电压回路N线全站一点接地回路可靠性检测方法

电压回路N线全站一点接地回路可靠性检测方法

姜宪彬1苏晓1朱伟1徐玉凤2李永祥2冯国

（1南方电网超高压输电公司南宁局广西南宁530021；2.广州市仟顺电子设备有限公司广东广州511430）

摘要：电力系统电压回路N线全站一点接地是一种非常典型的接线形式，特别是对于双母线接线厂站以及500kV站点。该接线方式有一个很大的弊端就是无法使用万用表电阻档测量电压回路是否已经接地，特别是对于扩建、改建工程，如果一旦电压N线接地不良无法发现,属于长期困扰二次回路检验的盲区。同时，由于存在没有正常接地，在电力行业系统内部多次造成保护误动。文章提出对电压回路N线全站一点接地回路可靠性的检测方法，希望能够为提高电力系统安全运行水平起到一定促进作用。

关键词：N线全站一点接地；接地回路检测方法；PT二次回路

ADetectionMethodofN-LineOne-pointEarthingReliabilityofWholeStationVoltageCircuit

JiangXian-Bin1SuXiao1ZhuWei1XuYu-feng2LiYong-xiang2

FengGuo-gan2

（1.NanningElectricPowerBureau,EHVTransmissionCompany,Nanning530028,China

2.GUANGZHOUQIANSHUNELECTRONICEquipmentCO.,LTD.,Guangzhou,Guangdong511430,China）

Abstract:PowersystemvoltagecircuitN-lineOne-pointearthingofthewholestationisaverytypicalformofwiring,especiallyforusingdoublebusbarpowerstationand500kVstation.Thewiringmethodhasagreatdrawbackisthatyounotallowedtomeasurewhetherthevoltagecircuitisgroundedbyusingtheomhbandofthemultimeter,especiallyfortheexpansion,alterationworks,iftheNlinegroundingbadcannotbefound,thatwillbealong-standingblindareasforsecondarycircuit.Atthesametime,becausethereisnonormalgroundinginthepowersystemwithinthesystemseveraltimescausedbyprotectionmalfunction.Inthispaper,thedetectionmethodforthereliabilityofone-pointgroundloopofN-linevoltagecircuitisproposed.Itishopedthatthismethodcanpromotethesafeoperationofpowersystem.

Keywords:Nlineonepointearthing；GroundloopdetectionMethod；PTsecondarycircuit

0引言

电力系统电压回路N线全站一点接地是一种非常典型的接线形式，特别是对于双母线接线厂站以及500kV站点。该接线方式有一个很大的弊端就是万用表电阻档输入阻抗比较小，容易造成两点接地，导致无法使用万用表电阻档测量电压是否已经接地，特别是对于扩建、改建工程，如果一旦电压N线接地不良无法发现,属于长期困扰二次回路检验的盲区。同时，由于存在没有正常接地，在电力行业系统内部多次造成保护误动，仅近年来在超高压系统就发生多次，现有办法只能通过电压测量得到经验值推测接地情况，没有准确方法检查。

因此业内亟需一种能安全、可靠地判断接地可靠性的方法及其仪器，降低因地线接地不良导致的保护误动，降低检测难度和减少维护人员的工作量，对预防故障所引起的保护误动和提高电力系统安全运行水平，具有显著作用。

1PT二次回路N线多点接地的影响

二次回路N线多点接地是造成PT二次压降超差的一个重要原因。PT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PT落地端子箱侧电压的偏移程度[1]。PT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PT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PT二次压降提出了更高的指标要求。由于计量二次回路多点接地造成的电压偏移不是十分明显，大概在0.1V～0．5V之间的偏差，运行和测量根本就不会在意，而其对计量误差的影响却很明显，但不影响系统的正常运行[2]。电压互感器是变电站重要的一次设备，其二次回路通常接入TV并列装置后引出至电压小母线，为保护、测量及计量装置提供二次交流电压。为保护人身和设备安全，TV二次回路N600必须接地。当N600回路存在多点接地时，一旦系统发生故障，变电站接地网中可能流过较大电流，从而导致中性点电位偏移，造成与电压有关的保护误动。因而，有电气联系的N600回路必须在控制室一点接地[3]。

