廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司桂林供電局 徐 超 吳江雄 陳 斌 胡賀梅 廣州市仟順電子設(shè)備有限公司 吳文健

站用400V交流電源系統(tǒng)是變電站的主要電源系統(tǒng)，覆蓋范圍廣闊，考慮用電設(shè)備和人員安全，站用400V交流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)為接地系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)、變壓器的中性線均要可靠接地。站用變負(fù)荷有三相平衡負(fù)荷、三相不平衡負(fù)荷和單相負(fù)荷三種，負(fù)荷回路走線有三相五線制、三相四線制、三相三線制、單相三相制和單相雙線制。站用交流系統(tǒng)負(fù)荷分為三相平衡負(fù)荷、三相不平衡負(fù)荷和三相負(fù)荷三種類(lèi)型。三相平衡負(fù)荷電源接三相火線La、Lb和Lc，外殼接地線，負(fù)荷工作時(shí)火線有電流，地線無(wú)電流；三相不平衡負(fù)荷電源接三相火線La、Lb、Lc和零線，外殼接地線，負(fù)荷工作時(shí)火線和零線有電流，地線無(wú)電流；單相負(fù)荷電源接火線（La或Lb或Lc）和零線，外殼接地線，負(fù)荷工作時(shí)火線和零線有電流。

1 交流系統(tǒng)絕緣故障及其危害

站用交流系統(tǒng)是保證變電站安全可靠地輸送電能的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，站用電主要為變電站內(nèi)的一、二次設(shè)備提供電源，其作用有：大型變壓器的強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻系統(tǒng)電源，交流操作電源，直流系統(tǒng)用交流電源，設(shè)備用加熱、驅(qū)潮、照明等交流電源，為UPS、SF6氣體監(jiān)測(cè)裝置提供交流電源，正常及事故用排風(fēng)扇電源，照明等生活電源。其負(fù)荷較重要，但均沒(méi)設(shè)計(jì)漏電保護(hù)，導(dǎo)致站用交流系統(tǒng)發(fā)生接地故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。站用交流系統(tǒng)發(fā)生接地，輕微故障可能造成電能損耗，嚴(yán)重故障可能會(huì)導(dǎo)致站用交流系統(tǒng)失電，事故嚴(yán)重會(huì)發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)影響及其惡劣[1]。

案例1：2018年6月，220kV某變電站發(fā)生1號(hào)站用變380V側(cè)811開(kāi)關(guān)、380V分段810開(kāi)關(guān)故障跳閘，全站交流系統(tǒng)失電。導(dǎo)致1號(hào)主變（強(qiáng)油循環(huán)）冷卻器全停故障跳閘跳開(kāi)011、111、211開(kāi)關(guān)，10kVⅠ段母線失壓。事故分析原因是：10kV配電室檢修箱C相經(jīng)絕緣支柱對(duì)地放電造成380V交流系統(tǒng)出現(xiàn)故障；案例2：2005年3月6日，220kV象山站生活負(fù)荷發(fā)生接地故障，交流饋線開(kāi)關(guān)、交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)未跳閘，站變零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作跳閘#1站變，380V備自投動(dòng)作切換，因?yàn)楣收先匀淮嬖?，所以造?2站變零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作跳閘。全站交流失電后影響了主變風(fēng)冷電機(jī)，主變被迫停運(yùn)，造成大面積停電。

2 交流絕緣故障查找方法研究

2.1 交流系統(tǒng)絕緣故障及其特征

交流系統(tǒng)絕緣故障：站用變一次側(cè)為三角形接線，二次側(cè)為星形接線，輸出有Ua、Ub、Uc和N線，N線接地。站用400V交流系統(tǒng)絕緣故障從系統(tǒng)線路可分為：相-相絕緣故障?；鹁€與火線之間出現(xiàn)絕緣故障，絕緣故障電阻與負(fù)荷屬于并聯(lián)關(guān)系，打破原負(fù)荷的平衡度，導(dǎo)致的結(jié)果是火線電流增加、零線電流增加或減小；相-N絕緣故障?；鹁€與零線之間出現(xiàn)絕緣故障，相當(dāng)于增加一個(gè)單相負(fù)載，絕緣相線與零線出現(xiàn)電流增加；相-地絕緣故障。火線與地線間出現(xiàn)絕緣故障，由于站用變中性線可靠接地，也相當(dāng)于增加一個(gè)單相負(fù)載，絕緣相線與地線出現(xiàn)電流增加；N-地絕緣故障。N線是站用變中性線引出，同時(shí)在變壓器端可靠接地，N線絕緣故障點(diǎn)與可靠接地點(diǎn)屬于并聯(lián)關(guān)系，屬于多點(diǎn)接地。站用交流系統(tǒng)屬電源系統(tǒng)，不用作為保護(hù)計(jì)量，允許多點(diǎn)接地。所以N線絕緣故障無(wú)危害，可以不作重點(diǎn)關(guān)注。

