倪傳坤 黎恒烜 陳海龍 鄧茂軍 張艷超

摘 要：本文提出一種注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)電壓互感器開(kāi)口三角繞組，將外加電源信號(hào)注入高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘監(jiān)視回路，在線監(jiān)視高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘的狀態(tài)。本方法能夠可靠監(jiān)測(cè)輕載、空載、重載線路高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)還具有監(jiān)測(cè)精度高、速度快、持續(xù)工作能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以方便、快捷、可靠地監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)，很好地滿足系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的需求。

關(guān)鍵詞：注入式;高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘;在線監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM564.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）17-0039-03

Abstract： This paper proposed an on-line monitoring system for the injection high-voltage isolating switch knife gate state. The injected signal power supply injects the power signal into the monitoring circuit of high-voltage disconnector switch through the open triangle winding of voltage transformer， and monitors the state of the high-voltage disconnector switch on-line. This method can reliably detect the operating state of the switch and switch of the high voltage isolation switch for light load or no load lines. At the same time， it has the advantages of high detection accuracy， high speed and strong continuous working ability. It can detect the operation status of switch conveniently， quickly and reliably， which satisfies the requirement of the system for monitoring the operation status of switch switch .

Keywords： injection type;high voltage disconnector knife gate;on-line monitoring

斷路器和隔離開(kāi)關(guān)作為變電站重要的一次設(shè)備，可能存在因部分機(jī)械構(gòu)件松動(dòng)卡澀或老化導(dǎo)致合閘不到位的情況。目前，通常采用測(cè)控裝置采集的二次輔助接點(diǎn)狀態(tài)判斷其位置。這種指示方式在主觸頭不完全到位的情況下，不能作為一次設(shè)備位置的可靠判據(jù)。

目前，判斷隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)多采用人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、主觀判斷的方法。這種方法主觀性較強(qiáng)，而且準(zhǔn)確性和效率較低?，F(xiàn)有的隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法主要有測(cè)溫法、測(cè)力法、測(cè)距法、光學(xué)法、圖像法等[1-3]，存在成本高、可靠性低等問(wèn)題。

針對(duì)以上問(wèn)題與需求，本文提出了注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)在線監(jiān)視方案。本方案可以實(shí)時(shí)計(jì)算注入系統(tǒng)的注入電壓、注入電流的大小以及零序阻抗大小，并能夠根據(jù)需要對(duì)報(bào)警值進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，當(dāng)計(jì)算值大于設(shè)定值時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警或跳閘，能有效對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)起到監(jiān)測(cè)預(yù)警作用，同時(shí)還具有監(jiān)測(cè)精度高、速度快、持續(xù)工作能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以方便、快捷、可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，很好地滿足了系統(tǒng)對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的需求。

1 注入式開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)監(jiān)測(cè)基本原理

注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本原理是通過(guò)電壓互感器開(kāi)口三角繞組向系統(tǒng)注入非工頻信號(hào)（小信號(hào)），監(jiān)測(cè)注入信號(hào)的電流、電壓，并計(jì)算零序電阻的特征變化，采用電流智能比對(duì)及阻抗綜合判別的高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)。

在工作期間，注入電源向系統(tǒng)中注入低頻電壓，若開(kāi)關(guān)刀閘正常，不存在因部分機(jī)械構(gòu)件松動(dòng)卡澀或老化導(dǎo)致合閘不到位的情況，低頻電流通過(guò)系統(tǒng)及接地返回，零序阻抗較小，注入的電流在3個(gè)完整的零序路徑中流動(dòng)，流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組并流出繞組。這種零序模式下，阻抗相對(duì)較低（數(shù)百或數(shù)千歐姆）;若開(kāi)關(guān)刀閘部分機(jī)械構(gòu)件松動(dòng)卡澀或老化導(dǎo)致合閘不到位，低頻電流通過(guò)系統(tǒng)正常相、合閘不到位的開(kāi)關(guān)刀閘對(duì)地電容阻抗及接地返回，零序阻抗較大，注入的電流在完整的零序路徑及缺相的零序阻抗中流動(dòng)，流經(jīng)互感器次級(jí)繞組并流出繞組。這種零序模式下，阻抗相對(duì)較大（數(shù)兆歐姆），零序電阻的特征及零序電流的變化較明顯[4]。

2 注入式開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)

2.1 監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成

注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示[5]。

注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包含低頻注入電源、低通濾波器、電流、電壓監(jiān)測(cè)計(jì)算模塊以及控制模塊等。低通濾波器的作用是使整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特性對(duì)工頻50 Hz電流阻抗很大，而對(duì)自身產(chǎn)生的非工頻電流阻抗值極小。低頻電源經(jīng)過(guò)低通濾波器后，疊加于電壓互感器三角繞組二次側(cè)，通過(guò)電壓互感器原邊耦合至一次側(cè)。

注入電壓的選取要求如下：①注入頻率與系統(tǒng)頻率不一樣，可簡(jiǎn)單地利用低通濾波器隔離系統(tǒng)干擾;②由于保護(hù)裝置的噪聲比高，只要很小的偏移電壓就能可靠動(dòng)作，注入電壓的幅值不超過(guò)系統(tǒng)額定相電壓值1%～3%，故對(duì)系統(tǒng)的中性點(diǎn)電壓偏移無(wú)影響，不影響系統(tǒng)的正常測(cè)量。

測(cè)量回路主要包括注入電流互感器采用高精度電流互感器，作用是測(cè)量注入回路零序電流，提高測(cè)量精度;注入電壓互感器的作用是測(cè)量注入電壓。注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)微機(jī)裝置主要包括模擬量采集回路、采樣保持（S/H）和模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、CPU邏輯運(yùn)算、信號(hào)出口、人機(jī)接口等。

