引言

變電站交流系統(tǒng)用于為變電站一次在線監(jiān)測設備、二次保護設備供電,是保證變電站可靠供電不可或缺的環(huán)節(jié)。交流系統(tǒng)如若發(fā)生異常情況,將會直接影響電力系統(tǒng)的安全運行[1]。剩余電流是變電站交流系統(tǒng)常見的安全隱患,會給變電站交流系統(tǒng)的正常運行造成重大風險。目前,預防剩余電流過大主要使用剩余電流動作保護器,當剩余電流增大到某個閾

值時,會啟動跳閘保護來保護電力系統(tǒng)的安全。然而,剩余電流動作保護器經(jīng)常會因為多種原因發(fā)生誤操作而跳閘,影響供電服務的可靠性。此外,在剩余電流動作保護器跳閘后,故障排查主要由技術(shù)人員人工手持鉗形電能表進行分段排查[2]。這種測量方法不僅耗時耗力,且會因技術(shù)人員的主觀偏差而造成疏漏[3]。

因此,對變電站交流系統(tǒng)設計智能化監(jiān)測系統(tǒng),實時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)剩余電流大小,對保障變電站的安全穩(wěn)定工作有著非常重要的價值[4]。為保障變電站低壓交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,以變電站400 V交流系統(tǒng)為例,國網(wǎng)浙江建德市供電公司設計了智能化的剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)來實時監(jiān)測剩余電流變化,并將剩余電流信息傳送至監(jiān)控主機,當用戶端存在風險時予以保護和報警,能有效縮小斷電范圍,提高變電站供電服務的可靠性。

1低壓電網(wǎng)剩余電流產(chǎn)生的原因分析

剩余電流又名漏電流,是指低壓交流系統(tǒng)中各相電流的矢量和[5]。在正常供電條件下,以單相電為例,相線流入電流和中性線流出電流應大小相等、矢量和為0。然而,當導電體通過用電設備接觸到相線時,會導出部分電流經(jīng)用電設備而進入大地,導致相線電流和中性線電流不相等,并形成剩余電流。剩余電流形成的原因主要如下。

1.1輸電線路老化

輸電線路老化后會導致絕緣層損壞,致使相線接觸到導體、潮濕空氣或大地等產(chǎn)生剩余電流[6]。

1.2輸電線路安裝不規(guī)范

輸電線路安裝不規(guī)范會導致導線與其他金屬導體、潮濕空氣或與大地短接而產(chǎn)生剩余電流。

1.3用電設備內(nèi)部存在質(zhì)量隱患

當用電設備內(nèi)部的元件質(zhì)量不合格或長期使用老化,用電設備內(nèi)部絕緣性降低時,會通過外殼或水等導電體與大地短接而產(chǎn)生剩余電流。

1.4操作人員無意識形成產(chǎn)生剩余電流

操作人員無意識地接觸用電設備的金屬外殼,或電氣維修時維修工具因擺放不當而接觸到相線,產(chǎn)生剩余電流。

2、400 V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的設計

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所述400 V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中,在線監(jiān)測IED子系統(tǒng)通過RS485串口連接上CT傳感器和采集終端,對不同位置的交流電流進行測量。在測量完成后傳輸至站端監(jiān)控系統(tǒng),并發(fā)送至主站系統(tǒng),由主站系統(tǒng)進行響應和決策。

2.2硬件系統(tǒng)設計

本文所述400 V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)是基于分布式設計,其工作原理如圖2所示。分布式采集終端安裝在400 V母線段與負載端之間,通過CT傳感器采集400 V系統(tǒng)各個節(jié)點上的剩余電流信號,數(shù)據(jù)運算處理后傳輸?shù)浇涣鹘^緣監(jiān)測裝置,通過交流絕緣監(jiān)測裝置把每路剩余電流信號傳輸給智能微機監(jiān)控模塊,智能微機監(jiān)控模塊可以設置每個用戶端的保護閾值,如果剩余電流值超出閾值則發(fā)出聲光報警,提醒技術(shù)人員到現(xiàn)場檢查處理。

剩余電流有效值采集電路如圖3所示,主要由運放DPA604、運放OP27、芯片AD637JRZ和芯片ADS1286組成。芯片AD637能根據(jù)波峰因數(shù)補償方案,實現(xiàn)誤差小于1%的任意波形均方值的計算功能。芯片ADS1286是一款12位20 KHz的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,僅消耗250μA的電源電流就能實現(xiàn)差分輸入和采樣保持的放大功能。在圖3中,輸入信號經(jīng)運放DPA604放大后,由AD637芯片測量剩余電流的均方值,再經(jīng)運放OP27進行放大,隨后經(jīng)ADS1286芯片采樣、保持后得到剩余電流值。ADS1286不僅具有良好的精度,還具有低功耗特點,使本設計克服了頻繁更換電池的不足。