交流系統(tǒng)絕緣故障特征：交流系統(tǒng)設(shè)計(jì)為接地系統(tǒng)，接地位置為站用變壓器N線接地，變電站地網(wǎng)均是由網(wǎng)站銅排組成，導(dǎo)電能力極強(qiáng)。如圖1所示，交流系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時(shí)相當(dāng)于在交流系統(tǒng)增加負(fù)荷，增加線路負(fù)荷電流；相-相絕緣故障發(fā)生時(shí)，絕緣故障導(dǎo)致故障相線電流增加，即Ia和Ib或Ia和Ic或Ib和Ic更或Ia、Ib和Ic電流增加；相-N絕緣故障發(fā)生時(shí)，絕緣故障導(dǎo)致故障相線和N線電流增加，即Ia和N或Ib和N或Ic和N電流增加；相-地絕緣故障發(fā)生時(shí)，絕緣故障導(dǎo)致故障相線有電流流向大地，故障相線電流增加，即Ia或Ib或Ic電流增加。

圖1 交流系統(tǒng)負(fù)荷電流圖示

2.2 交流系統(tǒng)絕緣故障查找方法

交流系統(tǒng)絕緣故障特征表象為線路電流增加，高阻絕緣故障增加的電流極小，加之交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)、負(fù)荷電流也是波動(dòng)，簡(jiǎn)單依據(jù)電流增加判斷絕緣故障對(duì)高阻接地故障無(wú)效[2]。相間與相對(duì)N高阻絕緣故障所增加的負(fù)荷電流對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響，無(wú)需深入查找；相對(duì)地絕緣故障可能導(dǎo)致故障設(shè)備外殼帶電，可能造成人身安全事故；所以相間與相對(duì)N高阻絕緣故障因查找難度大可先不處理，需對(duì)相對(duì)地所有絕緣故障和相間與相對(duì)N低阻絕緣故障進(jìn)行查找，排查故障；監(jiān)測(cè)相線電流，對(duì)電流劇增的回路進(jìn)行跟蹤查找，直到饋線直流電流減小位置，檢查絕緣故障狀態(tài)、處理絕緣故障，可解決低阻抗所有絕緣故障；檢測(cè)饋線支路剩余電流，出現(xiàn)剩余電流即為電流往地網(wǎng)回到站用變壓器，檢測(cè)剩余電流可避開(kāi)波動(dòng)的負(fù)荷電流，可檢測(cè)到微小電流，用這種方法可檢測(cè)各種對(duì)地絕緣故障。

3 交流系統(tǒng)絕緣故障查找儀設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)交流系統(tǒng)絕緣故障查找儀，查找交流系統(tǒng)絕緣故障；絕緣故障查找儀的設(shè)計(jì)目標(biāo)為便攜、小巧，便于操作。如圖2所示，交流接地故障查找儀設(shè)計(jì)為便攜儀表，儀表配備四把鉗形互感器，4把鉗形互感器可測(cè)不同線路電流，對(duì)線路電流進(jìn)行合成；可一把鉗子單獨(dú)測(cè)試；滿足現(xiàn)場(chǎng)交流系統(tǒng)電流各種情況分布進(jìn)行測(cè)試。設(shè)備設(shè)計(jì)電源電路、電流采樣電路、主控CPU電路、USB接口電路、顯示電路和存儲(chǔ)電路組成。

圖2 交流系統(tǒng)絕緣故障查找儀設(shè)備結(jié)構(gòu)

電源電路設(shè)計(jì)。電源電路采用3節(jié)5號(hào)干電池構(gòu)成，設(shè)計(jì)5V轉(zhuǎn)3.3V電路。如圖3所示，采用電源芯片ASM1117設(shè)計(jì)降壓穩(wěn)壓芯片，電源周邊設(shè)計(jì)電容、二極管和電阻，完成電源設(shè)計(jì)；電流采樣電路設(shè)計(jì)。線路電流通過(guò)鉗形互感器感應(yīng)后，經(jīng)如圖4所示放大電路，進(jìn)行二級(jí)放大后進(jìn)行CPU進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換換算，設(shè)計(jì)4路電流采集電流。

圖3 電源電路設(shè)計(jì)

圖4 電流采集電路

主控CPU電路設(shè)計(jì)。主控CPU選用STM32F 103ZET6。該芯片是ARM32位 的Cortex?--M3CPU，具有運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)量大、功耗低和各種功能接口數(shù)量眾多的特點(diǎn)。該CPU最快72MHz工作頻率，12通道的12位AD通道，多達(dá)112個(gè)快速雙向I/O口，多達(dá)13個(gè)通信接口，其中有USB2.0全速接口和SDIO接口。

USB接口電路設(shè)計(jì)。儀器設(shè)計(jì)一個(gè)USB接口供測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出。接口電路采用芯片設(shè)計(jì)，芯片外圍設(shè)計(jì)電阻、電容等完成外圍電路設(shè)計(jì)；顯示電路設(shè)計(jì)。儀器使用4.3寸顯示屏，采用芯片設(shè)計(jì)顯示屏接口電路，完成儀器顯示部分設(shè)計(jì)；存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)。利用存儲(chǔ)芯片設(shè)計(jì)8G存儲(chǔ)芯電路，供設(shè)備采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。