其中，N线一点接地系统如图1所示，N线两点接地系统如图2所示。

图1N线一点接地系统示意图图2N线两点接地系统示意图

2接地回路可靠性检测方法

2.1万用表电阻档测量的缺陷

测量电阻原理需要在待测量回路注入电流信号，通过在串入阻抗上产生的电压以及自身电流计算电阻。根据原理分析，如图3所示。普通测量仪器的串入阻抗为了测量要求，一般比较小，测量精度才会比较高[4]，由于当前测量的地网内阻很小，一般是毫欧级别，大的也是只有几欧姆，串入的电阻值也会变成很小，在此情况下，相当于把待测回路也通过很小的串入阻抗产生上述的第二点接地，与原回路的接地点形成了两点接地，在有区外故障或者区内故障时，大电流在两点产生的电位差容易造成零序方向保护区外故障误动或者区内故障拒动。[5]

图3普通仪器测量电阻原理

2.2检测方法

基于上述串入的阻抗较小造成两点接地的重大缺陷，将寻找一种高输入阻抗的检测方法，避免造成两点接地，同时又能检测该接地回路接地不良，并尽可能地检测到接地电阻值。

现场N线接地检测原理如图4所示，通过当前的测试点发送数字信号，利用N线接地形成的回路进行传输，通过近接地铜排（地网）接收该信号并解析，接收与发送的信号数值进行对比，一致则N线以接地；在N线与地开路时，N线与地网形成断路，所发的信号传输不到接收端，则接收与发送的信号数值不一致。

由于N线对地存在分布电容，导线存在线阻，可等效为RC并联回路，如图5所示，其中C1为等效分布电容，R6为N线与地之间的电阻，若N线与地网断开则R6为无穷大。当N线与地网接触不良，存在一个较大的电阻，装置发出的信号经过该电阻后被衰减，当该电阻达到一定阻值是，原边电流（忽略电容影响）,即R6越大，If就越小，根据光耦存在电流传输比CTR，即副边电流，If越小，Ic越小。信号接收（电压采样）端接收到低电平的电压值大小为，值偏移规定低电平电压值范围0到0.4V，因此造成信号衰减过大，信号失真严重，导致接收到的数据不一致，因此，将通过调节设备内部电压回路中的一个电位器R4阻值大小来控制该失真电阻R6的大小。

然而，由于分布电容的存在，电缆分布电容的计算公式有多种描述形式，在《通信电缆》中，多对电缆的分布电容的计算公式为

C=λεr×10－6/［36ψln(2a/d)］

式中，C为分布电容，F/km；

λ为总的绞合系数(在绞对电缆中，电缆单线的实际长度L与线芯或单线围绕绞线转一圈的轴向长度h之比称为绞合系数，即:λ=L/h。对于仪表电缆:λ≈1.02～1.04)；

εr为组合绝缘介质的等效相对介电常数；

a为回路两导线中心距离，mm；

d为导电线芯直径，mm；

ψ为修正系数(指接地金属屏蔽和邻近导线产生影响而设置的系数，对于屏蔽对线组:Ψ≈0.6；对于无屏蔽对线组:Ψ≈0.94)。

为充分考虑分布电容的影响本项目计算时按照分布电容0.1μF/km来做参考。

电容容抗，RC的并联阻抗,电容容值C越大、其容抗Xc越小，Z也越小。分布电容的存在，使得上述失真电阻变大，对检测精度造成影响。因此，为了能够尽可能地、准确地测到接地电阻，信号发送端将发送一个稳定的信号，使得电流恒定地通过N线和地网进入光耦输入端，接地电阻的大小将影响光耦输入端发光二极管的电流If的大小，由于光耦存在电流传输比CTR，即副边电流，由原边电流，相当与存在一个比例关系，则检测Ic即可推算出接地电阻的大小，通过滤波与计算，可有效地把交流信号干扰与电容干扰滤除。