2.2 注入式開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)監(jiān)測(cè)零序等效回路

注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)注入信號(hào)零序等效回路如圖2所示。

在工作期間，注入電源Un向系統(tǒng)中注入低頻電流，若開(kāi)關(guān)刀閘正常，不存在因部分機(jī)械構(gòu)件松動(dòng)卡澀或老化導(dǎo)致合閘不到位情況，低頻電流通過(guò)變壓器零序阻抗Zt0、系統(tǒng)零序阻抗Zs0及接地返回，系統(tǒng)等效零序阻抗Z0較小，注入的電流在3個(gè)完整的零序路徑中流動(dòng)，流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組并流出繞組。這種零序模式下，零序阻抗Z0相對(duì)較低（數(shù)百或數(shù)千歐姆）;若開(kāi)關(guān)刀閘部分機(jī)械構(gòu)件松動(dòng)卡澀或老化導(dǎo)致合閘不到位，低頻電流通過(guò)變壓器零序阻抗Zt0、開(kāi)關(guān)刀閘線路對(duì)地電容零序阻抗及接地返回，等效零序阻抗Z0較大，注入的電流在完整的零序路徑及缺相的零序?qū)Φ仉娙葑杩怪辛鲃?dòng)。這種零序模式下，零序阻抗Z0相對(duì)較大（數(shù)兆歐姆），零序阻抗的特征及零序電流的變化較明顯。

2.3 注入式開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)監(jiān)測(cè)判據(jù)

注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)判據(jù)包含零序阻抗判據(jù)和零序電流判據(jù)以及注入電源回路異常監(jiān)視功能。同時(shí)，裝置引入高壓側(cè)電流，電壓用于線路重載情況下開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)監(jiān)視及故障區(qū)分。

2.3.1 動(dòng)作判據(jù)。①阻抗判據(jù)，公式如下：

（1）

裝置測(cè)量注入回路的電壓及電流，采用傅里葉變換計(jì)算低頻分量電壓、電流大小，實(shí)時(shí)計(jì)算回路零序阻抗。當(dāng)測(cè)量阻抗大于定值時(shí)，裝置經(jīng)延時(shí)告警或跳閘。

②電流判據(jù)，公式如下：

（2）

裝置測(cè)量注入回路電流，采用傅里葉變換計(jì)算低頻分量電流大小，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注入電流的大小。當(dāng)測(cè)量注入電流小于定值時(shí)，裝置經(jīng)延時(shí)告警或跳閘。

③輔助判據(jù)。輔助判據(jù)主要用于監(jiān)視注入電壓、電流回路的異常，當(dāng)注入回路異常時(shí)閉鎖監(jiān)測(cè)功能，保證裝置監(jiān)測(cè)功能的可靠性，公式如下：

（3）

當(dāng)注入回路的電壓、電流都大于門(mén)檻值時(shí)，表示注入回路正常，裝置正常工作;若注入電壓或注入電流任一項(xiàng)低于門(mén)檻值時(shí)，表示注入回路斷線或異常，此時(shí)閉鎖監(jiān)測(cè)功能。

④高壓側(cè)負(fù)序過(guò)流判據(jù)，公式如下：

（4）

測(cè)量高壓側(cè)電流工頻分量，計(jì)算負(fù)序電流分量。當(dāng)負(fù)序電流大于定值時(shí)，裝置經(jīng)延時(shí)告警或跳閘。此判據(jù)主要用于線路重載開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)監(jiān)視。

2.3.2 動(dòng)作邏輯。注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)邏輯如圖3所示。

當(dāng)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘線路輕載或空載合閘不到位時(shí)，保護(hù)裝置檢測(cè)注入的電壓、電流信號(hào)，通過(guò)計(jì)算零序阻抗阻值、零序電流大小來(lái)判斷高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)。

在注入回路正常條件下，當(dāng)判據(jù)（1）（2）任一項(xiàng)滿足時(shí)，裝置經(jīng)延時(shí)t1告警或跳閘。當(dāng)開(kāi)關(guān)刀閘線路重載缺相運(yùn)行時(shí)，保護(hù)采用注入式原理判據(jù)和高壓側(cè)負(fù)序電流判據(jù)構(gòu)成雙重化的高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)判據(jù)。當(dāng)開(kāi)關(guān)刀閘線路重載缺相運(yùn)行時(shí)，當(dāng)判據(jù)（4）滿足時(shí)，裝置經(jīng)延時(shí)t2告警或跳閘。

為了保證高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的選擇性及可靠性，邏輯圖中引入了非故障檢測(cè)模塊，該模塊包括用于檢測(cè)線路隔離開(kāi)關(guān)的幾種類型的非斷相故障功能。主要包括線路側(cè)相間故障、接地故障等。這些故障通常由變壓器或高壓側(cè)線路保護(hù)方案保護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種全新的注入式高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)在線監(jiān)視系統(tǒng)，通過(guò)電壓互感器開(kāi)口三角二次繞組，將外加電源信號(hào)注入電力系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)注入回路零序阻抗、電流的大小，采用電流智能比對(duì)及阻抗綜合判別的方法監(jiān)測(cè)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)。本方法能夠有效在線監(jiān)測(cè)輕載、空載、重載線路高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)還具有檢測(cè)精度高、速度快、持續(xù)工作能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以方便、快捷、可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，很好地滿足系統(tǒng)對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)刀閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的需求。

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