2.3軟件系統(tǒng)設計

本設計的軟件系統(tǒng)采用Java語言進行開發(fā),并使用Oracle數(shù)據(jù)庫對節(jié)點數(shù)據(jù)進行存儲管理。軟件系統(tǒng)的功能模塊組成如表1所示,主要分為數(shù)據(jù)監(jiān)測、實時監(jiān)控、運行管理和控制面板四個模塊。

2.3.1數(shù)據(jù)監(jiān)測

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊主要負責每間隔5 min對變電站400 V交流系統(tǒng)的運行狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測,主要包括系統(tǒng)的實時電壓/電流值、剩余電流、實時漏電壓和漏電流,并實時監(jiān)測系統(tǒng)中設備的運行狀態(tài)。

2.3.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)控模塊主要承擔著系統(tǒng)的遠程試跳、遠程分合閘、線路異常警報和總保復位等功能。

遠程試跳既可以通過人工進行試跳,也可以通過定時來完成試跳。

遠程分合閘具備對總保進行遠程分合閘的功能。若保護器突發(fā)分閘停電,將對供電連續(xù)性產(chǎn)生負面影響,通過遠程分合閘可以解決這一難題。遠程分合閘既可以在剩余電流過大時立即分合閘,也可以在情況不嚴重時通過預約實施分合閘,方便同一線路上的電力用戶做好停電準備。

線路異常警報是指當保護器監(jiān)測到線路發(fā)生異常時,能夠?qū)崟r向主站發(fā)送警報信息,告知主站異常線路的位置,方便運維人員立即處理。

總保復位是指當保護器發(fā)生故障時,能夠?qū)ΡＷo器實施復位操作,保障保護器的正常運行。

2.3.3運行管理

運行管理模塊承擔著本系統(tǒng)的設備校對、短信通知、試跳定時設定和剩余電流警報等運行管理功能。

設備校對是指對保護器等電力設備制定恰當?shù)臅r間校準方案,以確保保護器等電力設備的定時校準,保障相關(guān)電力設備的可靠運行。

短信通知是指主站系統(tǒng)會實時將線路異常警報、剩余電流警報等信息傳送至運維人員手機上,以提醒運維人員立即響應處理相關(guān)警報。

試跳定時設定是指根據(jù)剩余電流保護器的運行管理要求,每間隔30天進行一次試跳,以確保保護器能有效實現(xiàn)線路剩余電流保護的功能。運維人員也可以根據(jù)需要自行設置定時試跳的時間。

2.3.4控制面板

控制面板承擔著本系統(tǒng)信息查詢、記錄檢索的功能。

跳閘記錄查詢是指當保護器成功跳閘后,系統(tǒng)會記錄保護器成功跳閘時的運行參數(shù),如跳閘時間、三相電壓值、三相電流值和剩余電流值等,供運維人員分析跳閘的原因。

漏電記錄查詢是指系統(tǒng)會記錄剩余電流超過預設門限值的情況,并向運維人員提供查詢權(quán)限。

剩余電流查詢是指系統(tǒng)會記錄剩余電流取值并繪制曲線,供運維人員分析使用。

設備運行記錄查詢是指系統(tǒng)會記錄變電站交流系統(tǒng)關(guān)鍵設備的運行狀態(tài),供運維人員查詢分析使用。

3、400 V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的應用效果

本文所述400 V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)在國網(wǎng)浙江建德市供電公司數(shù)個變電站進行了測試使用。

3.1故障定位測試

經(jīng)測試,在新安江變電站、更樓變電站和下涯變電站發(fā)生剩余電流故障時,系統(tǒng)均能精確定位,方便技術(shù)人員及時定位和維修,有效縮短了跳閘時間。

3.2剩余電流采集誤差測試

在新安江變電站、更樓變電站和下涯變電站發(fā)生剩余電流故障時,對一次側(cè)加載剩余電流值和監(jiān)測系統(tǒng)顯示值記錄如表2所示。

測試結(jié)果表明,與一次側(cè)加載剩余電流值相比,監(jiān)測系統(tǒng)顯示值具有較高的精度,測試誤差均小于1.5%,能夠滿足剩余電流保護的要求。

4結(jié)束語

本文所述400 V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng),通過實時監(jiān)測剩余電流變化,并將剩余電流信息傳送至監(jiān)控主機,當用戶端存在風險時予以保護和報警,能有效縮小斷電范圍,不僅提高了變電站供電服務的可靠性,還能在剩余電流超限時減少人力、物力投入,降低電力公司的運營成本。