信号加载的幅值为0-5V；信号频率远离50HZ信号，选择大于10kHZ的通信频率，防止50Hz的工频信号的干扰。

图4现场N线接地检测原理示意图图5内部检测系统示意图

2.3检测对保护的影响分析

当N线接地良好时，数字信号全部落在检测电阻上，再被测N线与大地之间产生的电压基本为0，该信号的电源的输入阻抗很高，加上外围的电阻，不会发生N线两点接地的情况，所以对保护装置没有影响；若N线存在不平衡电流，流经装置的电流也非常小，对保护装置与本检测装置没有影响。当N线与地线断开时，所加载的信号落在大地与被测N线之间，在N线上产生的电流为0，不会对保护造成影响；N线与地网存在的电势差时，其电压可能会比较大，但能量不会太大，由装置内部保护器件吸收保护，基本不会对保护装置与本检测装置造成影响。

3仿真

本文在Multisim仿真软件平台中搭建检测电路模型，对其功能特性进行仿真分析。N线接地可靠性检测系统的仿真模型如图6所示。

图6N线接地可靠性检测系统的仿真模型

仿真模型的固定参数设置，原边电阻R2=R3=1K，信号源幅值U=3.3V；副边电阻R1=1K，R4=2K。可调参设置，信号频率f=5KHz，等效电容C2=2uF，等效电阻R6=20Ω，仿真效果如图7，红线为信号波形幅值V=3.3V，频率f=5KHz,绿线为接收到的波形频率为5KHz，波峰值3.3V，波谷值1.78V。

图7仿真效果图

电阻电容不会影响信号的频率，只影响信号幅值与相移，因此通过控制变量法来观察外部等效电阻电容对信号幅值的影响，通过改变等效电阻值，仿真，结果见表1，等效电阻越大，其接收到的信号波峰值不受到任何改变，但其波谷值会随之增大，呈正相关关系，估计正相关关系，可估算出等效电阻大小范围。数字信号中，高低电平的电压值是有范围的，当波谷值电压被抬高到高电平范围，就会造成信号失真。在本检测检测原理下，等效电容越大会使波谷幅值降低，达到增强信号的效果。

通过仿真结果观察，本检测方法符合当前的检测要求，符合理论分析。

表1改变等效电阻值的仿真结果

4结论

本文分析了电压回路N线全站多点接地的危害与当前检测方法的缺陷，提出了新的电压回路N线全站一点接地系统的接地回路检测方法，通过理论分析与仿真结果提供了判据，满足当前的检测要求。本文讨论的方法能够能安全、快速、准确地进行判断，可大大降低因地线接地不良导致的保护误动，降低检测难度和减少维护人员的工作量，对预防故障所引起的保护误动和提高电力系统安全运行水平，具有一定的促进作用，可广泛应用于电力检测技术领域。

参考文献：

[1]董俊杰.PT二次回路N线多点接地的影响分析及控制措施.山东工业技术，2016年第4期

[2]王培龙,赵素华，徐英辉.三相四线系统PT二次回路N线多点接地对PT二次电压降的影响以及解决办法.电测与仪表，第43卷第484期，2006年4月.

[3]龚辉.N600多点接地的探讨.电力科技，2015年9月.

[4]施家添.万用表电阻档测量误差的分析.广西物理.第23卷第4期，2002年第4期.

[5]王飞，余淑琴，胡晓军，黄云龙，唐小平.电压二次回路异常对保护动作的原理分析.安徽电气工程职业技术学院学报.第二十一卷第一期，2016年3月.

作者简介：

姜宪彬男工程师1987--从事继电保护运行维护工作