于误设计、检修作业不规范等原因极易造成继电保护设备在丢失中性点的状况下运行，给继电保护的安全可靠运行埋下隐患。基于零序电压、电流原理的二次电压中性点丢失在线监测方案，对人员检修工作疏忽、中性点老化开断等各种因素造成中性点丢失情况均有在线监测作用，避免了继电保护因此类缺陷导致的误动和拒动事故，提高了继电保护安全稳定运行水平。